電暈

長期以來，電暈被默認是“永不消失的”，電暈真的永不消失嗎"para" label-module="para">

電暈的產(chǎn)生是因為不平滑的導體產(chǎn)生極不均勻電場，在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當電壓升高到一定值時，由于空氣游離就會發(fā)生放電，形成電暈。因為在電暈的外圍電場很弱，不發(fā)生碰撞游離，電暈外圍帶電粒子基本都是電離子，這些離子便形成了電暈放電電流。簡單地說，曲率半徑小的導體電極對空氣放電，便產(chǎn)生了電暈。

高壓電機定子繞組在通風槽口及直線出槽口處、繞組端部電場集中，當局部位置場強達到一定數(shù)值時，氣體發(fā)生局部電離，在電離處出現(xiàn)藍色熒光，這即是電暈現(xiàn)象。電暈產(chǎn)生熱效應和臭氧、氮的氧化物，使線圈內(nèi)局部溫度升高，導致膠粘劑變質(zhì)、碳化，股線絕緣和云母變白，進而使股線松散、短路，絕緣老化。

高壓電機定子線圈在通風槽口及出槽口處，其絕緣表面的電場分布是極不均勻的。當局部場強達到一定數(shù)值時，氣體發(fā)生局部游離，在電窩處出現(xiàn)藍色暈光，產(chǎn)生電暈。電暈的發(fā)生伴隨著熱、臭氧、氮的氧化物的產(chǎn)生，這些對電機絕緣都是極其有害的。另外由于熱固性絕緣表面與槽壁接觸不良或不穩(wěn)定時，在電磁振動的作用下，將引起槽內(nèi)間隙火花放電。這種火花放電造成的局部溫升將使絕緣表面受到嚴重侵蝕。這一切都將對電機絕緣造成極大的損害。

為了有效的消除這種電暈現(xiàn)象，正確地確定防暈結構參數(shù)和選用良好的防暈材料是十分重要的。

電暈產(chǎn)生部位

1.線棒出槽口處。繞組出槽口處屬典型的套管型結構，槽口電場非常集中，是最易產(chǎn)生電暈的地方。

2.鐵芯段通風溝處。通風槽鋼處屬尖銳邊緣，易造成電場局部不均勻。

3.線棒表面與鐵芯槽內(nèi)接觸不良處或有氣隙處。

4.端箍包扎處。

5.端部異相線棒間。繞組端部電場分布復雜，特別是線圈與端箍、綁繩、墊塊的接觸部位和邊緣。由于工藝的原因，往往很難完全消除氣隙，在這些氣隙中也容易產(chǎn)生電暈。

電暈產(chǎn)生因素

1.與海拔高度有關。海拔越高，空氣越稀薄，則起暈放電電壓越低。

2.與濕度有關。濕度增加，表面電阻率降低，起暈電壓下降。

3.端部高阻防暈層與溫度有關。如常溫下高阻防暈層阻值高，則溫度升高其起暈電壓也提高。常溫下如高阻防暈層阻值偏低，起暈電壓隨溫度升高而下降。

4.槽部電暈與槽壁間隙有關。線棒與鐵芯線槽壁間的間隙會使槽部防暈層和鐵芯間產(chǎn)生電火花放電。環(huán)氧粉云母絕緣最易產(chǎn)生局部放電的危險間隙在是0.2～0.3mm左右。我國高壓大電機采用的環(huán)氧粉云母絕緣的線膨脹系數(shù)很小，在正常運行條件下,環(huán)氧粉云母絕緣的線棒的膨脹量不能填充線棒和鐵芯間的間隙。這是與黑絕緣區(qū)別比較大的地方。

5.與線棒所處部位的電位和電場分布有關。越高越易起暈，電場分布越不均勻越易起暈。

電暈危害

1.由于電暈放電伴隨著電離、復合、激勵、反激勵等過程產(chǎn)生的聲光熱效應，發(fā)出“絲絲”的噪聲，對人的生理，心理的影響。220kV以下問題不嚴重，500kV及以上影響較大，其次使周圍氣體溫度升高，減少元件熱穩(wěn)定性。

2.在尖端突出處，電子與離子在局部強場作用下高速運動，形成“電風”。當電極固定得剛性不夠，會使電暈極震動轉動，減少元件動穩(wěn)定性。

3.氣體放電會發(fā)生化學反應，主要產(chǎn)生臭氧、二氧化氮、一氧化氮。其中，臭氧對金屬及有機絕緣物有強烈氧化作用，二氧化氮、一氧化氮會溶于空氣中的水形成硝酸類，具有強腐蝕性。

