CN106602292B - 一种抑制电力设备表面电荷积聚的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抑制电力设备表面电荷积聚的方法，在电力设备的绝缘介质表面形成导电涂层，并在导电涂层表面设一接地导线；所述导电涂层是由两种或两种以上液态金属制得。所述方法避免电场畸形，提高绝缘介质的耐受电压，降低电力设备发生局部放电和沿面闪络等问题的可能性。

Description

一种抑制电力设备表面电荷积聚的方法
技术领域
本发明属于电力设备电气绝缘领域，具体涉及一种基于液态金属喷涂技术成功抑制电力设备表面电荷积聚的方法。
背景技术
随着电网建设的发展，电压等级越来越高，电气绝缘设备的安全性和稳定性迎来更高的挑战。在电力设备的长期运行中，部分设备由于绝缘介质形状特殊，或长期暴露在空气中导致其表面结构受到破坏等原因，表面电荷积聚较为严重。而电荷积聚能够畸变电场分布，降低了绝缘介质的耐受电压，增加了电力设备发生局部放电和沿面闪络等问题的可能性。以气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)用盆式绝缘子为例，盆式绝缘子在GIL中具有支撑导体、隔离气室和电气绝缘作用，是整个GIL中较为薄弱的环节。截止目前，大多数GIL仅投用于交流输电领域，而对于直流GIL，由于其支撑绝缘子表面电荷积聚严重，畸变了沿面电场分布，导致某些情况下发生闪络，因此限制了GIL在直流输电上大规模运用。
另一方面，电气设备存在电容效应，由于电容具有储存电荷的性能，因此在刚断开电源的停电设备上，都会保留一定量的电荷，称为剩余电荷。电力设备中如变压器等设备，其外壳为金属，通常用接地导线将变压器外壳接地线连接来防止触电，而电力设备中如避雷器、套管等设备，其外表面为绝缘材料，无法直接通过接地导线将外表面与地线直接连接。因此，如何将外表面为绝缘材料的电力设备充分放电，以防止剩余电荷产生电击，成为了电力作业必须要考虑的安全问题。
发明内容
为了更好的抑制电力设备表面电荷聚集，避免电场畸形，提高绝缘介质的耐受电压，降低电力设备发生局部放电和沿面闪络等问题的可能性，本申请特提出一种有效抑制电力设备表面电荷积聚的新方法。
本发明的技术方案如下：
一种抑制电力设备表面电荷积聚的方法，在电力设备的绝缘介质表面形成导电涂层，并在导电涂层表面设一接地导线；所述导电涂层是由两种或两种以上液态金属制得。
所述绝缘介质为本领域技术人员所掌握的，包括晶态电介质和非晶态电介质两大类，非晶态电介质包括玻璃、树脂(不同填料下的环氧树脂，电阻率为1014Ω·m，介电常数为5)或高分子聚合物(聚四氟乙烯和硅橡胶)等；还包括对绝缘介质进行添加剂改性得到的改性绝缘介质。在本发明中，所述绝缘介质主要为环氧树脂、交联聚乙烯、硅橡胶。此类绝缘介质为电工领域常用的绝缘材料，具有较好的绝缘性能。
所述液态金属选自具有吸附特性的液态金属，如镓、铟、锡、铋等；在本发明中，考虑吸附性，成本，操作便利等综合因素，所述导电涂层优选由镓铟合金、镓基合金、铟基合金或铋基合金制得；进一步优选镓铟合金，相比其他液态金属合金，镓铟合金具有电导率更高、熔点更低、更便于喷涂等优点。其中，所述镓铟合金中镓：铟的质量比为3-10:1；优选3-4:1。
所述导电涂层的厚度通常为20μm-600μm，具体可依据电气绝缘设备的实际需求调整喷射参数而定。
本发明所述导电涂层的制备方法如下：
S1、将各液态金属原料熔化、混匀，得到粗制的液态金属合金；
S2、向粗制的液态金属合金中加入碱液除去制备过程中生成的氧化物，分离，得到纯金属态的液态金属合金；
S3、将纯金属态的液态金属合金进行微氧化处理；
S4，将S3得到的液态金属合金喷涂在电力设备的绝缘介质表面，静置氧化即得。
在上述导电涂层制备过程中，所述液态金属混匀可采用超声、搅拌等多种方式或相结合的方式。
所述碱液为质量浓度10％-30％的NaOH溶液或KOH溶液。
所述微氧化处理是指通过微量氧化反应法对液态金属合金进行改性处理。通常可将制得的液态金属合金置于室温大气环境中持续搅拌，使液态金属合金缓慢氧化。这一过程中，合金质量、搅拌时间、搅拌速率与氧化程度密切相关。经验证，当液态金属合金内氧元素质量分数达到0.02％-0.03％时，液态金属导电涂层的粘附性及导电性综合效果更佳。
所述接地导线为本领域常用的金属材质，如铜、铝或其他固体金属材质，用于防止绝缘介质表面产生静电电击。
下面对本申请所述方法的原理进行说明：本领域中，普通电力设备的绝缘介质通常暴露在空气中，对于一些大型电力设备(如GIL)，在其绝缘介质表面还包围着绝缘气体(如SF6气体、氮气等)。这样，电力设备、绝缘介质、绝缘气体、大地就形成等效电路，空气或绝缘气体相当于对地杂散电容，与绝缘介质串联，产生分压，导致绝缘介质表面产生较高的电压，此时操作人员接触电力设备会发生触电事故，而大型电力设备因表面电荷积聚，电场分布发生畸变，容易造成绝缘材料老化失效，导致发生设备故障。采用本申请所述在绝缘介质表面涂覆导电涂层并连接地导线的方法后，空气或绝缘气体分压为零，绝缘介质表面电压相应为零，从而有效保证了操作人员和电力设备的安全。
