Неизолированный провод с супергидрофобным антиобледенительным покрытием для воздушных линий электропередач
Техническое решение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям электропередачи, и может быть использовано для защиты этих линий от налипания льда и снега в зимний период. Технический результат заключается в придании супергидрофобных свойств покрытию на поверхности алюминиевых проводов и уменьшении склонности к накоплению снега и наледи на таких проводах. Данный результат является совокупным и обеспечивается сочетанием наноструктурирования поверхности провода и нанесения на поверхность гидрофобизующего покрытия. Техническим решением задачи является провод с супергидрофобным антиобледенительным покрытием, наноструктурирование поверхности которого осуществляется стандартным методом электрохимического оксидирования поверхности в растворе электролита, а последующая гидрофобизация наноструктурированной поверхности обеспечивается нанесением фтороорганического гидрофобного агента либо адсорбцией из раствора, либо осаждением из сверхкритического диоксида углерода.
Техническое решение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям электропередачи, и может быть использовано для защиты проводов воздушных линий электропередач от налипания льда и снега в зимний период.
Обледенение и налипание снега на воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) представляет большую проблему: увеличивается вес проводов, что может привести к их обрыву и прекращению подачи электроэнергии. Кроме того, возникает так называемая «пляска» проводов, которая представляет собой периодическое движение провода, преимущественно в вертикальной плоскости, имеющее низкую частоту порядка долей герца, и очень большой амплитуды, например, от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров; при этом максимальные значения амплитуд колебаний могут достигать величины стрелы провеса (РД 34.20.182-90 «Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кв», M., 1991).
Известен провод для ЛЭП, приспособленный для удаления льда со своей поверхности за счет джоулева тепла. Данный провод покрыт материалом, способным поглощать энергию переменного электрического тока, и покрытие имеет толщину, достаточную для генерирования тепла и плавления льда, причем покрытие находится между электрическим проводником и внешней проводящей оболочкой. Материал покрытия может быть сегнетоэлектрическим, полупроводниковым или ферромагнитным материалом. Поглощение электромагнитной энергии вызывает нагревание проводника до температуры, которая выше температуры таяния льда. Нагревание проводов может происходить только тогда, когда температура окружающей среды падает ниже температуры таяния льда или материал покрытия можно "включать" и "выключать", если для нагревания покрытия применяется отдельный источник питания (патент РФ 
2234781 «Способ и устройство для удаления льда с поверхностей» с приоритетом от 1999.11.30, опубликованный 2004.08.20). Недостатками данного провода является конструктивная и технологическая сложность. Кроме того, на нагрев провода и расплавление снега или льда расходуется электроэнергия, что удорожает стоимость передачи электроэнергии по воздушным ЛЭП.
Известен способ формирования антифрикционного и антиобледенительного покрытия, описанный в патенте РФ 2063272, опубл. 1996.07.10, включающий в себя очистку поверхности, нанесение слоев грунтовки, нанесение низкоэнергетического покрытия, сушку, перед нанесением покрытия для придания многомодальной шероховатости либо наносят подслой наполнителя с частицами сферической формы радиусом от 10-1 до 10-3 мкм, либо обрабатывают поверхность электронным пучком или лазерным лучом, причем сушку производят в магнитных или электростатических полях, направленных перпендикулярно к поверхности покрытия. Недостатками указанного способа является необходимость большого числа сложных технологических операций, трудность нанесения на большие площади, недостаточно высокая гидрофобность получаемого покрытия, и как следствие, низкая антиобледенительная эффективность при высокой стоимости покрытия.
Технической задачей является создание провода для воздушной ЛЭП, поверхность которого обладает низкой адгезией по отношению к воде, снегу и льду, и тем самым обеспечивает защиту ЛЭП от обледенения и накопления снега. Технический результат заключается в придании супергидрофобных свойств защитному покрытию на поверхности алюминиевых проводов и уменьшении склонности к накоплению снега и наледи на таких проводах. Данный результат является совокупным и обеспечивается сочетанием наноструктурирования поверхности провода и нанесения на поверхность гидрофобизующего покрытия.
