CN103714880B - 防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料及喷涂方法 - Google Patents

防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料及喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，由TiO2和辅助材料Y2O3组成，TiO2包括金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2。本发明还公开了其喷涂方法，首先利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀得到陶瓷材料粉末；然后采用等离子喷涂设备将的陶瓷材料粉末喷射到经过喷砂处理的铝输电线表面，冷却后即可。本发明以不同晶型的TiO2粉末为原料，采用机械混合方法制备陶瓷材料粉末，然后在铝输电线表面进行等离子喷涂来制备功能型TiO2涂层，涂层的厚度在0.1～0.2mm，其涂层兼有表面润湿性好、绝缘性高，在输电线过程有光催化性能等优点，且能够防止高压线表面电晕放电和污闪放电。

Description

防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料及喷涂方法
技术领域
本发明属于非金属材料技术领域，涉及一种防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，本发明还涉及该陶瓷材料的喷涂方法。
背景技术
随着电力系统的规模和容量不断扩大，输电电压和变电站的电压等级也相应的提高，当导线表面电场强度超过气体电离的临界电场强度时，就会产生电晕放电。电晕放电不仅消耗电能，而且影响无线电信号，它还发出影响沿线居民正常生活的噪音。目前已知的电晕放电原因是导线表面不平滑，例如有灰尘等，这些灰尘会产生尖端效应发生电晕放电，另一种比较严重地是在雨天时，导线产生的电晕放电主要是由锥形水滴顶端电场强度发生畸变使附近空气电离引起的。雨滴在导线表面的润湿性越大，即导线变得越亲水性，水滴的电场畸变越小，噪音更柔软，当极度亲水时，电晕大大降低。由灰尘引起的电晕放电也称之为污闪放电。因此灰尘和雨水的水珠是电晕放电源。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，解决了现有导线表面电场强度超过气体电离的临界电场强度时，会产生电晕放电的问题。
本发明的另一目的是提供一种上述陶瓷材料的喷涂方法。
本发明所采用的技术方案是，防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，由TiO2和辅助材料Y2O3组成，TiO2包括金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2。
本发明的特点还在于，
按质量百分比由以下组分组成：金红石相TiO228～71%、锐钛矿相TiO271～28%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%。
金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2的粒径均为30～50μm。
本发明所采用的另一个技术方案是，防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料的喷涂方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取：金红石相TiO228～71%、锐钛矿相TiO271～28%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%，利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀，得到陶瓷材料粉末；
步骤2，对铝输电线表面进行喷砂处理，然后采用等离子喷涂设备将步骤1制备的陶瓷材料粉末喷射到经过喷砂处理的铝输电线表面，冷却后得到防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料涂层。
本发明的特点还在于，
金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2的粒径均为30～50μm。
喷砂处理采用粒径为35～55μm的金刚石砂，喷砂的压强为0.4～0.5MPa。
控制等离子喷涂设备的工艺参数：氢气压力0.2～0.30Mpa，氩气压力0.6～0.75Mpa，电压55～70V，电流500～600A，喷涂距离200～250mm。
本发明的有益效果是，本发明防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，以不同晶型的TiO2粉末为原料，采用机械混合方法制备陶瓷材料粉末，然后在铝输电线表面进行等离子喷涂来制备功能型TiO2涂层，涂层的厚度在0.1～0.2mm，其涂层兼有表面润湿性好、绝缘性高，在输电过程电力线有光催化性能等优点，且能够防止高压线表面电晕放电和污闪放电。
附图说明
图1为本发明实施例1喷涂有陶瓷材料涂层的导线表面润湿角的测试结果；
图2为本发明实施例1中喷涂有陶瓷材料涂层的导线在不同交流电压下的光催化试验曲线图；
图3为本发明实施例1中喷涂有陶瓷材料涂层的导线在不同直流电压下的光催化试验曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，由TiO2和辅助材料Y2O3组成，TiO2包括金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2。
按质量百分比由以下组分组成：金红石相TiO228～71%、锐钛矿相TiO271～28%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%。
金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2的粒径均为30～50μm。
上述防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料的喷涂方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取：粒径均为30～50μm的金红石相TiO228～71%、粒径均为30～50μm的锐钛矿相TiO271～28%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%，利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀，得到陶瓷材料粉末；
