一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料的製備方法與流程
2023-07-07 03:00:26
本發明涉及一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料的製備方法，屬於接地材料製備技術領域。
背景技術：
輸電線路是電力系統的基本組成部分，頻繁的雷擊跳閘事故一直是輸電線路面臨的最主要自然災害故障。從輸電線路所處的地形及氣候環境來看，雷電作用下輸電線路出現一定的雷擊跳閘難以避免。實際運行經驗表明，杆塔接地電阻偏大是引起線路反擊跳閘的主要原因，「防雷在於接地」，低阻值、長期穩定的輸電線路杆塔接地網是減少輸電線路雷擊事故、維護電力設備安全穩定運行的重要電力裝置。
長期以來，國內外輸電線路接地網通常採用扁鋼、不鏽鋼、銅等金屬類接地材料，以及含電鍍金屬層的鍍鋅鋼、不鏽鋼包鋼、銅包鋼金屬接地材料。除運輸及施工難度大、易發生偷盜現象以外，金屬接地材料最大的瓶頸問題是接地材料的腐蝕。近年來發展的不鏽鋼及不鏽鋼包鋼雖然抗腐蝕性能有所改善，但由於價略高且中間芯棒容易出現點腐蝕並且隨著土壤中Cl離子的增加腐蝕加重，因此實際運行經驗較少。銅的耐腐蝕能力是鋼的3~4倍，過高的材料成本是限制其在輸電線路杆塔接地網應用的主要原因。銅包鋼接地材料防腐性能較好，一般在接地體端部容易出現點腐蝕，當銅包鋼接地體因自然因素發生扭曲或彎折時，表面銅覆蓋層易破裂進而加速內部鋼材料的腐蝕速率，針對金屬材料的輸電線路杆塔接地網的腐蝕問題，一些非金屬接地材料應運而生。一般選用石墨、炭黑、金屬纖維、碳纖維、聚苯胺等製備樹脂基或者水泥基導電塗料或者導電膠體：導電防腐塗料一般塗敷在金屬接地體表面以隔絕金屬與土壤電解液的電化學腐蝕路徑，並且與電鍍合金材料類似，為預防氧濃差腐蝕的擴大，對導電防腐層的塗敷均勻性有著嚴格要求。該方法適用於新接地網入地之前的塗敷，而對於運行中的接地網改造，該方法實際施工難度較大，並且對於導電防腐膠的長效性與抗老化能力，目前還缺少有說服力的實際運行經驗數據。接地模塊一般用導電水泥或其他膠體將扁鋼、圓鋼或者鍍鋅鋼包裹在接地體中製備體積較大的圓柱形、方形、多邊形接地模塊，以期起到防腐和降阻作用，目前在一些輸電線路上已有應用經驗，作者在從事實際接地工程對某些型號的接地模塊開挖發現，內部的金屬材料仍存在腐蝕現象，一方面由於一些接地模塊質地較鬆軟，水分及空氣可以滲入，另一方面，在金屬材料端部存在氧濃差電化學腐蝕。所以製備一種耐腐蝕性較好的複合接地材料顯得尤為重要。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對傳統輸電線接地網材料中，金屬運輸施工難度大，且耐腐蝕性能差，而非金屬材料抗老化性能低，複合摻雜金屬後易內部開始腐蝕，影響材料使用壽命的問題，提供了一種通過製備導電粉末摻雜至凝膠前驅體內部，經導電凝膠分散形成密集的導電網絡，同時對其炭化處理，防止老化及腐蝕現象發生的方法，本發明通過導電炭黑與聚對苯二甲酸乙二醇酯混合紡絲並球磨，收集導電粉末並偶聯改性接枝處理，通過將偶聯接枝改性後的粉末添加至導電凝膠的前驅體溶液中，待超聲分散後旋轉濃縮，收集濃縮液並澆注至模具中，待煅燒並靜置冷卻至室溫，製備得耐腐蝕型輸電線接地材料，本發明製備的接地材料耐腐蝕性能優異，且壽命較長，密度較小，便於施工與運輸，具有廣闊的使用前景。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
（1）按質量比1:10，將200目導電炭黑粉末與聚對苯二甲酸乙二醇酯攪拌混合併置於雙螺杆複合紡絲機中，控制紡絲機一區溫度為260℃、二區溫度為285℃、三區溫度為285℃、紡絲溫度為290℃，同時調整紡絲壓力為15～20MPa，待卷繞後經牽伸收集得牽伸絲，待靜置冷卻至室溫後，收集得冷卻牽引絲纖維；