4.產(chǎn)生高頻脈沖電流，其中含有大量的高次諧波，干擾無線電通訊。

5.會產(chǎn)生可觀的能量損耗。

電暈電暈處理

大多數(shù)塑料薄膜(如聚烴薄膜)屬非極性聚合物，表面張力較低，一般在29-30mN/m，從理論上講，若某物體的表面張力低于33mN/m，已知的油墨與粘合劑都無法在上面附著牢固，因此要對其表面進行電暈法處理。其處理原理是在處理設備上施加高頻、高壓電，使其產(chǎn)生高頻、高壓放電，產(chǎn)生細小密集的紫藍色火花。空氣電離后產(chǎn)生的各種離子在強電場的作用下，加速并沖擊處理裝置內(nèi)的塑料薄膜。使塑料分子的化學鍵斷裂而降解，增加表面粗糙度和表面積。放電時還會產(chǎn)生大量的臭氧，臭氧是一種強氧化劑，能使塑料分子氧化，產(chǎn)生羰基與過氧化物等極性較強的基團，從而提高了其表面能。

電暈相關用處

由于各類聚乙烯（PE）為非極性分子，在PE膜的表面難以附著極性的油墨分子。所以在進行PE膜印刷之前進行電火花處理（或者叫電暈處理），使其形成極性的表面層以提高與極性油墨的結合牢度。

電暈極的清灰系統(tǒng)主要由支承彈簧，振動架、拉桿、電暈線承架、電暈線和電暈線拉緊彈簧（簡稱拉緊彈簧）組成。

電暈線的振動加速度大小影響電暈極的清灰效果。生產(chǎn)實際要求電暈線上各點的加速度盡可能相同，才能達到電暈線上清灰效果相同的目的。這就要要求電暈極各點的加速度相同，因為電暈極是有彈性的，所以各點的振動加速度是不一樣。但當在電暈極的剛度系數(shù)與拉緊彈簧相比可以忽略時才可以不考慮電暈線的彈性。這樣，電暈極的振動加速度和電暈線承架的振動加速度一樣 。

電暈極是靜電收塵器主要工作部分，其振動加速度的大小與直接影響收塵器的工作效率。電收塵器由于其結構簡單，占地面積小，收塵效率高，且可以處理校大含塵濃度的含塵氣體。所以從問世以來，取得了廣泛的應用，特別是在水泥行業(yè)中。在使用中發(fā)現(xiàn)，其收塵效果與電暈極清灰效果的好壞有直接的聯(lián)系。只有當電暈極清灰效果可靠時，電場強度穩(wěn)定，電暈電壓、電場電流穩(wěn)定，才有良好的收塵效果。而電暈極清灰效果的好壞與清灰系統(tǒng)的振動加速度有直接的關系。

耐電暈復合材料是在傳統(tǒng)的絕緣聚合物中加入一定量耐電暈性能優(yōu)異的無機納米材料 , 如 Al 2O 3 、TiO 2 、云母或層狀硅酸鹽等制備而成 。納米材料由于尺寸在某個方向上減小所導致的高比表面積和高表面能 , 使其在粘度較大的聚合物中不易分散 , 這成為耐電暈材料所面臨的技術難題 。如何將納米材料均勻分散到聚合物中 , 并保持相當?shù)姆€(wěn)定性成為制備耐電暈材料的關鍵技術 。綜合國內(nèi)外納米復合材料的制備方法主要有 4 種 。

共混法

共混法即納米粒子直接分散法 。該方法是首先合成出各種形態(tài)的納米粒子 , 再通過各種方式將其與有機聚合物混合 。共混法的優(yōu)點是 , 納米粒子與材料的合成分步進行 ,可控制納米粒子的形態(tài) 、尺寸 , 易于實現(xiàn)工業(yè)化 , 因而引起了國內(nèi)外的強烈關注 。缺點是納米粒子的比表面積和表面能大 , 粒子之間存在較強的相互作用 ,易產(chǎn)生團聚 ,失去納米粒子的特殊性質(zhì) 。而聚合物本身粘度又較高 , 納米粒子與聚合物很難達到理想的納米尺度復合 。通常認為 , 粒子間相互作用的總勢能等于排斥勢能與引力勢能的綜合作用 。對納米粒子進行表面改性 , 適當減小納米粒子的引力勢能或增大排斥勢能 , 有助于減弱它的團聚趨勢 , 有利于它在聚合物中的分散 。常利用粒子的靜電效應和空間位阻效應 , 采用表面活性劑 、偶聯(lián)劑 、表面覆蓋 、機械化學處理和接枝等方法對納米粒子進行處理 , 以提高納米粒子在基質(zhì)材料中的分散性 、相容性和穩(wěn)定性 。此外 , 常采用加強攪拌混合 , 如超聲波和高速攪拌等方式來提高納米粒子在基質(zhì)材料中的分散效果 , 上述措施也用于其它的復合方法 。據(jù)杜邦公司的最新專利介紹 , Kapton C R 薄膜就是先將氣相氧化鋁和 N ,N -二甲基乙酰胺制成穩(wěn)定的懸浮體 , 然后再與聚酰胺酸溶液混合 , 經(jīng)熱亞胺化制得 。Phelps Dodge 公司則采用高速攪拌的方法將納米粒子直接分散到聚酯等耐高溫漆包線漆中 , 得到耐電暈材料 。

