分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体及制备工艺的制作方法

本技术涉及避雷器芯体，尤其是涉及分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体及制备工艺。

背景技术：

1、在现代配电系统中，高效可靠的避雷装置是保障电力设施安全稳定运行的基础，而广泛使用的避雷装置核心部件是金属氧化物避雷芯体。近年来，随着智能电网的发展和电力需求的快速增长，对避雷装置尤其是其核心部件的优化设计提出了更高要求。

2、传统的避雷芯体为了提高绝缘性能和机械强度，通常采用复合外套进行包覆，使其能在复杂多变的户外环境中长期稳定工作。然而，在制造过程中存在电阻片固定不牢、易泄漏等问题，从而影响了避雷芯体的绝缘性能、机械强度和使用寿命。因此，电阻片的固定尤为重要。

3、现有技术中，电阻片的固定方式多采用网格缠绕法，虽然这种方法简便易行，在一定程度上能够实现电阻片的固定，但其固定效果并不理想，容易出现电阻片移位，影响电场的均匀分布，降低避雷芯体的绝缘性能。此外，固定不牢还可能引起密封不严，增加泄漏风险，加速老化过程，进而缩短避雷芯体的使用寿命，影响整个配电系统的安全运行。

4、因此，亟需研发一种电阻片固定牢固、不易移位和泄漏的金属氧化物避雷芯体，从而提高金属氧化物避雷芯体的绝缘性能、机械强度和使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种电阻片固定牢固、不易移位和泄漏，绝缘性能、机械强度高，使用寿命长的金属氧化物避雷芯体，本技术提供分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体及制备工艺。

2、一方面，本技术提供的分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体，包括依次连接的上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极，所述上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极的外侧设有pi膜；所述pi膜的外侧设有无碱玻璃纤维丝；所述无碱玻璃纤维丝为改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝；

3、所述改性环氧树脂为聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂；制备所述聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂的原料中，聚乙二醇功能化碳纳米管为环氧树脂的1wt%~3wt%。

4、通过采用上述技术方案，本技术采用特定的材料和结构，制得的避雷芯体电阻片固定牢固、不易移位和泄漏，绝缘性能、机械强度高，使用寿命长。本技术的pi膜和改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝显著增强了避雷芯体的整体机械强度和固定性，减少电阻片移位。

5、pi膜的使用不仅提供了优异的绝缘性能，还能通过其良好的粘合性辅助固定电阻片，减少移位。聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂中，聚乙二醇功能化碳纳米管可以显著提高材料的整体机械强度和韧性，有助于避雷芯体在承受高电压冲击、机械振动或温度变化时保持结构的稳定性和耐用性。还可以形成导热网络，有助于热量的快速传递，减少局部过热现象，保护避雷器在高功率或故障条件下不受热损伤。还能提高界面结合力，使得改性环氧树脂与无碱玻璃纤维丝的粘合更加牢固，减少层间分离的风险，提高避雷芯体的整体密封性和可靠性，延长使用寿命。

6、可选的，所述聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂的制备方法为：

7、步骤一：将聚乙二醇功能化碳纳米管超声分散于乙醇中，制得聚乙二醇功能化碳纳米管悬浮液；

8、步骤二：将环氧树脂和固化剂混合，加入步骤一得到的所述聚乙二醇功能化碳纳米管悬浮液，搅拌30~60min，脱泡，制得聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂。

9、通过采用上述技术方案，在聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂的制备中，超声分散确保了碳纳米管的均匀分布，避免了团聚现象，使得改性环氧树脂的性能更加均匀和可控。聚乙二醇改善了碳纳米管与环氧树脂之间的界面相容性，增强了两者之间的相互作用力，有助于提升整体性能。制得的聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂，能够改善金属氧化物避雷芯体的固定性、绝缘性能、机械强度和使用寿命，减少泄漏风险。

10、可选的，所述聚乙二醇功能化碳纳米管的制备方法为：将多壁碳纳米管分散于二甲基甲酰胺中，制得多壁碳纳米管溶液；将聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺中，加入所述多壁碳纳米管溶液，加入过硫酸钾，在60~80℃下搅拌4~6h，冷却，洗涤，干燥，制得聚乙二醇功能化碳纳米管；其中，多壁碳纳米管和聚乙二醇的重量比为1：1。

11、可选的，所述聚乙二醇的平均分子量为4000~8000。

12、通过采用上述技术方案，本技术的聚乙二醇具有适中的反应活性，平衡材料的力学性能、分散性能以及加工流动性。若平均分子量过高，可能会降低反应速率；若平均分子量过低，则可能难以形成有效的覆盖层。

13、可选的，所述pi膜选自均苯型聚酰亚胺薄膜和联苯型聚酰亚胺薄膜中的一种。

14、通过采用上述技术方案，本技术的pi膜具有优异的耐热性和机械性能，在复杂的户外环境中能保持长期的稳定性和可靠性，同时满足高效绝缘、高强度和长寿命的要求。

15、第二方面，本技术提供了上述分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体的制备工艺，包括以下步骤：

16、s1、依次将所述上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极固定，在上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极的外侧缠绕所述pi膜，完成第一层绕制；

17、s2、完成第一层绕制后，延芯体的径向平缠一层聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝，形成平铺层，完成第二层绕制；

18、s3、完成第二层绕制后，采用聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝进行网格缠绕，形成网格层，完成第三层绕制；

19、s4、烘干固化，冷却，制得所述分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体。

20、通过采用上述技术方案，本技术分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体的制备工艺，不仅提升了避雷芯体的综合性能，还通过精细化的制造流程实现了高效、高质量的生产。