步骤2，采用粒径为35～55μm的金刚石砂对铝输电线表面进行喷砂处理，喷砂的压强为0.4～0.5MPa，然后采用等离子喷涂设备将步骤1制备的陶瓷材料粉末喷射到经过喷砂处理的铝输电线表面，控制等离子喷涂设备的工艺参数：氢气压力0.2～0.30Mpa，氩气压力0.6～0.75Mpa，电压55～70V，电流500～600A，喷涂距离200～250mm；冷却后得到防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料涂层，涂层的厚度在0.1～0.2mm。
对喷涂到铝输电线表面的涂层经过检测，涂层的孔隙率小于每平方厘米3个，涂层的表面粗糙度为12～16微米。
TiO2材料具有良好的化学稳定性，电绝缘性、光催化性以及表面润湿性，因此在输电线表面喷涂一层TiO2膜，可以使雨水在输电线表面很好地润湿铺展，减少了雨水滴在高压线表面的畸变，减少了尖端放电的放电源，从而使高压输电线路的电晕放电减少。另外，当喷涂了TiO2涂层的输电线表面吸附了灰尘，这些灰尘可以在TiO2涂层的光催化作用下分解，便减少了灰尘的电晕放电源，防止了高压线表面的污闪问题发生，除此之外，TiO2膜有较好的绝缘性，相当在高压线表面涂了一层绝缘层，降低了导线表面的电位，也能够有效的降低导线的电晕放电。
由于TiO2膜的光催化性能与它的晶型有关，润湿性与它的粗糙度有关，涂层的粘结强度与加工工艺有关，防腐性能与它的孔隙率有关，因此不是简单的将TiO2涂覆在导线表面就可以达到预期的效果，本发明通过大量的研究，获得了一种能够防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料。
实施例1
步骤1，按质量百分比分别称取：粒径均为30～50μm的金红石相TiO228%、粒径均为30～50μm的锐钛矿相TiO271%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%，利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀，得到陶瓷材料粉末；
步骤2，采用粒径为35μm的金刚石砂对铝输电线LGJ150/20表面进行喷砂处理，喷砂的压强为0.4MPa，然后采用大气等离子喷涂方法，将步骤1制备的陶瓷材料粉末通过送粉器输送到等离子喷涂设备的枪嘴前，控制等离子喷涂设备的工艺参数：氢气压力0.20Mpa，氩气压力0.6Mpa，电压55V，电流500A，喷涂距离200mm；经等离子喷涂设备瞬间加热雾化喷射到经过表面处理过的导线表面，冷却后得到防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料涂层，涂层的厚度在0.1mm。
实施例2
步骤1，按质量百分比分别称取：粒径均为30～50μm的金红石相TiO248%、粒径均为30～50μm的锐钛矿相TiO251%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%，利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀，得到陶瓷材料粉末；
步骤2，采用粒径为45μm的金刚石砂对铝输电线表面进行喷砂处理，喷砂的压强为0.45MPa，然后采用大气等离子喷涂方法，将步骤1制备的陶瓷材料粉末通过送粉器输送到等离子喷涂设备的枪嘴前，控制等离子喷涂设备的工艺参数：氢气压力0.25Mpa，氩气压力0.70Mpa，电压60V，电流550A，喷涂距离220mm；经等离子喷涂设备瞬间加热雾化喷射到经过表面处理过的导线表面，冷却后得到防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料涂层，涂层的厚度在0.15mm。
实施例3
步骤1，按质量百分比分别称取：粒径均为30～50μm的金红石相TiO271%、粒径均为30～50μm的锐钛矿相TiO228%、辅助材料Y2O31%，以上组分质量百分比之和为100%，利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀，得到陶瓷材料粉末；
步骤2，采用粒径为55μm的金刚石砂对铝输电线表面进行喷砂处理，喷砂的压强为0.5MPa，然后采用大气等离子喷涂方法，将步骤1制备的陶瓷材料粉末通过送粉器输送到等离子喷涂设备的枪嘴前，控制等离子喷涂设备的工艺参数：氢气压力0.30Mpa，氩气压力0.75Mpa，电压70V，电流600A，喷涂距离250mm；经等离子喷涂设备瞬间加热雾化喷射到经过表面处理过的导线表面，冷却后得到防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料涂层，涂层的厚度在0.2mm。
喷涂后的涂层中锐钛矿和金红石相的TiO2成分发生了较大的变化。本发明实施例1中质量百分比28%的锐钛矿相和71%金红石相的TiO2，并添加了1%Y2O3组成的30-50μm粉末制备的涂层为黑色，而刚配置，没有喷涂前的粉末为灰色，说明喷涂后材料的相发生了变化；对制备的涂层进行润湿角的测试，结果见图1，表面润湿角为21°，小于未喷涂导线55°；对实施例1中喷涂有陶瓷材料涂层的导线与原始的铝导线在雨天的表面水珠状况进行了实际测试，同样的气候条件，原始导线上有较多的水珠，喷涂有陶瓷材料涂层的导线表面下方仅有一个大的水珠，说明喷有本发明实施例1的陶瓷材料涂层的导线表面润湿性较好；由图2和图3可见，无论是在交流和直流输电过程中，本发明实施例1喷有陶瓷材料涂层的导线在有电流通过时，不仅有光催化性能，而且随着输电线的电压升高，光催化性能提高。
将喷涂本发明陶瓷材料涂层的导线与没有涂层的导线同时架设在高压实验室中，在导线上通入50～110KV的高压交流电，交流电的频率为50Hz，按每次升压10KV进行升压，每一个电压值下试验时间10分钟，利用紫外摄像观察导线表面的电晕起弧状况；用压力壶在导线表面喷水，模拟雨天导线的电晕放电。通过试验发现在50KV时，没有涂层的导线个别部位能看到放电的火花，导线的接线夹子部位放电明显，说明出现尖端放电，随着电压等级的升高，噪声明显增强，导线接线夹子的尖部放电更加厉害，而喷涂本发明陶瓷材料涂层的导线表面基本上没有出现电晕放电现象，只有在电压大于80KV时，导线的个别地方才出现较小的电晕放电火花。喷涂本发明陶瓷材料涂层的湿导线比没有涂层的干导线表面放电火花数量少10倍以上，强度大大降低。

