一种固体绝缘开关设备防止凝露装置的制造方法
一种固体绝缘开关设备防止凝露装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于固体绝缘开关设备的技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种 固体绝缘开关设备防止凝露装置。
【背景技术】
[0002] 在高压开关设备领域，固体绝缘是未来的发展方向。高压开关设备（7. 2kV~ 40. 5kV)内部空间十分紧凑。为保证内部绝缘水平，保证装置可靠工作，对设备内防潮、防凝 露提出了更高的要求。
[0003] 开关设备和控制设备凝露试验方法（DL/T593附录H)规定：开启喷雾装置，使气候 室内的相对湿度尽快达到95%~100%。当试品外绝缘的表面形成稳定的凝露（即在外绝 缘表面形成互不连接的均匀分布的水珠）时，开始按照要求进行绝缘试验，绝缘试验时的 相对湿度可控制在85%~95%之间。试品进行绝缘试验时，试验人员应严格监视外绝缘表 面的凝露状态，如果发生水珠连接成片并有滴水现象时应停止绝缘试验，要将试品去雾后 重新凝露再进行绝缘试验。
[0004] 可见，开关设备和控制设备凝露的最大容忍度是，允许外绝缘表面形成互不连接 的均匀分布的水珠，但绝不允许水珠连接成片。
[0005] 现有技术是在开关高压开关设备中采用自动加热除湿控制器防止凝露，我国在开 关设备中采用自动加热除湿控制器防止凝露已有十几年历史。有人工控制和自动两种方 式。
[0006] 这种加热除湿控制器在抗潮湿、防凝露、保证高压设备可靠运行中起到了积极作 用，但在有的地区应用中也出现了一些问题，例如：
[0007] 在应用中出现了需要人为干涉；在南方的梅雨季节，有时开关设备内部的空气湿 度较高，甚至开关设备内局部已有结露现象，由于安装在柜体内部的凝露传感器位置并没 有到达凝露的程度；或者，凝露传感器长期受空气中灰尘和气体侵蚀，使传感器的灵敏度受 到影响，反应不准确、抗潮湿不均匀、凝露控制器不能及时地启动加热器，致使凝露控制的 作用失灵，给开关设备的安全带来威胁。此外，加热投入后会造成耗电浪费。
[0008] 1、常用凝露传感器的工作原理：
[0009] 现在市场上所有的凝露传感器几乎都是同一种类型，即在一个陶瓷基板上印制一 种高分子半导体电阻材料，引出两端电极，当传感器表面干燥时，分子间接触电阻小，电极 两端电阻为IkQ左右。而当高分子材料吸收水分后，其内部分子空间迅速膨胀，分子间接 触电阻变大，使电极两端的电阻率大大增加。电子控制器通过测试电阻的大小来感知或预 知是否发生凝露，这种凝露传感器有两个固有的特性缺陷：
[0010] 其一，在相对湿度不高时凝露传感器有一个离散区，在这区间对相对湿度变化不 敏感而且变化的阻值也不精确，其输出特性不但和相对湿度的大小有关，和露点温度也有 直接关系。例如：有时我们感觉到空气中湿度很大，但加热器并没有启动，这是由于传感器 表面没有达到露点温度（也就是在传感器表面没有结成水珠）的缘故。
[0011] 其二，由于凝露传感器必须不断地吸入或释放水分子，传感器受空气中灰尘或水 份中的化学物质侵蚀后会改变灵敏度，导致防凝露的控制点出现偏差，这时会出现在湿度 已是很高，凝露极易发生的情况下还没有启动加热器，或者加热启动后长期不会自动退出 的现象，这就降低了防凝露灵敏度和可靠性。
[0012] 2、常用的两种防凝露方法
[0013] 方式一：在开关设备电缆室、断路器室各安装一个错合金加热器（一般为150W)， 铝合金加热器工作时，其表面温度为120°C~130°C。通过空气散热除湿，由用户根据工作 环境状态人工控制加热器的投入、切除；
[0014] 方式二：防凝露自动除湿控制器安装在开关设备仪表室，凝露传感器安装在开关 设备柜内，铝合金加热器分别安装在开关设备电缆室、断路器室，利用凝露传感器的动作特 性来自动启动加热器投入、切除。
[0015] 上述两种方式存在的问题：
[0016] 方式一是靠人力完成加热器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往会出 现两个极端情况。其一是加热投入后不及时关断，会造成不必要耗电浪费。其二是没有随 气候变化及时启动加热器，柜内很潮湿时得不到加热除湿，一旦发生爬电、闪络会造成巨大 损失。
[0017] 方式二是利用凝露传感器自动启动加热器的，也存在两个缺陷。其一，这种凝露传 感器是被动型动作器件，即一定要在空气中的水汽压力饱和时，也就是在物体表面到达露 点温度，凝露发生时才会驱动加热工作。从检测凝露到消除凝露这一过程可以看出：首先要 用凝露传感器来检测到凝露，也就是说一定是在凝露发生时，才能启动加热器。而防凝露作 为一个电柜反事故重要措施来说，接近凝露的边缘再启动加热来消除凝露，就缺少一个预 防过程，因此，从安全性、可靠性的角度来看，该方法作为一个反事故措施是远远不够的；其 二，如果凝露传感器安装位置不当，或者凝露传感器的表面受到灰尘或气体的侵蚀后特性 已改变，虽然柜壁已有结露现象，但凝露控制器仍不能及时启动加热器投入，也会带来严重 后果。
[0018] 因此，为了提高可靠性，电力运行单位往往会采用一些辅助手段来保障电柜的安 全渡汛，如上海电力公司采用了进入霉雨季节就强制长通电加热的办法。这种方法，虽然加 强了防凝露的措施，但也带来了电力损耗和浪费。
【发明内容】
[0019] 本实用新型提供一种固体绝缘开关设备防止凝露装置，其目的是提高设备自身表 面抗凝露水平。
[0020] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
[0021] 本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，技术方案一：
[0022] 所述的固体绝缘开关设备包括电缆室，所述的电缆室设有竖直的封板和门，在所 述的封板和门的表面上，设有喷塑层，在所述的封板和门的内侧面的内侧喷塑层上，涂有树 脂型MYQS-I的亲水材料涂层。
[0023] 本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，技术方案二：
[0024] 所述的固体绝缘开关设备包括水平母线室，所述的水平母线室设有竖直的封板和 门，在所述的封板和门的表面上，设有喷塑层，在所述的封板和门的内侧面的内侧喷塑层 上，涂有树脂型MYQS-I的亲水材料涂层。
[0025] 为了实现与以上技术方案相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固体 绝缘开关设备防止凝露装置的制造方法，其技术方案是：
