輸電線路鋁導(dǎo)線憎水性防覆冰涂層的研究構(gòu)建

劉大偉

摘 要：輸電線路鋁導(dǎo)線覆冰在一定程度上極大地增加了線路的機(jī)械負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致一系列安全事故出現(xiàn)，如斷線、倒塔以及導(dǎo)線舞動(dòng)等，進(jìn)而嚴(yán)重影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的日常生活、生產(chǎn)，因此以輸電線路鋁導(dǎo)線為依據(jù)，促進(jìn)防冰除冰工作的順利開(kāi)展將有助于確保整個(gè)電力系統(tǒng)能夠進(jìn)行安全且可靠的運(yùn)行。本文以超憎水性表面的構(gòu)造原理為依據(jù)，對(duì)不同微結(jié)構(gòu)與涂層作用下鋁表面的覆冰和憎水特性進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，在此基礎(chǔ)上站在理論角度上科學(xué)分析了其本身所具備的防覆冰性能。

關(guān)鍵詞：輸電線路 鋁導(dǎo)線 憎水性 防覆冰涂層 研究構(gòu)建

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（c）-0074-02

1 輸電線路鋁導(dǎo)線憎水性防覆冰涂層的研究

1.1 輸電導(dǎo)線防冰涂層的研究

根據(jù)涂層方式可以從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)線表面覆冰形成與增長(zhǎng)的有效抑制與緩解，進(jìn)而能夠?qū)⑵渌矫嫠邆涞娜毕葸M(jìn)一步消除，如耗能高、效率普遍不高、有限的使用范圍以及地形地貌的影響大等，為此需要以防覆冰涂層的不同工作原理為依據(jù)，將其分為幾種不同的類型，即電熱型、光熱型、憎水性、凝固點(diǎn)抑制劑型等。

1.2 憎水性防覆冰涂層的研究

較為光滑材料的表面，其憎水性在一定程度上會(huì)極易受到化學(xué)成分的顯著影響?；谄胀ú牧瞎饣砻嫠蔚慕佑|角控制在120°以下，然而諸多植物表面的水滴接觸角在150°以上，如荷葉，并且在其表面水滴很難穩(wěn)定地進(jìn)行停留。為能夠獲得類似荷葉表面的憎水性，學(xué)者深入分析和研究了荷葉的表面結(jié)構(gòu)，從中找出荷葉表面的結(jié)構(gòu)并非光滑，而是被微米尺寸的乳凸所大量組成的，且納米尺寸的凸起大量的存在著，其表面結(jié)構(gòu)在整體上表現(xiàn)為微納米復(fù)合階層結(jié)構(gòu)的粗糙表面；通過(guò)細(xì)致分析荷葉表面的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)一層蠟質(zhì)憎水性涂層存在于荷葉表面。受憎水性表面張力小的影響，導(dǎo)致接觸水滴的面積和相互作用都比較小，相應(yīng)的也會(huì)嚴(yán)重影響著其表面的覆冰性能。

另外，不能深入研究鋁絞線憎水性防覆冰涂層，這主要與當(dāng)下輸電鋁導(dǎo)線超憎水性防覆涂層的研究仍處于探究階段有很大的關(guān)系，因此會(huì)利用結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的鋁片代替，通過(guò)深入研究其表面的覆冰性能，將有助于促進(jìn)工程應(yīng)用問(wèn)題的有效解決。然而，受復(fù)雜絞線表面結(jié)構(gòu)的影響和研究力度的不足，導(dǎo)致這方面的開(kāi)發(fā)研究非常少。

2 試驗(yàn)裝置與測(cè)試方法

在特定的大氣條件下輸電線路鋁導(dǎo)線會(huì)時(shí)常出現(xiàn)嚴(yán)重覆冰的情況，為此關(guān)于這方面的試驗(yàn)研究也應(yīng)該在特定大氣條件下開(kāi)展，因此進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)十分有必要。

2.1 輸電導(dǎo)線覆冰模擬系統(tǒng)

根據(jù)危害程度可以將輸電導(dǎo)線覆冰逐漸劃分為白霜、霧凇、混合松以及雨凇，其中雨凇會(huì)給輸電線路造成最為巨大的危害，這主要與其本身的高密度和強(qiáng)粘附力有關(guān)，由此會(huì)急劇增加輸電導(dǎo)線的機(jī)械負(fù)荷。例如，我國(guó)大多數(shù)南方省份的輸電線路在2008年出現(xiàn)的嚴(yán)重覆冰損害在很大程度上便是與毛毛雨和凍雨所造成的雨凇覆冰有關(guān)，相應(yīng)的雨凇覆冰也就成為研究的重點(diǎn)問(wèn)題。由于雨凇覆冰除在一定程度上會(huì)受到冰水滴直徑的影響以外，風(fēng)速和氣溫等也會(huì)造成不同程度的影響，為此在整個(gè)研究過(guò)程中需要強(qiáng)化考慮和模擬這些因素，在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)其本身特點(diǎn)將一整套較為完整的輸電導(dǎo)線覆冰模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來(lái)，即成冰氣溫和風(fēng)速的控制、成冰水滴直徑控制。

