半导电纸及制备方法和多绕组电流互感器的整体屏蔽结构

摘要

本发明属于电流互感器领域，具体涉及一种半导电纸及制备方法和多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，所述半导电纸包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆65～100份、乙炔黑15～25份、硼酸镁晶须2～4份、改性阴离子淀粉1～5份和5％乙醇溶液20～45份。本发明电纸具有优异的电气性能，同时保持了良好的机械强度，与对照组相比，取得了显著的进步。另外，本发明还提供了一种用于多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，能有效减少二次绕组之间因环氧树脂浇注时、不能充分渗透造成的气泡间隙，减少产品的局部放电，提高产品的质量。

权利要求

1.一种半导电纸，其特征在于，包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆65～

100份、乙炔黑15～25份、硼酸镁晶须2～4份、改性阴离子淀粉1～5份和5％乙醇溶液20～45份；所述改性阴离子淀粉由以下步骤制得：S1、酸解：取玉米淀粉与5～10％的盐酸溶液按1:(1～2)的比例混合，搅拌得淀粉多糖溶液，将上述淀粉多糖溶液置于30～50℃的恒温水浴中反应1.5～3h，反应过程中持续搅拌，搅拌速度为1000～2500rpm；

S2、交联：往上述酸解处理后的淀粉多糖溶液加入大豆油、氢氧化钠溶液、司盘-80和环氧氯丙烷，搅拌混合，其中，大豆油、氢氧化钠溶液、司盘-80和环氧氯丙烷的重量比为1:(1～2):(0.2～0.6):(0.2～1)；

S3、阴离子化：将乙醇溶液、一氯醋酸、氢氧化钠溶液以及经上述S2步骤处理后的淀粉多糖溶液分别加入反应器中，充分搅拌，升温至50～80℃，反应12～24h后加入冰醋酸，调节pH为6.5～7.0，过滤，用乙醇溶液洗涤，干燥，得阴离子淀粉；

S4、改性：将0.5～2g氨基酸、0.5～1g羰基二咪唑加入到40～60ml的二甲基甲酰胺溶液中，常温反应1～3h，加入2～5g上述步骤S3所得的阴离子淀粉，搅拌均匀，升温至55～70℃，反应12～24h，静置分层后用乙醇洗涤并干燥，即得。

2.如权利要求1所述的半导电纸，其特征在于，包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆85份、乙炔黑20份、硼酸镁晶须3份、改性阴离子淀粉2份和5％乙醇溶液25份。

3.如权利要求1所述的半导电纸，其特征在于，所述改性阴离子淀粉颗粒的平均直径为

45～60μm。

4.如权利要求1所述的半导电纸，其特征在于，所述氨基酸选自精氨酸、甘氨酸、组氨酸和赖氨酸中的一种。

5.如权利要求4所述的半导电纸，其特征在于，所述氨基酸选自精氨酸。

6.一种制备如权利要求1～5任一所述半导电纸的方法，其特征在于，包括以下步骤：用5％乙醇溶液浸泡乙炔黑，待用；往未漂硫酸盐针叶木浆中加入纯化水浸泡10～

30min，移入打浆机进行疏解，加入上述乙炔黑，打浆；打浆至浆料叩解度为20～28度时加入硼酸镁晶须，继续打浆至浆料叩解度为30～42度时加入改性阴离子淀粉，用双缸双圆网抄纸机抄纸。

7.一种多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，其特征在于，包括至少两个二次绕组，所述至少两个二次绕组经涤纶丝带固定为一个二次绕组整体，所述二次绕组整体的外层经电工胶带进行封闭式缠绕，所述电工胶带的外层上还经如权利要求1～5任一所述的半导电纸进行封闭式缠绕。

8.如权利要求7所述的多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，其特征在于，所述至少两个二次绕组共轴、叠加成圆筒状整体，至少两条涤纶丝带沿二次绕组的叠加方向分别对所述圆筒状整体的侧边进行缠绕固定，所述至少两条涤纶丝带沿圆筒状整体的横截面所在圆周均匀分布。

9.如权利要求8所述的多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，其特征在于，所述涤纶丝带的数量至少为三条；所述电工胶带与半导电纸均以半叠包的方式对二次绕组整体进行缠绕。