溶膠 -凝膠法

溶膠 -凝膠法是最早用于制備納米材料的方法 。所謂溶膠凝膠過程是將硅氧烷或金屬鹽等前驅體 ( 水溶性或油溶性醇鹽)溶于水或有機溶劑中形成均質(zhì)溶液 , 在酸 、堿或鹽的催化作用下促使溶質(zhì)水解 ,生成納米級粒子并形成溶膠 , 溶膠經(jīng)溶劑揮發(fā)或加熱等過程而轉變?yōu)槟z , 從而得到納米復合材料 。溶膠-凝膠工 藝的 基本過 程是 液體 金屬 烷氧 化物M ( O R) 4 ( M 為 Si 、Ti 等元素 , R 為 CH 3 、C 2H 5 等烷基)與醇和水混合 , 在催化劑作用下發(fā)生如下水解 -縮合反應 。

水解反應 :Si( OC 2H 5 ) 4 4H 2O — ※Si( OH) 4 4C 2H 5OH

縮合反應 :Si( OH) 4 Si( OH) 4 ※ ( HO ) 3Si_O_Si( OH) 3 H 2O

當另外的 ≡Si_OH 四配位體互相鏈接 , 則發(fā)生如下縮聚反應 ,并最終形成三維的 SiO 2 凝膠網(wǎng)絡 。

( OH) 3 Si_O_Si( OH) 3 6Si( OH) 4 — ※ ( ( HO ) 3Si_O ) 3

Si_O_Si( O_Si( OH) 3) 3 6H 2O

Sol_gel 法的特點是在溫和的條件下進行 , 兩相分散均勻 , 通過控制前驅物的水解 -縮合來調(diào)節(jié)溶膠凝膠化過程 , 從而在反應早期就可以控制材料的表面與界面 , 有利于實現(xiàn)納米甚至分子尺度上的復合 。雷清泉等采用該法對納米 SiO 2 /聚酰亞胺體系的耐電暈性能進行了詳細的研究 。杜邦公司也有關于向塞克改性聚酯亞胺漆中加入硅 、鈦復合氧化物的專利報道。該法目前存在的最大問題在于凝膠干燥過程中 , 由于溶劑 、小分子 、水的揮發(fā)可能導致材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應力 , 影響材料的力學和機械性能 。其次是溶膠 -凝膠制備過程中 , 因為需要加入一定量的水和催化劑 ,所以對聚合物的性能有顯著影響 。此外 , 該方法無法實現(xiàn)對無機顆粒晶型的控制 。 盡管如此 ,Sol_g el 法仍是目前應用最多 , 也是較完善的方法之一 。

插層法

插層復合是制備高性能復合材料的有效手段之一 , 它是將聚合物或單體插層于層狀結構的無機物填料中, 使片層間距擴大 , 在隨后的聚合加工過程中可剝離成納米片層均勻地分散于聚合物基體中而得到納米復合材料 。目前研究較多并具有實際應用前景的層狀硅酸鹽的基本結構單元是由兩片硅氧四面體夾一片鋁氧八面體 , 它們之間靠共用氧原子而形成的層狀結構 。

插層復合利用了層狀無機材料層間含有可置換陽離子的特點 , 首先通過有機化處理將有機陽離子引入到層間 , 使粘土由親水性變?yōu)橛H油性 , 然后利用有機粘土與聚合物或有機單體的相互作用 , 使聚合物或單體插入到無機材料的層間 , 實現(xiàn)有機分子與無機物的納米復合 。日本早稻田大學 Kozako M采用該法制備了聚酰胺與層狀硅酸鹽的復合材料 , 大幅度提高了聚合物基體的耐電暈性能 , 并提出了耐電暈的機理模型 。對云母等具有高耐電暈性能的層狀無機材料 ,如果實現(xiàn)對其插層 , 將進一步提高聚合物的耐電暈性能 , 但國內(nèi)外在這方面的報道很少 。

原位聚合法

原位聚合法又稱為在位分散聚合法 , 該方法是將納米粒子在單體或溶劑中均勻分散 , 然后在一定條件下使高分子單體就地聚合 , 形成復合材料 。由于聚合物單體分子較小 , 粘度低 , 表面有效改性后無機納米粒子容易均勻分散 , 用這一方法制備的復合材料的填充粒子分散均勻 , 粒子的納米特性完好無損 , 同時在位填充過程中之經(jīng)過一次聚合成形 , 不需要熱加工 ,避免了由此產(chǎn)生的降解 , 從而保持了基體各種性能的穩(wěn)定 。由于漆包線涂層所用的高分子一般為有機溶劑漆 , 納米粒子在粘度較小的溶劑中易于分散均勻 , 聚合物在溶液中形成以后 , 就會包覆于納米粒子周圍 ,形成空間位阻效應 , 從而保持了納米粒子在聚合物溶液中的穩(wěn)定性 。