（2）按質量比1:5，將矽烷偶聯劑KH-550和上述製備的冷卻牽引絲纖維攪拌混合併置於球磨罐中，在200～300W下球磨3～5h後，在55～60℃下乾燥6～8h，收集乾燥粉末並過200目篩，製備得偶聯改性導電粉末，備用；
（3）按重量份數計，分別稱量45～50份去離子水、10～15份丙烯酸單體和5～8份聚乙二醇置於燒杯中，在45～50℃下水浴加熱25～30min，收集得改性基體液；
（4）按重量份數計，分別稱量45～50份上述製備的改性基體液、5～10份步驟（2）製備的偶聯改性導電粉末、1～2份N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺和2～3份過硫酸銨攪拌混合併置於燒杯中，在65～75℃下水浴加熱6～8h，帶水浴加熱完成後，靜置冷卻至室溫，在200～300W下超聲分散10～15min，收集得前驅體分散液；
（5）將上述製備的前驅體分散液置於55～60℃下旋轉蒸發至原體積的1/5，收集前驅體分散濃縮液並澆注至模具中，在125～150℃下保溫加熱25～30min後，按10℃/min升溫至650～700℃，保溫炭化1～2h，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料。
本發明製備的輸電線路杆塔接地網用複合接地材料密度為1.25～1.35g/cm3,在方框接地網的邊長為10m，四角射線外延10m時的衝擊接地阻抗幅值為65.85～68.38Ω，電流密度為2.5～3.2mA·cm-2，在海水中消耗率為28～35g·（A·a）-1，使用壽命較同類產品提高了55～60%。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明製備的輸電線路杆塔接地網用複合接地材料密度較低，便於運輸與施工，可降低工程成本；
（2）本發明製備的輸電線路杆塔接地網用複合接地材料耐腐蝕性能優異，使用壽命較同類產品提高了55～60%；
（3）本發明製備步驟簡單易行，安全綠色無汙染。
具體實施方式
首先按質量比1:10，將200目導電炭黑粉末與聚對苯二甲酸乙二醇酯攪拌混合併置於雙螺杆複合紡絲機中，控制紡絲機一區溫度為260℃、二區溫度為285℃、三區溫度為285℃、紡絲溫度為290℃，同時調整紡絲壓力為15～20MPa，待卷繞後經牽伸收集得牽伸絲，待靜置冷卻至室溫後，收集得冷卻牽引絲纖維；按質量比1:5，將矽烷偶聯劑KH-550和上述製備的冷卻牽引絲纖維攪拌混合併置於球磨罐中，在200～300W下球磨3～5h後，在55～60℃下乾燥6～8h，收集乾燥粉末並過200目篩，製備得偶聯改性導電粉末，備用；按重量份數計，分別稱量45～50份去離子水、10～15份丙烯酸單體和5～8份聚乙二醇置於燒杯中，在45～50℃下水浴加熱25～30min，收集得改性基體液；按重量份數計，分別稱量45～50份上述製備的改性基體液、5～10份偶聯改性導電粉末、1～2份N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺和2～3份過硫酸銨攪拌混合併置於燒杯中，在65～75℃下水浴加熱6～8h，帶水浴加熱完成後，靜置冷卻至室溫，在200～300W下超聲分散10～15min，收集得前驅體分散液；將上述製備的前驅體分散液置於55～60℃下旋轉蒸發至原體積的1/5，收集前驅體分散濃縮液並澆注至模具中，在125～150℃下保溫加熱25～30min後，按10℃/min升溫至650～700℃，保溫炭化1～2h，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料。
實例1