[0026] 所述的MYQS-I亲水材料涂层的喷涂工艺过程为：开始，脱脂，酸洗，磷化采用静电 喷涂进行表面喷塑处理，采用静电喷涂进行表面亲水材料喷涂，结束。
[0027] 本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，技术方案三：
[0028] 所述的固体绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器件的固体绝缘 层的表面上设置微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层。
[0029] 在所述的固体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面，设置一个由不 亲和疏水材料制成的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩。
[0030] 所述的防护罩与固体绝缘器件外表面上的接地层过盈配合，其过盈配合的轴线方 向的长度为5±0. 5_ ;所述的防护罩与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。
[0031] 所述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避 雷器、隔离开关、主母线、真空断路器、支母线、电缆接头、电压互感器。
[0032] 为了实现与技术方案三相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固体绝 缘开关设备防止凝露装置的制造方法，其技术方案是：
[0033] 所述的疏水材料表面涂层的生成方式，该方式所采用的设备包括真空升华箱，所 述的真空升华箱包括高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒、加热装置、夹持工件的支撑转轴、抽真 空装置、进气口阀门和环保回收装置；所述的高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒具有可开启的 密封盒盖；
[0034] 所述的生成方式采用升华法，其在固体 绝缘器件的外绝缘表面生成一层纳米一微 米级的疏水材料表面涂层的过程是：
[0035] 将聚丙烯或聚苯乙烯粒料直接溶于二甲苯或四氢呋喃中一溶解后加入适量乙醇 并混匀一然后加入混合溶液一加入高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒一将固体绝缘完成的固 体绝缘器件放入真空升华箱，固定夹持在支撑转轴上一关闭真空升华箱门，保证密封状态 -关闭进气口阀门和环保回收装置阀门一开启抽真空装置一缓慢旋转固体绝缘器件一达 到真空度后，关闭抽真空装置及阀门一开启高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒的密封盒盖一开 启加热装置一升华沉积超疏水表面到固体绝缘器件的外绝缘表面，保持到规定时间一升华 结束。
[0036] 升华加工的退出：升华加工结束一关闭加热装置一关闭高分子溶液的溶剂蒸发盛 液盒的密封盒盖一保持抽真空阀门关闭一开启环保回收装置一开启进气口阀门一回收浓 度达到标准一停止固体绝缘器件的旋转一关闭环保回收装置及阀门一开启真空升华箱门， 取出固体绝缘器件一关闭进气口阀门一加工过程结束。
[0037] 所述的真空升华箱、高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒的表面涂有不亲和疏水材料的 涂层。
[0038] 本实用新型采用上述技术方案，提高设备自身表面抗凝露水平，从两个方面来防 止凝露，一是使得功能隔室组成的壳体内侧主动产生凝露，并使得凝露形成水珠，流入导流 槽，排出设备，以降低设备内的空气湿度，使得带电部分达不到产生凝露的饱和湿度；二是 在固体绝缘器件表面构建微米-纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水材料表面，使其表 面不易产成凝露；达到确保电气设备安全运行的目的；不仅仅可以用在固体绝缘设备上， 也可以扩展到其他高压电气设备上使用。
【附图说明】
[0039] 下面对本说明书附图内容及图中标记作简要说明：
[0040] 图1为本实用新型的图1固体绝缘开关设备的结构示意图；
[0041] 图2为本实用新型中垂直封板和门的局部剖面图（垂直封板和门内侧的喷塑表面 涂以MYQS-I亲水材料）；
[0042] 图3为图2中的A处的局部放大的示意图；
[0043] 图4为喷塑表面涂以MYQS-I树脂型亲水材料的复合结构示意图；
[0044] 图5为喷塑表面涂以MYQS-I树脂型亲水材料的主要工艺路线图；
[0045] 图6为以8支母线为例的固体绝缘示意图；
[0046] 图7为以8支母线为例的固体绝缘低表面能的疏水材料表面的示意图；
[0047] 图8为理想表面上的水滴形态图；
[0048] 图9为Wenzel模型不意图；
[0049] 图10为Casssie模型示意图；
[0050] 图11为导电部分、各个固体绝缘分层梯度的防护的示意图；
[0051] 图12为升华法在固体绝缘外绝缘表面生成一层纳米-微米级的复合层装置示意 图。
[0052] 图中标记为：
[0053] 1、控制室，2、电缆室，3、水平母线室，4、避雷器，5、隔离开关，6、主母线，7、真空断 路器，8、支母线，9、电缆接头，10、电压互感器，11、亲水材料涂层，12、疏水材料表面涂层， 13、防护罩，14、真空升华箱，15、高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒，16、加热装置，17、接地层， 18、固体绝缘层（其中，18-1至18-4分别为固体绝缘层1至固体绝缘层4)，19、导流槽，20、 钢板，21、封板，22、外侧喷塑层，23、内侧喷塑层，24、带电体，25、支撑转轴。
【具体实施方式】
[0054] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详 细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和 深入的理解。
[0055]1、关于固体绝缘开关设备：