综上所述，本发明所述方法可以有效抑制电力设备表面的电荷积聚，避免电场畸变，提高绝缘介质的耐受电压，降低电力设备发生局部放电和沿面闪络等问题的可能性；同时利用接地导线可将由于电容效应产生的残余电荷导入大地以防止产生静电电击。
附图说明
图1(a)为未喷涂导电涂层时圆柱形表面电荷分布示意图。
图1(b)为未喷涂导电涂层时凸面形表面电荷分布示意图。
图2(a)为圆柱形电力设备的绝缘介质表面喷涂液态金属的结构示意图。
图2(b)为凸面形电力设备的绝缘介质表面喷涂液态金属的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
下面结合附图对本发明做进一步说明：
1)制备液态金属时，根据镓铟合金不同配比的化学组分，按照质量比称取纯度为99.99％的镓金属和铟金属，并将称量好的两种金属放入同一烧杯中，加热100℃直至均匀熔化为液态。采用磁力搅拌器搅拌该混合物5min或在40℃水浴中超声1h，以确保二者均匀混合，得粗制的液态金属镓铟合金。
2)之后将镓铟合金置于烧杯中，再缓慢加入浓度为30％的NaOH溶液。将烧杯放于磁力搅拌器搅拌2h，以除去制备过程中合金生成的氧化物。反应完全后，烧杯中的镓铟合金材料沉于烧杯底部，而溶液则在烧杯上部，二者呈现明显分层。用注射器吸取镓铟合金使之从混合物中分离出来，这时镓铟合金为纯金属态。
3)将上述步骤制得的液态金属分离到另一个烧杯中，并于室温大气环境中持续搅拌，以实现合金材料的缓慢氧化，直至达到0.026％。这一过程中，合金质量、搅拌时间、搅拌速率与氧化程度密切相关。
4)使用液态金属喷枪将液态金属喷涂在绝缘材料上，并用接地导线对需要进行表面接地的涂层进行连接，待液态金属表面氧化后，制作完成。
采用上述方法分别对圆柱形电力设备、凸面形电力设备进行喷涂处理。观察电力设备表面喷涂前后电荷变化。见图1(a)、(b)，图2(a)、(b)。
由图1(a)中可以看出，由于电力设备存在电容效应，其外表面容易积聚电荷，部分设备的外表面材料为绝缘材料，因此容易发生静电电击；
由图1(b)中可以看出，由于沿面法向场强不均匀，表面电荷积聚，畸变了沿面电场分布，降低了绝缘材料的耐受电压。
如图2(a)所示，液态金属均匀喷涂在绝缘材料表面上，并将该涂层接地。涂层表面电荷为0，有效防止表面电荷产生静电电击；
如图2(b)所示，由于液态金属具有较高电导率和介电常数，电荷均匀分布在绝缘材料表面，未产生积聚。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，在电力设备的绝缘介质表面形成导电涂层，并在导电涂层表面设一接地导线；所述导电涂层是由两种以上液态金属经微氧化处理制得；
所述方法包括如下步骤：
S1、将各液态金属原料熔化、混匀，得到粗制的液态金属合金；
S2、向粗制的液态金属合金中加入碱液除去制备过程中生成的氧化物，分离，得到纯金属态的液态金属合金；
S3、将纯金属态的液态金属合金进行微氧化处理；
S4、将S3得到的液态金属合金喷涂在电力设备的绝缘介质表面，静置氧化即得。
2.根据权利要求1所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述液态金属选自镓、铟、锡或铋。
3.根据权利要求1所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述导电涂层由镓基合金、铟基合金或铋基合金制得。
4.根据权利要求3所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述导电涂层由镓铟合金制得。
5.根据权利要求4所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述镓铟合金中镓：铟的质量比为3-10：1。
6.根据权利要求1-5任一所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述导电涂层的厚度为20μm-600μm。
7.根据权利要求1所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述微氧化处理是指将液态金属合金氧化至氧元素质量分数达到0.02％-0.03％。
8.根据权利要求1所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述碱液为质量浓度10％-30％的NaOH溶液或KOH溶液。
9.根据权利要求1所述的抑制电力设备表面电荷积聚的方法，其特征在于，所述绝缘介质为环氧树脂、交联聚乙烯或硅橡胶。
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