高壓電塔絕緣性能的作用機制:基于絕緣子的外形結構和表面疏水設計
高壓電塔帶電嗎?
先來糾正一個常見誤解:電塔帶電 → 錯!正確說法是:電塔結構本身接地,導線才是帶電體電塔是鋼鐵結構,接在地網上,真正通電的是上方橫臂上掛著的高壓導線,這些導線通過絕緣子串(俗稱“瓷瓶”)懸掛固定在塔上,塔體與導線沒有直接電接觸!
只要絕緣子沒有失效,電流就不會流向鐵塔,塔體本身是“冷靜”的地電位。
高壓遇雨會漏電?
答案是:正常不會。
絕緣子作為高壓輸電線路中不可或缺的部件,其主要功能就是確保高壓導線與電塔之間的絕緣。在暴雨環境下,絕緣子會持續受到雨水的沖刷。而水在絕緣子表面的狀態,與接觸角密切相關。在暴雨中,高壓電塔上的絕緣子通常采用特殊的材料和設計,以實現較大的接觸角。
然而,絕緣子在長期使用過程中面臨著受污染的問題。在潮濕環境下,這些污染物會吸收水分并溶解,形成一層具有導電性的電解質薄膜。此時,即便原本絕緣子具有較大的接觸角,但污染物層的存在使得水更容易在其表面鋪展并形成連續導電通路。在高電壓作用下,就可能引發一種嚴重的現象 —— 污閃。
為了保證絕緣子的絕緣且預防污閃,一方面選用具有憎水性能更好的絕緣子材料,定期對絕緣子進行清掃維護等,以確保高壓電塔在各種天氣條件下,始終保持可靠的絕緣性能。另外一方面要依據國標定期對絕緣子表面潤濕性進行接觸角測量,及時發現絕緣子表面因污染導致的潤濕性變化。
絕緣子的傘裙設計不僅增加爬電距離(沿絕緣表面的最短導電路徑),還通過幾何形狀破壞水膜的連續性。暴雨中,傘裙的弧度使水流分散為孤立液滴,進一步減少表面濕潤面積。例如,標準中要求絕緣子需通過傾斜角試驗,驗證其在動態水流下的疏水穩定性。
3. 動態環境下的自清潔效應
超疏水表面在暴雨中可通過液滴的滾動帶走表面污染物(如灰塵、鹽分),這一特性被稱為“自清潔效應”。后退角的穩定性確保了液滴在滾動過程中保持完整,避免污染物重新附著,從而維持長期絕緣性能。
接觸角的意義與國標應用
接觸角(Contact Angle)是衡量液體對固體表面潤濕性的關鍵參數。根據定義,接觸角越小(θ < 90°),液體越易鋪展,表面表現為親水性;接觸角越大(θ > 90°),液體越難潤濕,表面則呈現疏水性。對于高壓絕緣子,其表面通常需具備良好的疏水性(θ > 120°),以確保雨水無法形成連續水膜,從而阻斷導電路徑。
2. 后退角的重要性
在動態環境中(如暴雨),后退角(水滴在傾斜表面移動時液滴后緣的接觸角)比靜態接觸角更能反映表面的實際疏水性能。若后退角較小,水滴易在表面殘留,導致局部濕潤;而后退角大時,水滴會迅速滾落,減少表面積水。根據《GB/T 24622-2009》,后退角的穩定性是評價絕緣子耐污閃能力的重要指標。
3. 國標中的接觸角測量方法
《GB/T 24622-2009》規定了三種測量方法:
增減液法
通過注射器向液滴中添加水或者抽出水的方式測量前進角和后退角。
增減液法-氣泡法
在該技術中,試樣被浸入到水中,在浸入試樣的下側注入空氣形成一個氣泡。通過控制氣泡的體積增大或者縮小來測量前進角和后退角。
傾斜法
此種方法也稱斜面技術法,將水滴置于待測表面上,逐漸抬高角度使該表面傾斜至水滴即將開始運動,此時測量前進角和后退角。
表面類型 | 后退角范圍 |
憎水表面(不親水) | >80° |
憎水表面(半親水) | 10°~80° |
親水表面(不憎水) | <10° |
KRüSS接觸角解決方案
KRüSS目前的接觸角系列設備都可以基于國標的方法來測量接觸角,目前已經有大量用戶使用KRüSS的接觸角設備來檢測絕緣子的潤濕性。
增減液法
增減液法-氣泡法 外置傾斜臺
內置傾斜臺 同時KRüSS便攜式的接觸角測量儀MSA可以支持用戶拿到現場監測,定期檢查絕緣子表面的接觸角衰減情況。
結論:科學與標準的協同作用
高壓電塔在暴雨中的絕緣能力依賴于絕緣子表面的超疏水特性與科學設計。接觸角(尤其是后退角)的動態穩定性是評價其性能的核心參數,而《GB/T 24622-2009》通過規范測量方法,為材料研發、質量控制和現場維護提供了技術依據。未來,隨著納米涂層與自修復材料的發展,絕緣子的疏水性能將進一步提升,為電網在極端天氣下的安全運行提供更強保障。
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