Эксперименты ИФХЭ РАН открыли новые возможности для электроэнергетики

Результаты опубликованы в журнале Energy Reports. В экспериментальной установке воспроизводились условия, типичные для высоковольтной линии электропередачи. Модельные высоковольтные провода с двумя типами водоотталкивающих покрытий — супергидрофобных и со скользким покрытием с пропиткой — в течение длительного времени (до 24 часов) при переменном напряжении 285-320 кВ подвергались воздействию коронного разряда.

«Согласно полученным результатам, при напряжении до 320 кВ оба типа покрытий сохраняют водоотталкивающие свойства, которые являются предпосылками их противообледенительных свойств. Супергидрофобные образцы продемонстрировали лучшую стабильность, чем скользкие покрытия с пропиткой, — рассказал старший научный сотрудник лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН, кандидат физико-математических наук Кирилл Емельяненко. — Эксперимент показал, что деградация скользких покрытий с пропиткой в основном связана с истощением пропитывающего материала, вызванного коронным разрядом. Супергидрофобные образцы продемонстрировали способность к самовосстановлению».

Намерзание льда и снега на элементах высоковольтных линий приводит к обрыву проводов и повреждению опор распределительных сетей, что представляет опасность для людей и наземных сооружений. Помимо многомиллиардных потерь, коронный разряд вызывает электромагнитное и звуковое загрязнение, помехи радиосвязи и озонообразование, которое отрицательно воздействует на живые организмы. Уменьшение негативных последствий коронного разряда — важная экономическая и экологическая задача.

Поскольку стоимость тестирования линий электропередач в реальных условиях очень высока, комплексные исследования долговечности водоотталкивающих покрытий для электроэнергетики до настоящего времени практически отсутствовали.

«Полная площадь поверхности провода в линии электропередач большая. Из-за этого водоотталкивающее покрытие становится восприимчивым к эрозии и коррозии, особенно при высокой концентрации озона, характерной для коронного разряда, – объяснил Кирилл Емельяненко. – Сопровождающие коронный разряд ионы и электроны высокой энергии и ультрафиолетовое излучение угрожают целостности покровного слоя и приводят к частичному удалению пропитки. Таким образом, обе главные характеристики супергидрофобных покрытий и скользких покрытий с пропиткой — морфология и поверхностный слой — при воздействии коронного разряда становятся уязвимыми».

Полифункциональные покрытия с водоотталкивающими свойствами в последние два десятилетия вызывают большой интерес у промышленности и ученых. Наиболее перспективными считаются два вида — супергидрофобные покрытия и скользкие покрытия с пропиткой. Для создания таких покрытий проводится изменение морфологии поверхности и химических свойств поверхностного слоя. При этом удается контролируемым образом изменять многие, казалось бы, не связанные между собой характеристики материала.

Вместе с водоотталкивающими свойствами достигаются другие функциональные возможности, такие, как антиобледенение, коррозионная стойкость, низкое трение, механическая стойкость, снижение токов утечки. Сочетание различных функциональных свойств открывает широкие возможности для промышленного применения таких покрытий для проводов, изоляторов и опор высокого напряжения.

«Полученные результаты расширяют понимание того, как коронный разряд воздействует на функциональные материалы, и укрепляют оптимистичный взгляд на применимость супергидрофобных покрытий и скользких покрытий с пропиткой для задач передачи электроэнергии», — подытожил Кирилл Емельяненко. Работа профинансирована РНФ.

ИФХЭ РАН

5 статей

Институт физической химии и электрохимии имени Фрумкина — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук. Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия. Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.

Показать больше