[0056] 在7. 2kV、12kV、24kV、40. 5kV及以上的成套开关设备中，用环氧树脂之类的绝缘 材料对真空断路器和连接导体之类的电气元器件进行模制得到的固体绝缘开关设备，见图 Io
[0057]设备采用固体绝缘技术，配合专用的固体绝缘高压真空断路器一隔离开关组合电 器模块、固体绝缘电流一电压传感器模块、过电压保护器模块、高压绝缘母线系统模块、电 缆模块等元器件，结合各种测量仪表、微机控制保护元件、指示元件等二次元件，构成完整 的功能设备，对电路实行控制、保护、检测和通讯。
[0058] 固体绝缘开关设备两大部分组成：
[0059] 第一部分：壳体部分，由控制室1、电缆室2、水平母线室3等功能隔室组成的壳体， 起承载分隔作用；
[0060] 第二部分：带电部分，由避雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、 电缆接头9、电压互感器10等采用固体绝缘技术的固体绝缘器件组合成实现电气性能的组 合体，具有一些基本的功能方案，以满足电力的分配、控制、保护之用，其中包含进线、出线、 PT、联络、隔离、计量等。
[0061] 2、本实用新型所涉及的是固体绝缘设备的防止凝露问题，其主要构思一：
[0062] 如图1、图2所示的本实用新型的结构，为一种固体绝缘开关设备防止凝露装置， 所述的固体绝缘开关设备包括控制室1、电缆室2、水平母线室3,所述的电缆室2、水平母线 室3设有竖直的封板21和门，所述的封板21和门的基体材料为钢板20。在所述的封板21 和门的表面上，设有喷塑层，包括外侧喷塑层22、内侧喷塑层23。
[0063] 为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高设备自身表面抗凝露水平 的发明目的，本实用新型采取的技术方案是：
[0064] 如图2至图5所示，本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，在所述的封板 21和门的内侧面的内侧喷塑层23上，涂有树脂型MYQS-I的亲水材料涂层11。
[0065] 在电缆室2、水平母线室3等功能隔室组成的壳体垂直封板21和门内侧的喷塑表 面涂以11 (MYQS-1树脂型亲水材料），其表面的官能团等亲水基团在设备内空气形成饱和 凝露之前，主动产生凝露，并使得凝露形成水珠，流入导流槽19,排出设备内部，降低设备内 部的空气湿度，破坏凝露条件。具体见图2、图3。
[0066] 垂直封板和门内侧的喷塑表面涂以树脂型的11 (MYQS-1亲水材料）的复合结构见 图4。
[0067] 3、为了实现与以上技术方案相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固 体绝缘开关设备防止凝露装置的制造方法的技术方案：
[0068] 如图5所示，所述的MYQS-I亲水材料涂层11的喷涂工艺过程为：开始，脱脂，酸 洗，磷化采用静电喷涂进行表面喷塑处理，采用静电喷涂进行表面亲水材料喷涂，结束。
[0069] 4、本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其主要构思二的技术方案是：
[0070] 如图7所示：所述的固体绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器 件的固体绝缘层18的表面上设置微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层12。
[0071] 如图6、图7和图11所示：所述的固体绝缘层18包括固体绝缘层1、固体绝缘层2、 固体绝缘层3和固体绝缘层4。固体绝缘层18包覆在带电体24的表面上。
[0072] 5、以下对超疏水表面的生成机理进行分析：
[0073] 当少量的水滴落在固体表面上时，水滴的形状取决于水的体积以及水与固体表面 的平衡接触角，如果水滴的体积尺度为微升（UL)级或更小，则重力的影响可以忽略不计， 水滴的形状接近于球帽形，如图8所示。水与固体表面的平衡接触角取决于固体表面的条 件，如果是理想表面（光滑、平坦、坚硬、均匀），则固体、气体、液体界面间表面张力会达到 平衡，体系总能量趋于最小，这时的接触角可以用著名的Young方程表示：
[0075] 式中：
[0076] 0〇一一气体、固体、液体三相平衡时的接触角，也称理想表面接触角；
[0077] ysv--固体、气体界面间的表面张力；
[0078] ysl--固体、液体界面间的表面张力；
[0079] ylv--液体、气体界面间的表面张力。
[0080] 由上式可以看出，接触角越大，固体的表面能越小。
[0081] 由于实际的固体表面都是非理想表面，考虑到固体表面的粗糙度，Wenzel对 Young方程进行了修正，提出了Wenzel方程：
[0083] 式中：
[0084] 0'。--表观接触角；
[0085] y--实际的固体、液体界面接触面积与表观固体、液体界面接触面积之比。
[0086] 按照Wenzel观点，粗糙表面的存在使得实际的固体、液体接触面积要大于表观固 体、液体接触面积，原因是液体会填满粗糙表面上的凹槽，如图9所示，由式上面的2个公式 可知，COS9 '。=rcos0。，由于y> 1，所以增加粗糙度后固体表面的疏水性能将提高。
[0087] Casssie与Baxter在研宄了自然界大量的超疏水表面的结构后，提出了一种新模 型一一空气气穴模型。他们认为液滴与粗糙的疏水表面接触时，液滴并不会填满粗糙表面 上的凹槽，在液滴的下部将有空气存在，表观上的液体、固体接触其实是一部分液滴与固体 表面突起部分直接接触，另一部分液滴与空气气穴接触，如图10所示。
[0088] Casssie与Baxter提出的方程是：
[0089] cos0'0=fpos9Af2Cos9 2
[0090] 式中：
[0091] f:--与液滴接触的固体表面的面积分数；
[0092] 0!--固体表面的本征接触角；
[0093] f2一一与液滴接触的空气表面的面积分数；
[0094] 02--空气表面的本征接触角。
[0095] 由于:^+?= 1，9 2= 180°，上式可改写成：
[0096] cos0'0=fpos9「1+4=f!(cos9 !+I)-1
[0097] 由上式可以看出，对于粗糙的疏水表面，固体表面的面积分数愈小，即空气气穴所 占面积愈大，表观接触角愈大，疏水性能愈好。
[0098] 由此可以得知，固体表面的本征接触角随表面的粗糙度和空气气穴面积分数的增 加而递增，获取超疏水表面的最好方式就是改变固体表面的微观构造。