首先按質量比1:10，將200目導電炭黑粉末與聚對苯二甲酸乙二醇酯攪拌混合併置於雙螺杆複合紡絲機中，控制紡絲機一區溫度為260℃、二區溫度為285℃、三區溫度為285℃、紡絲溫度為290℃，同時調整紡絲壓力為15MPa，待卷繞後經牽伸收集得牽伸絲，待靜置冷卻至室溫後，收集得冷卻牽引絲纖維；按質量比1:5，將矽烷偶聯劑KH-550和上述製備的冷卻牽引絲纖維攪拌混合併置於球磨罐中，在200W下球磨3h後，在55℃下乾燥6h，收集乾燥粉末並過200目篩，製備得偶聯改性導電粉末，備用；按重量份數計，分別稱量45份去離子水、10份丙烯酸單體和5份聚乙二醇置於燒杯中，在45℃下水浴加熱25min，收集得改性基體液；按重量份數計，分別稱量45份上述製備的改性基體液、5份偶聯改性導電粉末、1份N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺和2～3份過硫酸銨攪拌混合併置於燒杯中，在65℃下水浴加熱6h，帶水浴加熱完成後，靜置冷卻至室溫，在200W下超聲分散10min，收集得前驅體分散液；將上述製備的前驅體分散液置於55℃下旋轉蒸發至原體積的1/5，收集前驅體分散濃縮液並澆注至模具中，在125℃下保溫加熱25min後，按10℃/min升溫至650℃，保溫炭化1h，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料。
實例2
首先按質量比1:10，將200目導電炭黑粉末與聚對苯二甲酸乙二醇酯攪拌混合併置於雙螺杆複合紡絲機中，控制紡絲機一區溫度為260℃、二區溫度為285℃、三區溫度為285℃、紡絲溫度為290℃，同時調整紡絲壓力為17MPa，待卷繞後經牽伸收集得牽伸絲，待靜置冷卻至室溫後，收集得冷卻牽引絲纖維；按質量比1:5，將矽烷偶聯劑KH-550和上述製備的冷卻牽引絲纖維攪拌混合併置於球磨罐中，在250W下球磨4h後，在57℃下乾燥7h，收集乾燥粉末並過200目篩，製備得偶聯改性導電粉末，備用；按重量份數計，分別稱量47份去離子水、12份丙烯酸單體和7份聚乙二醇置於燒杯中，在47℃下水浴加熱27min，收集得改性基體液；按重量份數計，分別稱量47份上述製備的改性基體液、7份偶聯改性導電粉末、1份N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺和3份過硫酸銨攪拌混合併置於燒杯中，在68℃下水浴加熱7h，帶水浴加熱完成後，靜置冷卻至室溫，在250W下超聲分散12min，收集得前驅體分散液；將上述製備的前驅體分散液置於57℃下旋轉蒸發至原體積的1/5，收集前驅體分散濃縮液並澆注至模具中，在132℃下保溫加熱27min後，按10℃/min升溫至650～700℃，保溫炭化2h，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料。
實例3
首先按質量比1:10，將200目導電炭黑粉末與聚對苯二甲酸乙二醇酯攪拌混合併置於雙螺杆複合紡絲機中，控制紡絲機一區溫度為260℃、二區溫度為285℃、三區溫度為285℃、紡絲溫度為290℃，同時調整紡絲壓力為15～20MPa，待卷繞後經牽伸收集得牽伸絲，待靜置冷卻至室溫後，收集得冷卻牽引絲纖維；按質量比1:5，將矽烷偶聯劑KH-550和上述製備的冷卻牽引絲纖維攪拌混合併置於球磨罐中，在300W下球磨5h後，在60℃下乾燥8h，收集乾燥粉末並過200目篩，製備得偶聯改性導電粉末，備用；按重量份數計，分別稱量50份去離子水、15份丙烯酸單體和8份聚乙二醇置於燒杯中，在50℃下水浴加熱30min，收集得改性基體液；按重量份數計，分別稱量50份上述製備的改性基體液、10份偶聯改性導電粉末、2份N,N』-亞甲基雙丙烯醯胺和3份過硫酸銨攪拌混合併置於燒杯中，在75℃下水浴加熱8h，帶水浴加熱完成後，靜置冷卻至室溫，在300W下超聲分散10～15min，收集得前驅體分散液；將上述製備的前驅體分散液置於60℃下旋轉蒸發至原體積的1/5，收集前驅體分散濃縮液並澆注至模具中，在150℃下保溫加熱30min後，按10℃/min升溫至700℃，保溫炭化2h，靜置冷卻至室溫，即可製備得一種輸電線路杆塔接地網用複合接地材料。