Гидрофобной является поверхность, угол смачивания которой каплей дистиллированной воды превышает 90°С, для супергидрофобной поверхности значение этого угла превышает 150°С при углах скатывания не более 15°. Супергидрофобные поверхности, помимо низкой адгезии по отношению к воде, снегу и льду, обладают водонепроницаемостью, стойкостью к коррозии, устойчивостью к биообрастанию, к неорганическим и целому ряду органических загрязнений, а также демонстрируют эффект самоочистки при выпадении осадков.
Известно, что создание гидрофобных покрытий обеспечивается осаждением на поверхность подложки однородной пленки гидрофобизатора, не искажающей морфологию подложки, при этом для усиления водоотталкивающих свойств покрытий, т.е. для получения эффекта супергидрофобности, предлагается создание наноструктурированных поверхностей с многомодальной шероховатостью, которые затем покрываются фторсодержащим гидрофобизирующим составом (например, US 5,324,556; US 5,599,489, патент РФ 2400510).
Известны различные способы наноструктурирования поверхности, например обработкой плазмой (US 5,679,460), осаждением металла на металл в ходе самопроизвольной окислительно-восстановительной реакции (PCT/GB2007/003508), химическим протравливанием поверхности (US 7,150,904, US 7,258,731), нанесением слоя расплавленного полимера с последующей кристаллизацией покрытия и образованием фрактальной структуры, химическим осаждением упорядоченных структур из паров и растворов, нанесением пленок сублимирующихся материалов, электроосаждением наночастиц и пористых пленок, применением фотолитографических методов.
В предлагаемом решении наноструктурирование поверхности осуществляется стандартным методом электрохимического оксидирования поверхности в растворе электролита. Последующая гидрофобизация наноструктурированной поверхности обеспечивается нанесением фтороорганического гидрофобного агента либо адсорбцией из раствора, либо осаждением из сверхкритического диоксида углерода. Оба способа гидрофобизации позволяют обрабатывать большие поверхности, в частности, первым способом поверхность алюминиевого провода может быть обработана непосредственно после скрутки перед наматыванием на барабан, а вторым способом удобно обрабатывать провод, уже намотанный на барабан.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна». К отличительным признакам предлагаемого провода неизолированного для воздушных линий электропередачи относятся морфология (текстура) поверхности, наличие и состав гидрофобизующего покрытия.
Примером реализации предлагаемого технического решения является алюминиевый провод, поверхность которого наноструктурирована методом электрохимического оксидирования, а в качестве гидрофобизующего покрытия нанесена пленка перфтороксисилана толщиной от 0.5 до 3 нм путем адсорбции из раствора в неполярном растворителе. Угол смачивания водой на такой поверхности составляет 167 градусов, угол скатывания - менее 12 градусов.
Другим примером реализации предлагаемого технического решения является алюминиевый провод, поверхность которого наноструктурирована методом электрохимического оксидирования, а в качестве гидрофобизующего покрытия нанесена пленка низкомолекулярной фракции политетрафторэтилена толщиной от 0.5 до 3 нм путем осаждения из раствора в сверхкритическом диоксиде углерода. Угол смачивания водой на такой поверхности составляет 156 градусов, угол скатывания - менее 15 градусов.
Использование предлагаемого провода повышает надежность работы воздушных линий электропередач в режиме снеговых и гололедно-ветровых нагрузок.
1. Провод алюминиевый неизолированный для воздушных линий электропередач с супергидрофобным антиобледенительным покрытием, включающим наноструктурированную пленку оксида алюминия и слой фторсодержащего гидрофобизатора толщиной от 0,5 до 3 нм.
2. Провод по п.1, отличающийся тем, что слой гидрофобизатора нанесен адсорбцией из раствора перфтороксисилана в неполярном растворителе.
3. Провод по п.1, отличающийся тем, что слой гидрофобизатора нанесен из раствора низкомолекулярной фракции политетрафторэтилена в сверхкритическом диоксиде углерода.