[0099] 对于固体表面的疏水性，长时间以来都是以水滴与固体表面的接触角来判断，接 触角愈大，疏水性愈好，并以荷叶表面的172°接触角作为人工超疏水表面接触角的奋斗目 标。但是近年来人们发现水滴在固体表面的动态过程亦十分重要。
[0100]Furmidge提出了水滴在表面自发移动所需倾角a的计算方程：
[0102]式中：
[0103]F一一水滴单位周长上的线性临界力，是使水滴在固体表面运动的作用力；
[0104] m--水滴质量；
[0105] g--自由落体加速度；
[0106] a--水滴滚动所需倾角；
[0107]w--水滴宽度；
[0108] 0E一一前进角，即在固体、液体接触界面扩展后测量得到的接触角，也即水滴下 滑时水滴前坡面所必须增加到的角度，否则水滴不会发生运动；
[0109] 0A一一后退角，即在固体、液体接触界面回缩后测量得到的接触角，也即水滴下 滑时水滴后坡面所必须减小到的角度，否则水滴不会移动。
[0110] 前进角与后退角的差值A0 = (0K- 0A)与水滴的黏滞性紧密相关，A0越大 水滴就越难移动，当A0趋于0时，固体表面基本无黏滞性，水滴极易滚动，通常这种固体 表面呈现出极佳的超疏水性能。
[0111] 水滴的滚动角对于设备带电外绝缘表面防凝露作用十分重要，由于设备带电外绝 缘大部分表面是垂直、倾斜和向下设置的，因此如果带电外绝缘表面的滚动角能足够小，即 使疏水表面的接触角不是很大，带电外绝缘表面也不会凝露。
[0112] 如前所述，超疏水表面由一种具有低表面自由能的粗糙表面构成，影响固体表面 浸润性的因素主要有两个，一是表面自由能，二是表面粗糙度。因此为了得到更好的疏水效 果，改变表面粗糙度就变得尤为重要。一般来说，超疏水表面可以通过两种方法来增加，一 种是在疏水材料表面构建粗糙结构，另一种是在粗糙表面上粘附低表面自由能的物质。
[0113] 6、本实用新型构思二的具体解决方案：
[0114] 如图11所示：在所述的固体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面， 设置一个由不亲和疏水材料制成的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩13。
[0115] 由于避雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、电缆接头9、电压互 感器 10等元器件，既有固体绝缘部分，也有需要具有优良导电性能的导电部分，以及各个 固体绝缘分层梯度。这些部分必须保证绝对地清洁，不得沾染升华到的疏水表面物质，必须 进行防护。以8支母线的防护为例，在8支母线固体绝缘部件的导电部分和各个固体绝缘 分层梯度表面，加盖一个由不亲和疏水材料制成的有一定弹性的塑料防护罩13。
[0116] 所述的防护罩13与固体绝缘器件外表面上的接地层17过盈配合，其过盈配合的 轴线方向的长度为5±0. 5_ ;所述的防护罩13与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。
[0117] 防护罩13要和固体绝缘外表面（接地层）过盈配合，过盈配合长度为5±0. 5mm， 紧紧密闭防护罩内部，以阻止导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面沾染升华到的疏水表 面物质，护罩内部其他部分与8支母线相关部分间隙配合，以免干涉13防护罩和固体绝缘 外表面（接地层）的过盈配合。其他固体绝缘部件采用同样的方法防护，不再累述。
[0118] 所述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避 雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、电缆接头9、电压互感器10。
[0119] 在避雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、电缆接头9、电压互感 器10等固体绝缘器件表面构建微米一纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水材料表面，使 其表面不易产成凝露。如有单个水珠也会迅速滚落，无法形成水珠连接成片现象，达到确保 电气设备安全运行的目的。本实用新型不仅仅可以用在固体绝缘设备上，也可以扩展到其 他高压电气设备上使用。
[0120] 7、固体绝缘技术的介绍：
[0121] 固体绝缘技术是在电气设备带电元件的周围用绝缘材料进行模制形成了多层绝 缘层，以朝外周方向介电常数减小的方式且露出主电路导体端部而形成的多层绝缘层，最 里侧和带电部件相接触，最外侧为接地层，如以8支母线为例的图6、图7所示，对地电压由 里向外逐步降低。
[0122] 为了降低开关设备带电体绝缘体表面凝露造成绝缘问题，危害设备的安全运行， 本实用新型还采用在固体绝缘器件表面构建微米-纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水 材料表面12,理论上生成的超疏水表面接触角高达164°，滚动角小于2°，使其表面不易 产成凝露，如有单个水珠也会迅速滚落，无法形成水珠连接成片现象。
[0123] 8、为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固 体绝缘开关设备防止凝露装置（构思之二）的制造方法的技术方案：
[0124] 如图12所示：所述的疏水材料表面涂层12的生成方式，该方式所采用的设备包括 真空升华箱14,所述的真空升华箱14包括高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15、加热装置16、 夹持工件的支撑转轴25、抽真空装置、进气口阀门和环保回收装置；所述的高分子溶液的 溶剂蒸发盛液盒15具有可开启的密封盒盖；
[0125] 所述的生成方式采用升华法，其在固体绝缘器件的外绝缘表面生成一层纳米一微 米级的疏水材料表面涂层12的过程是：
[0126] 将聚丙烯或聚苯乙烯粒料直接溶于二甲苯或四氢呋喃中 一溶解后加入适量乙醇 并混匀一然后加入混合溶液一加入高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15 -将固体绝缘完成的 固体绝缘器件放入真空升华箱14,固定夹持在支撑转轴25上一关闭真空升华箱14门，保证 密封状态一关闭进气口阀门和环保回收装置阀门一开启抽真空装置一缓慢旋转固体绝缘 器件一达到真空度后，关闭抽真空装置及阀门一开启高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15的 密封盒盖一开启加热装置16 -升华沉积超疏水表面到固体绝缘器件的外绝缘表面，保持 到规定时间一升华结束。