说明书

半导电纸及制备方法和多绕组电流互感器的整体屏蔽结构

技术领域

[0001] 本发明属于电流互感器领域，具体涉及半导电纸及制备方法和多绕组电流互感器的整体屏蔽结构。

背景技术

[0002] 现有的屏蔽材料有金属箔、半导体橡胶带和表面型半导体材料等。这些材料都存在不同程度的涂覆不均匀，涂层易脱落、电阻特性不稳定等缺点。

[0003] 半导电纸是一种新型电工材料，其导电率介于导体与半导体之间，一般要求电阻值介于导体和绝缘体之间(1×105～1×107欧姆·厘米)。半导电纸分为单色和双色两种，均是用100％未漂硫酸盐木浆为原料，加入适量的导电质制成的。单色半导电纸多用于高压电缆和电流互感器电容性绝缘中绕制电屏。

[0004] 导电纸的纸浆应具备的性质同它的用途有关，它的品质好坏对纸张的质量有着决定性的作用。适用于生产半导体纸的纸浆应为无杂质的100％未漂硫酸盐脱脂木浆，由于它含有天然的抗氧化剂，对电压和受热影响较好，同时它有较大的离子交换能力，能吸收由于浸渍绝缘油被破坏而产生的氢离子。同时这种木浆的硬度适中，木素含量在3％左右。

[0005] 另外一方面，导电纸的导电质的选择也至关重要。一般均选用导电碳黑作为电介质。但由于碳黑在纸张中的保留率低，而碳黑在纸中的保留率是决定纸张电阻高低的主要因素，电阻率在半导电纸中是关键性的指标之一，它是衡量半导电纸能否适用的主要标志。通常为了增加碳黑在纸中的保留率，一般会加入助留剂，助留剂不仅可以使碳黑更坚固地固着在纤维内部及表面上，而且可以提高碳黑的保留率。如在中国专利申请CN1098153A中，发明人用阳离子淀粉作为助留剂，制备了一种封闭性好、耐折、电阻稳定、分布均匀的半导电纸。阳离子淀粉带有很高的正电荷，它能很好的中和纤维上的负电荷，同时能吸附带有负电荷的碳黑，从而使碳黑沉积于带负电荷的纤维上，从而提高碳黑的保留率。但是在实际生产中发现，阳离子淀粉的加入量与纸张的成形有明显的关联，当阳离子淀粉加入量达到
0.08％时，浆料即发生明显的絮聚，当用量达到0.3％时，浆料的絮聚非常明显，严重影响纸张的成形。所以，在生产中一般建议阳离子淀粉的用量在0.08％左右，但是另一方面，若减少阳离子淀粉的用量，又会使碳黑的保留率达不到要求。

[0006] 另一方面，纸张强度与电阻的关系仍存在提高的空间，导电质如碳黑的加入，它的颗粒填充于纤维间，减少了纤维的接触面积，妨碍了纤维间氢键的结合，导致纸张的物理强度的下降。但如果减少导电质的用量，又会影响着纸张的电阻率难以达到要求。为了解决纸张强度与电阻关系难以平衡的问题，现有技术中一般在打浆后期加入补强剂进行补强，如CMC，但用CMC会导致纸张的抗油性能增加，而半导体纸用作绝缘外层屏蔽时，要求透油性好，使浸油料易于浸入绝缘内部空隙，因此，实际上用CMC进行补强是不可取的。

[0007] 除外，现有的电流互感器中多个二次绕组之间存在间隙，间隙部位不能渗透环氧树脂，浇注时形成气泡，产品容易产生局部放电。

[0008] 因此，有必要提供一种电气性能优越同时物理强度良好的半导电纸以及多绕组电流互感器的整体屏蔽结构。

发明内容

[0009] 为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种半导电纸，其具有优越的电气性能和良好的物理性能，可用于电流互感器屏蔽材料，具有广阔的应用前景。

[0010] 本发明提供了一种半导电纸，包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆65～100份、乙炔黑15～25份、硼酸镁晶须2～4份、改性阴离子淀粉1～5份和5％乙醇溶液20～45份。

[0011] 进一步地，所述半导电纸包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆85份、乙炔黑20份、硼酸镁晶须3份、改性阴离子淀粉2份和5％乙醇溶液25份。