覆冰試驗(yàn)方法：為能夠在自然低溫過(guò)冷水滴環(huán)境中將輸電導(dǎo)線表面的覆冰形成過(guò)程更好地模擬出來(lái)，需要根據(jù)一定的步驟模擬系統(tǒng)中的覆冰形成過(guò)程。

第一，設(shè)置環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)箱的溫度為-6℃，儲(chǔ)水水箱的溫度為0℃，通過(guò)將氣候箱和水制冷系統(tǒng)分別開(kāi)動(dòng)，以此分別對(duì)氣候箱與成冰水制冷。第二，待環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部溫度滿足-6℃時(shí)，需要在其中放置鋁導(dǎo)線并進(jìn)行為期0.5h的預(yù)冷，當(dāng)鋁導(dǎo)線表面溫度達(dá)到箱內(nèi)溫度時(shí)，則需要將噴水裝置啟動(dòng)并對(duì)其表面進(jìn)行必要的噴水覆冰，以此鋁導(dǎo)線表面所形成的雨凇覆冰會(huì)更好，其中噴水的方式主要采選用的是噴10s停30s的間隔方式。第三，通過(guò)每隔5min拍照記錄鋁導(dǎo)線表面覆冰的狀態(tài)，每隔10min進(jìn)行稱重分析，以此便可以充分掌握其表面的實(shí)際覆冰狀態(tài)。

2.2 覆冰粘附強(qiáng)度的測(cè)試

所謂的覆冰粘附主要是在0℃以下的氣溫環(huán)境中，在材料表面水通過(guò)凍結(jié)而逐漸形成的和表面材料的粘合強(qiáng)度，受不同成分與結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致其覆冰粘附的強(qiáng)度在一定程度上會(huì)存在不同。針對(duì)材料表面粘附強(qiáng)度比較大的覆冰，脫落的情況一般不會(huì)發(fā)生，要想其脫落則需要借助較大的外力，而對(duì)于那些粘附強(qiáng)度比較小的，則在重力的作用下覆冰便可自行脫落。因此，以覆冰粘附強(qiáng)度為依據(jù)來(lái)進(jìn)行測(cè)試和分析，將有利于對(duì)材料表面本身的覆冰性能進(jìn)行科學(xué)的衡量與評(píng)價(jià)，進(jìn)而能夠在一定理論指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層材料表面本身所具備的防覆冰性能。

測(cè)試方法：本文主要是將自然界形成覆冰的自然條件結(jié)合起來(lái)，按照以下步驟測(cè)試不同鋁材表面的覆冰粘附強(qiáng)度。

首先，將環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)箱中的溫度設(shè)為-6℃，當(dāng)氣溫滿足該溫度條件時(shí)便在箱中放入凍冰模具和待測(cè)鋁試樣，并進(jìn)行為期30min的冷卻，待二者的溫度滿足箱內(nèi)溫度時(shí)，需要在鋁試樣的表面放置凍冰模具，在其中分2次進(jìn)行注水，以此會(huì)在其表面形成一定面積的覆冰，覆冰整個(gè)凍結(jié)的時(shí)間控制在2h左右；其次，待凍結(jié)完畢以后，需要將特定裝置中放入試樣并將其在固定的卡具內(nèi)固定，在此基礎(chǔ)上將質(zhì)量不同的砝碼在測(cè)試裝置右側(cè)的牽引繩上懸掛，將覆冰模具、覆冰脫落時(shí)砝碼的重量加起來(lái)，并且將在鋁試樣表面所施加的等效覆冰粘附強(qiáng)度科學(xué)計(jì)算出來(lái)。

2.3 涂層表面憎水性測(cè)試

材料表面的不同憎水性在一定程度上將會(huì)直接影響著其覆冰的粘附強(qiáng)度，因此通過(guò)測(cè)試客觀地分析其憎水性能，將有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層表面覆冰性能的掌握。以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試之間的差異為依據(jù)，可以將其表面的憎水性能劃分為水滴接觸角和動(dòng)態(tài)水滴滑行測(cè)量，進(jìn)而會(huì)分別影響著其覆冰的形成。

3 結(jié)語(yǔ)

輸電鋁導(dǎo)線防覆冰涂層研究所能夠涉及的內(nèi)容非常多，諸如材料、電氣、物理、化學(xué)等眾多交叉學(xué)科，是當(dāng)下研究輸電線路安全防護(hù)的重要內(nèi)容之一。本文對(duì)鋁表面的覆冰性能進(jìn)行了科學(xué)研究，以此將一種具備良好防覆冰性能的超憎水性鋁表面研制出來(lái)，但并未將其應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，為此值得進(jìn)行深入研究與探索。

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