[0127] 升华加工的退出：升华加工结束一关闭加热装置16 -关闭高分子溶液的溶剂蒸 发盛液盒15的密封盒盖一保持抽真空阀门关闭一开启环保回收装置一开启进气口阀门一 回收浓度达到标准一停止固体绝缘器件的旋转一关闭环保回收装置及阀门一开启真空升 华箱14门，取出固体绝缘器件一关闭进气口阀门一加工过程结束。
[0128] 所述的真空升华箱14、高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15的表面涂有不亲和疏水 材料的涂层。
[0129] 本实用新型通过升华法在固体绝缘外绝缘表面生成一层纳米-微米级的复合层， 改变4避雷器、5隔离开关、6主母线、7真空断路器、8支母线、9电缆接头、10电压互感器等 带电部分的固体绝缘外绝缘表面的表面自由能和表面粗糙度。达到超疏水表面，避免表面 凝露产生。
[0130] 9、对上述制造方法的技术分析：
[0131] 具体做法是，在真空条件下，使得低表面自由能物质，如聚丙烯（PP)或聚苯乙烯 等的高分子溶液在溶剂蒸发，升华聚集到固体绝缘外绝缘表面，溶液热力学状态不稳定，高 分子链间易发生自聚集，形成高分子聚集相。当高分子链聚集到一定程度时，高分子聚集相 间发生相分离过程，并形成具有微米-纳米级粗糙结构的低表面自由能表面。
[0132] 如图12所示：真空升华箱14由高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15、加热装置16、带 有工件夹持的支撑转轴25、抽真空装置、进气阀门和环保回收装置等组成。其中高分子溶液 的溶剂蒸发盛液盒15具有可开启的密封盒盖，真空升华箱14、高分子溶液的溶剂蒸发盛液 盒15等构成部件的表面涂有不亲和疏水材料。
[0133] 10、以8支母线的超疏水表面涂层生成为例作具体介绍：
[0134] 升华法在固体绝缘外绝缘表面生成一层纳米-微米级的复合层的具体做法是：将 聚丙烯（PP)或聚苯乙烯粒料直接溶于二甲苯或四氢呋喃中一溶解后加入适量乙醇并混匀 -然后加入混合溶液加入高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15 -将固体绝缘完成的8支母线 放入真空升华箱14,固定夹持在支撑转轴25上一关闭真空升华箱14门，保证密封状态一关 闭进气口阀门和环保回收装置阀门一开启抽真空一缓慢旋转8支母线一达到真空度后，关 闭抽真空及阀门一开启高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15密封盖一开启加热装置16 -升华 沉积超疏水表面到8支母线的外绝缘表面，保持到规定时间一升华加工结束。
[0135] 升华加工的退出：升华加工结束一关闭加热装置16-关闭15高分子溶液的溶剂 蒸发盛液盒密封盖一保持抽真空阀门关闭一开启环保回收装置一开启进气口阀门一回收 浓度达到标准一停止旋转8支母线一关闭环保回收装置及阀门一开启真空升华箱14门，取 出8支母线一关闭进气口阀门一加工过程结束。其他固体绝缘部件采用同样的方法进行加 工，不再累述。
[0136] 在真空条件下，使得低表面自由能物质，如聚丙烯（PP)或聚苯乙烯等的高分子溶 液在溶剂蒸发，升华聚集到固体绝缘外绝缘表面，溶液热力学状态不稳定，高分子链间易发 生自聚集，形成高分子聚集相。当高分子链聚集到一定程度时，高分子聚集相间发生相分离 过程，并形成具有微米-纳米级粗糙结构的低表面自由能表面。
[0137] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改 进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种固体绝缘开关设备防止凝露装置，所述的固体绝缘开关设备包括电缆室（2)， 所述的电缆室（2)设有竖直的封板（21)和门，在所述的封板（21)和门的表面上，设有喷 塑层，其特征在于：在所述的封板（21)和门的内侧面的内侧喷塑层（23)上，涂有树脂型 MYQS-I的亲水材料涂层（11)。2. 按照权利要求1所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的固体 绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器件的固体绝缘层（18)的表面上设置 微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层（12)。3. 按照权利要求2所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：在所述的固 体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面，设置一个由不亲和疏水材料制成 的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩（13)。4. 按照权利要求3所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的防护 罩（13)与固体绝缘器件外表面上的接地层（17)过盈配合，其过盈配合的轴线方向的长度 为5±0. 5 mm ;所述的防护罩（13)与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。5. 按照权利要求2或3或4所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所 述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避雷器（4)、隔 离开关（5)、主母线（6)、真空断路器（7)、支母线（8)、电缆接头（9)、电压互感器（10)。6. -种固体绝缘开关设备防止凝露装置，所述的固体绝缘开关设备包括水平母线室 (3)，所述的水平母线室（3)设有竖直的封板（21)和门，在所述的封板（21)和门的表面上， 设有喷塑层，其特征在于：在所述的封板（21)和门的内侧面的内侧喷塑层（23)上，涂有树 脂型MYQS-I的亲水材料涂层（11)。