[0012] 进一步地，所述半导电纸包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆65份、乙炔黑15份、硼酸镁晶须2份、改性阴离子淀粉1份和5％乙醇溶液20份。

[0013] 进一步地，所述半导电纸包括以下重量份数的组分：未漂硫酸盐针叶木浆100份、乙炔黑25份、硼酸镁晶须4份、改性阴离子淀粉5份和5％乙醇溶液45份。

[0014] 进一步地，所述改性阴离子淀粉颗粒的平均直径为45～60μm。

[0015] 进一步地，所述改性阴离子淀粉颗粒的平均直径为55μm。

[0016] 进一步地，所述改性阴离子淀粉由以下步骤制得：

[0017] S1、酸解：取玉米淀粉与5～10％的盐酸溶液按1:(1～2)的比例混合，搅拌得淀粉多糖溶液，将上述淀粉多糖溶液置于30～50℃的恒温水浴中反应1.5～3h，反应过程中持续搅拌，搅拌速度为1000～2500rpm；

[0018] S2、交联：往上述酸解处理后的淀粉多糖溶液加入大豆油、氢氧化钠溶液、司盘-80和环氧氯丙烷，搅拌混合，其中，大豆油、氢氧化钠溶液、司盘-80和环氧氯丙烷的重量比为1:(1～2):(0.2～0.6):(0.2～1)；

[0019] S3、阴离子化：将乙醇溶液、一氯醋酸、氢氧化钠溶液以及经上述S2步骤处理后的淀粉多糖溶液分别加入反应器中，充分搅拌，升温至50～80℃，反应12～24h后加入冰醋酸，调节pH为6.5～7.0，过滤，用乙醇溶液洗涤，干燥，得阴离子淀粉；

[0020] S4、改性：将0.5～2g氨基酸、0.5～1g羰基二咪唑加入到40～60ml的二甲基甲酰胺溶液中，常温反应1～3h，加入2～5g上述步骤S3所得的阴离子淀粉，搅拌均匀，升温至55～70℃，反应12～24h，静置分层后用乙醇洗涤并干燥，即得。

[0021] 进一步地，所述氨基酸选自精氨酸、甘氨酸、组氨酸和赖氨酸中的一种。

[0022] 进一步地，所述氨基酸选自精氨酸。

[0023] 本发明还提供了一种制备上半导电纸的方法，包括以下步骤：

[0024] 用5％乙醇溶液浸泡乙炔黑，待用；往未漂硫酸盐针叶木浆中加入纯化水浸泡10～30min，移入打浆机进行疏解，加入上述乙炔黑，打浆；打浆至浆料叩解度为20～28度时加入硼酸镁晶须，继续打浆至浆料叩解度为30～42度时加入改性阴离子淀粉，用双缸双圆网抄纸机抄纸。

[0025] 除外，本发明还提供了一种多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，包括至少两个二次绕组，其中单个二次绕组由铁心、漆包线等组成，单个二次绕组的外层，先用硅橡胶带半叠包封闭式缠绕，再用电工胶进行封闭式缠绕；所述至少两个二次绕组经涤纶丝带固定为一个二次绕组整体，所述二次绕组整体的外侧经电工胶带进行封闭式缠绕，所述电工胶带的外层还经上述的半导电纸进行封闭式缠绕。

[0026] 进一步地，所述至少两个二次绕组共轴、叠加成圆筒状整体，至少两条涤纶丝带沿二次绕组的叠加方向分别对所述圆筒状整体进行缠绕固定，所述至少两条涤纶丝带沿圆筒状整体的横截面所在圆周均匀分布。

[0027] 进一步地，所述涤纶丝带的数量至少为三条；所述电工胶带与半导电纸均以半叠包的方式对二次绕组整体进行缠绕。

[0028] 本发明中用改性的阴离子淀粉作为助留剂，淀粉带有的正电荷能够很好的中和纤维上的负电荷，同时能吸附带有负电荷的乙炔黑，从而使乙炔黑沉积于带负电荷的纤维上，从而提高乙炔黑的保留率，且其不会引起浆料的絮聚。经试验证明，加入本发明助留剂能够使乙炔黑的保留率提高至85～90％，且令发明人意想不到的是，加入改性阴离子淀粉颗粒，纸张的耐折度有明显提高。