21、本技术的制备工艺通过分层绕制的方式，每一步都精确控制，确保避雷芯体的结构均匀一致，提高整体性能的可靠性。pi膜能够隔离并保护电阻片，避免电场畸变和短路，同时确保了电阻片的正确位置，避免移位。平铺层为连续的保护层，进一步提升电绝缘性和整体的机械稳定性，均匀分配外力，防止应力集中。网格层为避雷器芯体提供轴向拉力和泄压网格孔，提高了机械强度和抗变形能力，在抵抗外部压力和冲击时，网格结构能有效分散应力，减少断裂风险。本技术平铺层和网格层的结合，既保证了机械支撑的连续性，又形成了良好的电场分布，减少局部放电风险。最后烘干固化，确保了各层材料的紧密结合，减少了内部空隙和水分渗透，提高了避雷芯体的耐候性和长期使用稳定性。

22、可选的，平铺层和网格层的总厚度为2~5mm。

23、可选的，所述平铺层和网格层的厚度比为1：（2~4）。

24、通过采用上述技术方案，本技术较厚的网格层设计能够显著增强避雷芯体的抗冲击和抗振动能力，保护内部的电阻片和绝缘材料不受外界物理损伤。

25、可选的，所述步骤s1中，所述pi膜缠绕于相邻金属氧化物电阻片之间的间隙处；所述pi膜填满相邻金属氧化物电阻片之间的间隙。

26、通过采用上述技术方案，本技术的pi膜作为高性能绝缘材料，能够避免相邻电阻片间的短路。均匀且紧密的pi膜层能够帮助维持电场的均匀分布，减少局部电场强度过高导致的电晕放电或局部过热，从而提升避雷器的安全性和使用寿命。完全填充的pi膜层还可以作为物理屏障，保护电阻片免受外部冲击造成的损伤和移位。紧密的pi膜层还能够有效隔绝空气，避免泄漏，延长避雷器的使用寿命。

27、可选的，所述步骤s3中，网格缠绕形成的网格为菱形，菱形的锐角为20°~90°。

28、通过采用上述技术方案，本技术的缠绕角度能够有效地在不同方向上分散施加在避雷芯体上的机械应力，如外部冲击、振动或热膨胀产生的应力，避免应力集中，减少结构损坏的风险。网状结构在保持机械强度的同时，不会过度阻挡电场的自然分布，有助于维持电场的均匀性，减少局部电场畸变，降低电晕放电的可能，提高避雷器的电气性能。

29、可选的，所述步骤s3中，菱形网格的边长为6~15mm。

30、可选的，所述步骤s4中，烘干温度为120℃~140℃，烘干时间为4h~6h。

31、通过采用上述技术方案，本技术的烘干条件确保了改性环氧树脂的完全固化，提升了避雷芯体的机械强度和电绝缘性能。

32、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

33、1. 本技术采用特定的材料和结构，制得的避雷芯体电阻片固定牢固、不易移位和泄漏，绝缘性能、机械强度高，使用寿命长。

34、2.本技术的pi膜和改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝显著增强了避雷芯体的整体机械强度和固定性，减少电阻片移位。

35、3. 本技术的制备工艺通过分层绕制的方式，每一步都精确控制，确保避雷芯体的结构均匀一致，提高整体性能的可靠性。

36、4.本技术平铺层和网格层的结合，既保证了机械支撑的连续性，又形成了良好的电场分布，减少局部放电风险。

37、具体实施方式

38、以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。

39、本技术设计了分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体，包括依次连接的上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极，所述上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极的外侧设有pi膜；所述pi膜的外侧设有无碱玻璃纤维丝；所述无碱玻璃纤维丝为改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝；

40、所述改性环氧树脂为聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂；制备所述聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂的原料中，聚乙二醇功能化碳纳米管为环氧树脂的1wt%~3wt%。

41、本技术分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体的制备工艺，包括以下步骤：

42、s1、依次将所述上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极固定，在上金属电极、金属氧化物电阻片和下金属电极的外侧缠绕所述pi膜，完成第一层绕制；

43、s2、完成第一层绕制后，延芯体的径向平缠一层聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝，形成平铺层，完成第二层绕制；

44、s3、完成第二层绕制后，采用聚乙二醇功能化碳纳米管改性环氧树脂预浸后的无碱玻璃纤维丝进行网格缠绕，形成网格层，完成第三层绕制；

45、s4、烘干固化，冷却，制得所述分层绕制的复合外套金属氧化物避雷芯体。

46、本技术人针对现有的避雷芯体电阻片固定不牢，容易出现电阻片移位，引起密封不严，增加泄漏风险，加速老化过程，进而缩短避雷芯体的使用寿命的问题设计了本技术的技术方案。

47、本技术采用特定的材料和结构，制得的避雷芯体电阻片固定牢固、不易移位和泄漏，绝缘性能、机械强度高，使用寿命长。本技术平铺层和网格层的结合，既保证了机械支撑的连续性，又形成了良好的电场分布，减少局部放电风险。

48、本技术采用的原料具体如下：

49、多壁碳纳米管：郑州汇聚化工有限公司，纯度：98%。

50、二甲基甲酰胺：cas：68-12-2。

51、过硫酸钾：cas：7727-21-1。

52、乙醇：cas：64-17-5。

53、环氧树脂：cas：24969-06-0。

54、邻苯二甲酸酐：cas：85-44-9。