7. 按照权利要求6所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的固体 绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器件的固体绝缘层（18)的表面上设置 微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层（12)。8. 按照权利要求7所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：在所述的固 体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面，设置一个由不亲和疏水材料制成 的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩（13)。9. 按照权利要求8所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的防护 罩（13)与固体绝缘器件外表面上的接地层（17)过盈配合，其过盈配合的轴线方向的长度 为5±0. 5 mm ;所述的防护罩（13)与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。10. 按照权利要求7或8或9所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所 述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避雷器（4)、隔 离开关（5)、主母线（6)、真空断路器（7)、支母线（8)、电缆接头（9)、电压互感器（10)。
【专利摘要】本实用新型公开了固体绝缘开关设备防止凝露装置，该开关设备包括电缆室、水平母线室，电缆室、水平母线室设有竖直的封板和门，在封板和门的表面上，设有喷塑层，在封板和门的内侧面的内侧喷塑层上，涂有树脂型MYQS-1的亲水材料涂层。采用上述技术方案，提高设备自身表面抗凝露水平，一是使得功能隔室组成的壳体内侧主动产生凝露，并使得凝露形成水珠，流入导流槽，排出设备，以降低设备内的空气湿度，使得带电部分达不到产生凝露的饱和湿度；二是在固体绝缘器件表面构建微米-纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水材料表面，使其表面不易产成凝露；达到确保电气设备安全运行的目的。
【IPC分类】H02B13/00, H02B1/28
【公开号】CN204696544
【申请号】CN201520311845
【发明人】杨柳
【申请人】安徽明远电力设备制造有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月14日
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于固体绝缘开关设备的技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种 固体绝缘开关设备防止凝露装置。
【背景技术】
[0002] 在高压开关设备领域，固体绝缘是未来的发展方向。高压开关设备（7. 2kV~ 40. 5kV)内部空间十分紧凑。为保证内部绝缘水平，保证装置可靠工作，对设备内防潮、防凝 露提出了更高的要求。
[0003] 开关设备和控制设备凝露试验方法（DL/T593附录H)规定：开启喷雾装置，使气候 室内的相对湿度尽快达到95%~100%。当试品外绝缘的表面形成稳定的凝露（即在外绝 缘表面形成互不连接的均匀分布的水珠）时，开始按照要求进行绝缘试验，绝缘试验时的 相对湿度可控制在85%~95%之间。试品进行绝缘试验时，试验人员应严格监视外绝缘表 面的凝露状态，如果发生水珠连接成片并有滴水现象时应停止绝缘试验，要将试品去雾后 重新凝露再进行绝缘试验。
[0004] 可见，开关设备和控制设备凝露的最大容忍度是，允许外绝缘表面形成互不连接 的均匀分布的水珠，但绝不允许水珠连接成片。
[0005] 现有技术是在开关高压开关设备中采用自动加热除湿控制器防止凝露，我国在开 关设备中采用自动加热除湿控制器防止凝露已有十几年历史。有人工控制和自动两种方 式。
[0006] 这种加热除湿控制器在抗潮湿、防凝露、保证高压设备可靠运行中起到了积极作 用，但在有的地区应用中也出现了一些问题，例如：
[0007] 在应用中出现了需要人为干涉；在南方的梅雨季节，有时开关设备内部的空气湿 度较高，甚至开关设备内局部已有结露现象，由于安装在柜体内部的凝露传感器位置并没 有到达凝露的程度；或者，凝露传感器长期受空气中灰尘和气体侵蚀，使传感器的灵敏度受 到影响，反应不准确、抗潮湿不均匀、凝露控制器不能及时地启动加热器，致使凝露控制的 作用失灵，给开关设备的安全带来威胁。此外，加热投入后会造成耗电浪费。
[0008] 1、常用凝露传感器的工作原理：
[0009] 现在市场上所有的凝露传感器几乎都是同一种类型，即在一个陶瓷基板上印制一 种高分子半导体电阻材料，引出两端电极，当传感器表面干燥时，分子间接触电阻小，电极 两端电阻为IkQ左右。而当高分子材料吸收水分后，其内部分子空间迅速膨胀，分子间接 触电阻变大，使电极两端的电阻率大大增加。电子控制器通过测试电阻的大小来感知或预 知是否发生凝露，这种凝露传感器有两个固有的特性缺陷：
[0010] 其一，在相对湿度不高时凝露传感器有一个离散区，在这区间对相对湿度变化不 敏感而且变化的阻值也不精确，其输出特性不但和相对湿度的大小有关，和露点温度也有 直接关系。例如：有时我们感觉到空气中湿度很大，但加热器并没有启动，这是由于传感器 表面没有达到露点温度（也就是在传感器表面没有结成水珠）的缘故。
[0011] 其二，由于凝露传感器必须不断地吸入或释放水分子，传感器受空气中灰尘或水 份中的化学物质侵蚀后会改变灵敏度，导致防凝露的控制点出现偏差，这时会出现在湿度 已是很高，凝露极易发生的情况下还没有启动加热器，或者加热启动后长期不会自动退出 的现象，这就降低了防凝露灵敏度和可靠性。
[0012] 2、常用的两种防凝露方法
[0013] 方式一：在开关设备电缆室、断路器室各安装一个错合金加热器（一般为150W)， 铝合金加热器工作时，其表面温度为120°C~130°C。通过空气散热除湿，由用户根据工作 环境状态人工控制加热器的投入、切除；
