微纳结构超疏水绝缘涂层表面防污闪能力及其持久性研究

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输电线路绝缘子污闪事故将严重影响电力系统运行可靠性,从而成为了“双碳”背景下加快建设新型电力系统过程中迫切需要被解决的一大难题。在绝缘子表面涂覆以室温硫化硅橡胶(RTV)为代表的憎水性涂料,可以有效降低绝缘子污闪事故发生的频率。但是RTV涂层仍然也存在着疏水性能劣化、失效等问题,故需要对现有的憎水性涂料进行改进,或引入新型外绝缘材料。近年来,微纳结构超疏水绝缘涂层凭借其优异的憎水性能,逐渐成为了电力系统外绝缘业界的研究热点之一。超疏水涂层表面独特的自清洁现象,能够有效避免绝缘子污闪事故先决条件的产生,从而明显提高绝缘子的电气绝缘性能、改善绝缘子的耐候性和抗老化能力。因此深入研究超疏水涂层的防污闪机理、性能与持久性具有重要的工程应用价值和意义。本文以微纳结构超疏水绝缘涂层为研究基础,对超疏水涂层表面的防污闪能力及其持久性进行了理论分析和试验研究。本文的主要工作如下:(1)建立了微纳结构超疏水涂层表面液滴滚动角的数学模型,并通过滚动角试验验证了模型的可行性。该模型表明涂层表面液滴的滚动角主要受到纳米级柱体的宽度和间距比值、微米级乳突半径和间距比值、液滴本征接触角、液滴体积、液滴密度和液-气界面张力的综合影响。涂层表面的大尺寸去离子水液滴的滚动角极小,它们将非常容易发生滚动行为而离开涂层表面。(2)计算了超疏水涂层表面污秽颗粒与液滴接触时受的垂直方向和水平方向作用力,进而分析得知污秽颗粒易于被液滴吸收或牵引。建立了超疏水涂层表面直流污闪机理模型,阐明了在泄漏电流极小的状态下,涂层表面污闪电压与干闪电压的关系。并测试了超疏水涂层、RTV涂层和无涂层表面的泄漏电流,试验结果表明在任何染污程度下,超疏水涂层表面的泄漏电流始终非常小,远小于RTV与无涂层表面的泄漏电流;随直流电压增大,超疏水涂层表面的泄漏电流的增长速率最小;在长时间润湿后,超疏水涂层表面的泄漏电流不会因染污程度、润湿时间发生明显改变。(3)分析评估了超疏水涂层耐化学腐蚀性和防污闪持久性,并提出一种改进的在面漆中添加含氟类化合物的超疏水涂层。测试了含氟超疏水涂层、无氟超疏水涂层和RTV涂层的耐化学腐蚀性,试验结果表明含氟超疏水涂层拥有与RTV涂层相当,且显著强于无氟超疏水涂层的耐化学腐蚀性。进一步测试了老化后含氟超疏水涂层表面的泄漏电流,试验结果表明腐蚀后的含氟超疏水涂层在润湿初期和润湿饱和阶段的泄漏电流虽然均有提高,但是也远小于未经过腐蚀的RTV涂层与无涂层表面的泄漏电流。
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