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绝缘子超疏水涂层的制备及覆冰特性的试验研究

作　者: 杨洋
导　师: 孙才新
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 绝缘子荷叶效应超疏水涂料泄漏电流冰闪电压
分类号: TM216
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在输变电系统中,输电线路的覆冰现象十分普遍。覆冰可以引起导线舞动、断线、倒塔,导致绝缘子外绝缘特性的严重下降并引起绝缘子闪络,给电网安全运行造成了严重损害。虽然目前在电力系统中广泛运用的包括RTV涂料在内的憎水性涂料具有良好的憎水性,但其接触角不会超过110o,故并不能起到防覆冰的效果,更不能提高绝缘子串冰闪电压以及和阻止冰闪事故的发生,到目前为止,尚未见应用的实际效果。为有效地减少覆冰事故的发生,有必要研究仿荷叶超疏水涂层,这种涂层成膜后水珠在其上面的接触角可达到150o以上,滚动角小于5o,使得水珠在上面很容易滚动和滑落。将这种涂层涂敷在输变电线路的绝缘子上,其超疏水性能能够使滴落于绝缘子上的过冷却水滴在释放潜热前就已经滚走,从而有效降低绝缘子表面对过冷却水滴的捕获率,进而延缓和阻止覆冰事故的发生。本文基于“荷叶效应”,研究了一种超疏水涂层的制备方法及其疏水性能表征。并将涂敷有此种超疏水涂层的等腰三角形玻璃板、涂敷RTV涂层的等腰三角形玻璃板与没有涂层的等腰三角形玻璃板一起放入人工覆冰实验室进行覆冰实验,并对这三种试品的覆冰形貌、覆冰重量、耐压过程中的紫外光子数和泄漏电流以及覆冰结束后的交流冰闪电压进行测试、比较和分析。为考察超疏水涂层运用于绝缘子防覆冰的效果,将涂敷有此种超疏水涂层的三片玻璃绝缘子、涂敷RTV涂层的三片玻璃绝缘子与没有涂层的三片玻璃绝缘子一起放入人工覆冰实验室进行覆冰实验,并基于试验结果,提出了改进涂料配方以及配合超疏水涂料的防冰除冰措施的研究思路。通过大量的试验及其结果分析得到以下结论:①超疏水涂层表面具有微纳二元复合粗糙结构,从而形成了“荷叶效应”和超疏水状态,静态接触角可以达到(160±0.5)o,这种表面水与固体的接触分数为6.6%,也就是说存在93.4%的空气截留面积;②超疏水涂层能明显延缓等腰三角形玻璃板以及绝缘子试品的覆冰,阻止了连续覆冰膜的产生,在覆冰过程中表面只有分离的覆冰颗粒,由于超疏水涂层具有较低的滚动角,涂覆超疏水涂层的等腰三角形玻璃板试品在覆冰过程中倾斜的角度越大,覆冰量越小,延缓覆冰的效果越明显;③由于超疏水涂层阻止了连续覆冰膜的产生,表面只有分离的覆冰颗粒,所以在耐压过程中涂覆超疏水涂层的玻璃板试品的泄漏电流远远没有涂覆RTV涂层的试品和没有任何涂层的试品强,且用紫外成像仪测得的耐压紫外光子数远远低于涂覆RTV涂层的试品和没有任何涂层的试品;④测得的涂覆超疏水涂层的等腰三角形玻璃板以及绝缘子试品的交流冰闪电压远远高于涂覆RTV涂层的试品以及没有任何涂层的试品的测量值;⑤改善超疏水涂料的配方工艺,例如采用复合纳米粒子代替单一粒径的无机纳米粒子,以实现规整的双重粗糙结构以及持久的超疏水性,并探讨超疏水涂料与其它防冰除冰措施相配合方法,如在超疏水涂料中添加电热型材料、光热型材料以及PTC材料,以增加超疏水涂膜对连续覆冰膜形成的有效阻止时间,对于电力系统输配电装备防覆冰事故和系统安全有着一定的研究意义。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 输电线路除冰防冰方法(憎水性涂料法除外)研究现状  10-13
    1.2.1 热力除冰和防冰方法  11
    1.2.2 机械除冰方法  11-12
    1.2.3 自然被动除冰方法(憎水性涂料法除外)  12
    1.2.4 其它除冰方法  12-13
  1.3 输电线路憎水性涂料防冰法研究现状  13-16
  1.4 超疏水国内外研究现状  16-22
    1.4.1 接触角和杨氏方程  16-17
    1.4.2 非理性固体表面的接触角  17-20
    1.4.3 仿生超疏水表面的制备  20-22
  1.5 本课题研究的内容、目的  22-23
2 超疏水涂层的制备、表面微观形貌及疏水性能  23-30
  2.1 引言  23
  2.2 超疏水涂层的制备  23-27
    2.2.1 制备低表面能的疏水涂料  23-25
    2.2.2 构建微米-纳米双重粗糙结构  25-27
  2.3 超疏水涂层的微观形貌及疏水性能表征  27-29
    2.3.1 表面微观形貌  27-28
    2.3.2 疏水性能表征  28-29
  2.4 小结  29-30
3 覆冰试品、试验装置及试验方法  30-36
  3.1 试品  30-31
  3.2 试验装置  31-35
    3.2.1 人工气候试验室  31
    3.2.2 试验变压器  31-32
    3.2.3 交流电容分压器  32
    3.2.4 试验装置接线图  32-33
    3.2.5 紫外成像仪  33-34
    3.2.6 泄漏电流测量系统  34-35
  3.3 试验方法  35
  3.4 小结  35-36
4 试品覆冰试验结果及分析讨论  36-50
  4.1 引言  36
  4.2 三种试品覆冰试验结果  36-47
    4.2.1 覆冰形貌  36
    4.2.2 覆冰质量  36-38
    4.2.3 泄漏电流时域  38-40
    4.2.4 泄漏电流频谱  40-43
    4.2.5 紫外成像测试  43-45
    4.2.6 交流冰闪电压  45-46
    4.2.7 闪络时泄漏电流  46-47
  4.3 试验结果分析和讨论  47-48
  4.4 小结  48-50
5 绝缘子覆冰试验及分析  50-62
  5.1 引言  50
  5.2 绝缘子覆冰试验  50-53
    5.2.1 试验方法  50
    5.2.2 覆冰1h 后的试验结果  50-51
    5.2.3 覆冰2h 后的试验结果  51-52
    5.2.4 覆冰3h 后的试验结果  52-53
    5.2.5 试验结论  53
  5.3 对超疏水涂料防冰局部失效原因的探讨  53-60
  5.4 配合超疏水涂料除冰和防冰的辅助措施探讨  60-61
  5.5 小结  61-62
6 结论和展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  69
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目目录  69

绝缘子超疏水涂层的制备及覆冰特性的试验研究

内容摘要

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