Claims (6)

1.防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，其特征在于，由TiO2和辅助材料Y2O3组成，TiO2包括金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2；
按质量百分比由以下组分组成：金红石相TiO228～71％、锐钛矿相TiO271～28％、辅助材料Y2O31％，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料，其特征在于，金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2的粒径均为30～50μm。
3.根据权利要求1所述的防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料的喷涂方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量百分比分别称取：金红石相TiO228～71％、锐钛矿相TiO271～28％、辅助材料Y2O31％，以上组分质量百分比之和为100％，利用机械混粉器将上述称取的组分混合均匀，得到陶瓷材料粉末；
步骤2，对铝输电线表面进行喷砂处理，然后采用等离子喷涂设备将步骤1制备的陶瓷材料粉末喷射到经过喷砂处理的铝输电线表面，冷却后得到防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料涂层。
4.根据权利要求3所述的防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料的喷涂方法，其特征在于，金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2的粒径均为30～50μm。
5.根据权利要求3所述的防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料的喷涂方法，其特征在于，喷砂处理采用粒径为35～55μm的金刚石砂，喷砂的压强为0.4～0.5MPa。
6.根据权利要求3～5任一所述的防止高压线表面电晕放电和污闪的陶瓷材料的喷涂方法，其特征在于，控制等离子喷涂设备的工艺参数：氢气压力0.2～0.30Mpa，氩气压力0.6～0.75Mpa，电压55～70V，电流500～600A，喷涂距离200～250mm。
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