[0029] 另一方面，本发明中硼酸镁晶须作为补强剂，其能使纸张的各项物理指标均有所提高，且其不会增加纸张的抗油性，目前并未见将硼酸镁晶须用于纸张生产的报道。

[0030] 与现有技术相比，本发明具有以下优势：

[0031] 1)本发明导电纸具有优异的电气性能，同时保持了良好的机械强度，与对照组相比，取得了显著的进步。

[0032] 2)本发明采用改性阴离子淀粉作为助留剂，其提高了乙炔黑的保留率，同时克服阳离子淀粉导致的纸张不易成形的缺陷，且另发明人意想不到的是，其还能使纸张的耐折度有明显提高。采用硼酸镁晶须作为补强剂替代现有技术中常用的CMC，其能使纸张的各项物理指标均有所提高，且不会增加纸张的抗油性。

[0033] 3)本发明还提供了一种用于多绕组电流互感器的整体屏蔽结构，其能有效减少二次绕组之间因环氧树脂浇注时、不能充分渗透造成的气泡间隙，减少产品的局部放电，提高产品的质量。

附图说明

[0034] 图1为本发明多绕组电流互感器的整体屏蔽结构的纵剖面结构示意图；

[0035] 图2为本发明多绕组电流互感器的整体屏蔽结构的屏蔽横剖面示意图。

[0036] 附图标记：涤纶丝带1；电工胶带2；半导电纸3；二次绕组线圈4。具体实施方式：

[0037] 以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

[0038] 本发明所述未漂硫酸盐针叶木浆购自青岛瑞利博国际贸易有限公司；所述硼酸镁晶须购自南京化学试剂股份有限公司，CAS号：13703-82-7；乙炔黑购自广拓化学(上海)有限公司，CAS号：1333-86-4；阳离子醚化淀粉购自北京康普汇维科技有限公司。

[0039] 实施例1、本发明改性阴离子淀粉的制备

[0040] 所述改性阴离子淀粉由以下步骤制得：

[0041] S1、酸解：取玉米淀粉与8％的盐酸溶液按1:2的比例混合，搅拌得淀粉多糖溶液，将上述淀粉多糖溶液置于45℃的恒温水浴中反应2h，反应过程中持续搅拌，搅拌速度为2000rpm；

[0042] S2、交联：往上述酸解处理后的淀粉多糖溶液加入大豆油、氢氧化钠溶液、司盘-80和环氧氯丙烷，搅拌混合，其中，大豆油、氢氧化钠溶液、司盘-80和环氧氯丙烷的重量比为1:1:0.5:0.8；

[0043] S3、阴离子化：将乙醇溶液、一氯醋酸、氢氧化钠溶液以及经上述S2步骤处理后的淀粉多糖溶液分别加入反应器中，充分搅拌，升温至60℃，反应12h后加入冰醋酸，调节pH为6.8，过滤，用乙醇溶液洗涤，干燥，得阴离子淀粉；

[0044] S4、改性：将1.5g精氨酸、0.6g羰基二咪唑加入到50ml的二甲基甲酰胺溶液中，常温反应2h，加入3g上述步骤S3所得的阴离子淀粉，搅拌均匀，升温至60℃，反应12h，静置分层后用乙醇洗涤并干燥，制得粒径为50μm淀粉颗粒。

[0045] 实施例2、一种半导电纸

[0046] 本发明实施例2所述半导电纸由以下重量份数的组分组成：未漂硫酸盐针叶木浆85份、乙炔黑20份、硼酸镁晶须3份、如实施例1所述的改性阴离子淀粉2份和5％乙醇溶液25份。

[0047] 制备方法：

[0048] 用5％乙醇溶液浸泡乙炔黑，待用；往未漂硫酸盐针叶木浆中加入纯化水浸泡20min，移入打浆机进行疏解，加入上述乙炔黑，打浆；打浆至浆料叩解度为26度时加入硼酸镁晶须，继续打浆至浆料叩解度为38度时加入改性阴离子淀粉，用双缸双圆网抄纸机抄纸。