[0014] 方式二：防凝露自动除湿控制器安装在开关设备仪表室，凝露传感器安装在开关 设备柜内，铝合金加热器分别安装在开关设备电缆室、断路器室，利用凝露传感器的动作特 性来自动启动加热器投入、切除。
[0015] 上述两种方式存在的问题：
[0016] 方式一是靠人力完成加热器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往会出 现两个极端情况。其一是加热投入后不及时关断，会造成不必要耗电浪费。其二是没有随 气候变化及时启动加热器，柜内很潮湿时得不到加热除湿，一旦发生爬电、闪络会造成巨大 损失。
[0017] 方式二是利用凝露传感器自动启动加热器的，也存在两个缺陷。其一，这种凝露传 感器是被动型动作器件，即一定要在空气中的水汽压力饱和时，也就是在物体表面到达露 点温度，凝露发生时才会驱动加热工作。从检测凝露到消除凝露这一过程可以看出：首先要 用凝露传感器来检测到凝露，也就是说一定是在凝露发生时，才能启动加热器。而防凝露作 为一个电柜反事故重要措施来说，接近凝露的边缘再启动加热来消除凝露，就缺少一个预 防过程，因此，从安全性、可靠性的角度来看，该方法作为一个反事故措施是远远不够的；其 二，如果凝露传感器安装位置不当，或者凝露传感器的表面受到灰尘或气体的侵蚀后特性 已改变，虽然柜壁已有结露现象，但凝露控制器仍不能及时启动加热器投入，也会带来严重 后果。
[0018] 因此，为了提高可靠性，电力运行单位往往会采用一些辅助手段来保障电柜的安 全渡汛，如上海电力公司采用了进入霉雨季节就强制长通电加热的办法。这种方法，虽然加 强了防凝露的措施，但也带来了电力损耗和浪费。
【发明内容】
[0019] 本实用新型提供一种固体绝缘开关设备防止凝露装置，其目的是提高设备自身表 面抗凝露水平。
[0020] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
[0021] 本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，技术方案一：
[0022] 所述的固体绝缘开关设备包括电缆室，所述的电缆室设有竖直的封板和门，在所 述的封板和门的表面上，设有喷塑层，在所述的封板和门的内侧面的内侧喷塑层上，涂有树 脂型MYQS-I的亲水材料涂层。
[0023] 本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，技术方案二：
[0024] 所述的固体绝缘开关设备包括水平母线室，所述的水平母线室设有竖直的封板和 门，在所述的封板和门的表面上，设有喷塑层，在所述的封板和门的内侧面的内侧喷塑层 上，涂有树脂型MYQS-I的亲水材料涂层。
[0025] 为了实现与以上技术方案相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固体 绝缘开关设备防止凝露装置的制造方法，其技术方案是：
[0026] 所述的MYQS-I亲水材料涂层的喷涂工艺过程为：开始，脱脂，酸洗，磷化采用静电 喷涂进行表面喷塑处理，采用静电喷涂进行表面亲水材料喷涂，结束。
[0027] 本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，技术方案三：
[0028] 所述的固体绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器件的固体绝缘 层的表面上设置微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层。
[0029] 在所述的固体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面，设置一个由不 亲和疏水材料制成的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩。
[0030] 所述的防护罩与固体绝缘器件外表面上的接地层过盈配合，其过盈配合的轴线方 向的长度为5±0. 5_ ;所述的防护罩与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。
[0031] 所述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避 雷器、隔离开关、主母线、真空断路器、支母线、电缆接头、电压互感器。
[0032] 为了实现与技术方案三相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固体绝 缘开关设备防止凝露装置的制造方法，其技术方案是：
[0033] 所述的疏水材料表面涂层的生成方式，该方式所采用的设备包括真空升华箱，所 述的真空升华箱包括高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒、加热装置、夹持工件的支撑转轴、抽真 空装置、进气口阀门和环保回收装置；所述的高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒具有可开启的 密封盒盖；
[0034] 所述的生成方式采用升华法，其在固体 绝缘器件的外绝缘表面生成一层纳米一微 米级的疏水材料表面涂层的过程是：
[0035] 将聚丙烯或聚苯乙烯粒料直接溶于二甲苯或四氢呋喃中一溶解后加入适量乙醇 并混匀一然后加入混合溶液一加入高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒一将固体绝缘完成的固 体绝缘器件放入真空升华箱，固定夹持在支撑转轴上一关闭真空升华箱门，保证密封状态 -关闭进气口阀门和环保回收装置阀门一开启抽真空装置一缓慢旋转固体绝缘器件一达 到真空度后，关闭抽真空装置及阀门一开启高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒的密封盒盖一开 启加热装置一升华沉积超疏水表面到固体绝缘器件的外绝缘表面，保持到规定时间一升华 结束。
[0036] 升华加工的退出：升华加工结束一关闭加热装置一关闭高分子溶液的溶剂蒸发盛 液盒的密封盒盖一保持抽真空阀门关闭一开启环保回收装置一开启进气口阀门一回收浓 度达到标准一停止固体绝缘器件的旋转一关闭环保回收装置及阀门一开启真空升华箱门， 取出固体绝缘器件一关闭进气口阀门一加工过程结束。
[0037] 所述的真空升华箱、高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒的表面涂有不亲和疏水材料的 涂层。
