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電纜絕緣材料實現自修護

“電纜絕緣材料故障容易造成停電、漏電等故障,造成嚴重經濟損失,引發嚴重的安全隱患。”北京日升橡塑制品有限公司(簡稱“日升橡塑”)副總經理楊玉國向中國電力報記者介紹說,電纜事故中因絕緣護套層老化損傷而引起的電纜故障所占比例最大。現有的修復不僅效果差,而且還需要依靠故障定位技術,難以滿足生產需要。研發新型的自修復電纜外護套絕緣材料為解決此類問題開辟出一條嶄新道路。

重點研發智能型材料

據了解,我國電線電纜用絕緣材料主要有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯以及交聯聚乙烯。這些材料的共同優點是電氣性能優異、絕緣性能好,但共同的缺點是作為傳統的聚合物材料均不具備智能性。即使輕微的老化損傷,也會造成材料性能的劣化,并且隨時間推移,小損傷會不斷加重,最后導致材料力學性能或絕緣性能的徹底喪失。

“自修復技術,即物體在受損時能夠進行自我修復、恢復原有屬性,從而保持自身功能完整的一項新型技術。”楊玉國介紹說,聚合物基自修復復合材料的發展符合復合材料多功能發展趨勢,這種自修復復合材料不僅可以及時修復材料的裂紋,維護材料的使用性能和延長材料的使用壽命,而且對于擴展材料的應用領域也有一定的積極作用。

目前,對現有電纜絕緣護套材料的修補修復主要有以下三種方法,修復液灌裝修復、熱焊修復、熱縮管修復。“聚合物基復合材料的自修復功能是通過在復合材料中埋置包覆有修復劑的微膠囊或填充有修復劑的液芯纖維等來實現的。埋置的   微膠囊或液芯纖維在裂紋應力的作用下破裂釋放出修復劑,與預先埋置的催化劑接觸發生聚合反應,粘合裂紋,從而起到修復裂紋與維持材料性能的目的。”楊玉國介紹說。

自修復是指材料自我修復并恢復正常性能的能力,目前的修復技術主要包括含修復劑和不含修復劑兩種修復方式。含修復劑的自修復方法是在材料內部加入微膠囊等,由裂紋撕破膠囊釋放修復劑實現自修復。優點是可自主修復并且位點專一,缺點是制備難度大,只能一次性修復,微膠囊的穩定性、靈敏性、均勻性不容易控制;不含修復劑的修復方式包括通過動態化學鍵,如熱可逆共價鍵和超分子作用力兩種方式,動態化學鍵自修復是損傷后的切面在動態化學鍵作用下愈合,優點是可多次修復,缺點是動態化學鍵需要加熱或光照等條件方能進行。超分子作用力自修復是在超分子作用力,如氫鍵、主客體包合、靜電相互作用等作用下自行修復,優點是自主并且多次修復,無需外界條件刺激。

“常規的電纜絕緣料一般不滿足材料自我修復的能力,缺少智能性是問題的關鍵。作為傳統的聚合物材料生產制造廠家,日升橡塑將致力于復合材料的研發與制造,為電線電纜提供更適宜、更安全的電纜絕緣材料。”楊玉國如是說。

自修復技術提高絕緣件壽命

近年來,隨著全球能源互聯網和特高壓輸電技術的迅速發展,電網電壓等級逐漸提高,電網規模日益擴大。為了維持輸電網絡在載荷不斷提升的狀態下穩定運行,需要不斷提升電氣設備在極端工作條件下的可靠性和使用壽命。    據專家介紹,電氣設備特別是高壓電力裝置的運行壽命,往往取決于絕緣組件的使用壽命,絕緣介質在長期運行過程中形成的電樹缺陷是其發生絕緣破壞的主要原因。長期以來,固體絕緣材料的電樹缺陷被認為是不可逆轉的永久損傷,針對電樹枝老化的研究主要是通過添加電壓穩定劑、電樹阻擋劑等延緩電樹發展。然而絕緣材料的電樹老化難以避免,電樹缺陷一旦形成將大大降低絕緣壽命,甚至產生設備的永久破壞。

電纜外護套絕緣材料在運行或者施工時,由于老化或機械損傷造成絕緣材料絕緣性能下降,導致停電、漏電等故障,造成嚴重經濟損失,引發嚴重的安全隱患。

而現有的修復不僅存在效果差,而且還需要依靠故障定位技術。由于電網線路長,架接方式復雜,現有修復難以滿足生產需要。

在對材料自修復技術研究的基礎上,相關研究機構將著力點放在研發新型的自修復電纜外護套絕緣材料方面。“相關科研單位,如電科院、各個高校等,均有在這方面的投入研究。”日升橡塑技術工程師劉盼盼介紹說,自修復性能評價是研發新材料必須關注的問題,一方面新材料是否具備自修復性能需通過評價方法進行評價;另一方面,材料合成配方優化及性能改進也需要在評價的基礎上進行。在自修復研究基礎上,提出了采用拉伸試驗和顯微法來評價自修復性能的新方案。(中國電線電纜網)

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