[0049] 实施例3、一种半导电纸

[0050] 本发明实施例3所述半导电纸由以下重量份数的组分组成：未漂硫酸盐针叶木浆65份、乙炔黑15份、硼酸镁晶须2份、如实施例1所述的改性阴离子淀粉1份和3％乙醇溶液20份。

[0051] 制备方法如实施例2。

[0052] 实施例4、一种半导电纸

[0053] 本发明实施例4所述半导电纸由以下重量份数的组分组成：未漂硫酸盐针叶木浆100份、乙炔黑25份、硼酸镁晶须4份、如实施例1所述的改性阴离子淀粉5份和6％乙醇溶液
45份。

[0054] 制备方法如实施例2。

[0055] 实施例5、一种多绕组电流互感器的整体屏蔽结构

[0056] 如图1和图2所示，本发明多绕组电流互感器的整体屏蔽结构包括至少两个二次绕组，所述至少两个二次绕组经涤纶丝带1固定为一个二次绕组整体，所述二次绕组整体的外层经电工胶带2进行封闭式缠绕，所述电工胶带的外层还经上述的半导电纸3进行封闭式缠绕。进一步地，所述至少两个二次绕组共轴、叠加成圆筒状整体，至少两条涤纶丝带沿二次绕组的叠加方向分别对所述圆筒状整体进行缠绕固定，所述至少两条涤纶丝带沿圆筒状整体的横截面所在圆周均匀分布。进一步地，所述涤纶丝带的数量至少为三条；所述电工胶带与半导电纸均以半叠包的方式对二次绕组整体进行缠绕。

[0057] 本发明制作方法为：先用涤纶丝带将多个二次绕组线圈4固定，多个二次绕组线圈叠起成圆柱形，涤纶丝带将多个二次绕组线圈绑紧固定为一个整体，三处涤纶丝带互成120°的角度，接着用电工胶带半叠包，将整个二次绕组线圈全部封闭，最外层用上述半导电皱纹纸半叠包，将整个二次绕组线圈全部封闭。本发明多绕组电流互感器的整体屏蔽结构能有效减少二次绕组之间因环氧树脂浇注时、不能充分渗透造成的气泡间隙，减少产品的局部放电，提高产品的质量。

[0058] 对比例1、一种半导电纸

[0059] 对比例1与实施例2的区别在于：用CMC替代硼酸镁晶须，其余参数及操作如实施例2所示。

[0060] 对比例2、一种半导电纸

[0061] 对比例2与实施例2的区别在于：用阳离子醚化淀粉替代改性阴离子淀粉，其余参数及操作如实施例2所示。

[0062] 试验例一、性能测试

[0063] 取实施例2～4以及对比例1～2所述半导电纸，对其性能进行测试，测试结果如表1所示。

[0064] 表1 测试结果

[0065]

[0066]

[0067] 由上表1可知，本发明实施例2～4所述导电纸具有优异的电气性能和良好的物理强度。与实施例2相比，对比例1用CMC替换硼酸镁晶须，其制备得到的半导电纸在物理强度方面有明显下降，但其抗油性能(毛细管吸油高度)提高了4倍，不符合半导电纸的性能要求。与实施例2相比，对比例2用阳离子淀粉替换本发明改性阴离子淀粉，其制备得到的半导电纸在制备过程中成形困难，且令发明人意想不到的是，半导电纸的耐折度也有明显降低，这说明，加入改性阴离子淀粉克服了阳离子淀粉导致的纸张成形困难问题，并且还能使纸张的耐折度提高。

[0068] 试验例二、本发明半导电纸与中国专利申请CN1098153A所述半导体纸性能对比[0069] 取本发明实施例2所述导电纸和对照组(中国专利申请CN1098153A所述半导体纸，注：将对照组中阳离子淀粉限定阳离子醚化淀粉)，对两种导电纸的性能进行测试，测试结果如表2所示。

[0070] 表2 测试结果

[0071]

[0072]

[0073] 由上表2可知，与对照组相比，本发明具有更好的电气性能和物理强度，特别是，本发明导电纸乙炔黑保留率达到88.6％，而对照组仅仅为68.3％，对照组制备得到的纸张外观略显粗糙，且在制备过程中纸张不易成形，增加了加工的难度。