[0038] 本实用新型采用上述技术方案，提高设备自身表面抗凝露水平，从两个方面来防 止凝露，一是使得功能隔室组成的壳体内侧主动产生凝露，并使得凝露形成水珠，流入导流 槽，排出设备，以降低设备内的空气湿度，使得带电部分达不到产生凝露的饱和湿度；二是 在固体绝缘器件表面构建微米-纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水材料表面，使其表 面不易产成凝露；达到确保电气设备安全运行的目的；不仅仅可以用在固体绝缘设备上， 也可以扩展到其他高压电气设备上使用。
【附图说明】
[0039] 下面对本说明书附图内容及图中标记作简要说明：
[0040] 图1为本实用新型的图1固体绝缘开关设备的结构示意图；
[0041] 图2为本实用新型中垂直封板和门的局部剖面图（垂直封板和门内侧的喷塑表面 涂以MYQS-I亲水材料）；
[0042] 图3为图2中的A处的局部放大的示意图；
[0043] 图4为喷塑表面涂以MYQS-I树脂型亲水材料的复合结构示意图；
[0044] 图5为喷塑表面涂以MYQS-I树脂型亲水材料的主要工艺路线图；
[0045] 图6为以8支母线为例的固体绝缘示意图；
[0046] 图7为以8支母线为例的固体绝缘低表面能的疏水材料表面的示意图；
[0047] 图8为理想表面上的水滴形态图；
[0048] 图9为Wenzel模型不意图；
[0049] 图10为Casssie模型示意图；
[0050] 图11为导电部分、各个固体绝缘分层梯度的防护的示意图；
[0051] 图12为升华法在固体绝缘外绝缘表面生成一层纳米-微米级的复合层装置示意 图。
[0052] 图中标记为：
[0053] 1、控制室，2、电缆室，3、水平母线室，4、避雷器，5、隔离开关，6、主母线，7、真空断 路器，8、支母线，9、电缆接头，10、电压互感器，11、亲水材料涂层，12、疏水材料表面涂层， 13、防护罩，14、真空升华箱，15、高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒，16、加热装置，17、接地层， 18、固体绝缘层（其中，18-1至18-4分别为固体绝缘层1至固体绝缘层4)，19、导流槽，20、 钢板，21、封板，22、外侧喷塑层，23、内侧喷塑层，24、带电体，25、支撑转轴。
【具体实施方式】
[0054] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详 细的说明，以帮助本领域的技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和 深入的理解。
[0055]1、关于固体绝缘开关设备：
[0056] 在7. 2kV、12kV、24kV、40. 5kV及以上的成套开关设备中，用环氧树脂之类的绝缘 材料对真空断路器和连接导体之类的电气元器件进行模制得到的固体绝缘开关设备，见图 Io
[0057]设备采用固体绝缘技术，配合专用的固体绝缘高压真空断路器一隔离开关组合电 器模块、固体绝缘电流一电压传感器模块、过电压保护器模块、高压绝缘母线系统模块、电 缆模块等元器件，结合各种测量仪表、微机控制保护元件、指示元件等二次元件，构成完整 的功能设备，对电路实行控制、保护、检测和通讯。
[0058] 固体绝缘开关设备两大部分组成：
[0059] 第一部分：壳体部分，由控制室1、电缆室2、水平母线室3等功能隔室组成的壳体， 起承载分隔作用；
[0060] 第二部分：带电部分，由避雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、 电缆接头9、电压互感器10等采用固体绝缘技术的固体绝缘器件组合成实现电气性能的组 合体，具有一些基本的功能方案，以满足电力的分配、控制、保护之用，其中包含进线、出线、 PT、联络、隔离、计量等。
[0061] 2、本实用新型所涉及的是固体绝缘设备的防止凝露问题，其主要构思一：
[0062] 如图1、图2所示的本实用新型的结构，为一种固体绝缘开关设备防止凝露装置， 所述的固体绝缘开关设备包括控制室1、电缆室2、水平母线室3,所述的电缆室2、水平母线 室3设有竖直的封板21和门，所述的封板21和门的基体材料为钢板20。在所述的封板21 和门的表面上，设有喷塑层，包括外侧喷塑层22、内侧喷塑层23。
[0063] 为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高设备自身表面抗凝露水平 的发明目的，本实用新型采取的技术方案是：
[0064] 如图2至图5所示，本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，在所述的封板 21和门的内侧面的内侧喷塑层23上，涂有树脂型MYQS-I的亲水材料涂层11。
[0065] 在电缆室2、水平母线室3等功能隔室组成的壳体垂直封板21和门内侧的喷塑表 面涂以11 (MYQS-1树脂型亲水材料），其表面的官能团等亲水基团在设备内空气形成饱和 凝露之前，主动产生凝露，并使得凝露形成水珠，流入导流槽19,排出设备内部，降低设备内 部的空气湿度，破坏凝露条件。具体见图2、图3。
[0066] 垂直封板和门内侧的喷塑表面涂以树脂型的11 (MYQS-1亲水材料）的复合结构见 图4。
[0067] 3、为了实现与以上技术方案相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固 体绝缘开关设备防止凝露装置的制造方法的技术方案：
[0068] 如图5所示，所述的MYQS-I亲水材料涂层11的喷涂工艺过程为：开始，脱脂，酸 洗，磷化采用静电喷涂进行表面喷塑处理，采用静电喷涂进行表面亲水材料喷涂，结束。
[0069] 4、本实用新型的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其主要构思二的技术方案是：
[0070] 如图7所示：所述的固体绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器 件的固体绝缘层18的表面上设置微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层12。
[0071] 如图6、图7和图11所示：所述的固体绝缘层18包括固体绝缘层1、固体绝缘层2、 固体绝缘层3和固体绝缘层4。固体绝缘层18包覆在带电体24的表面上。
[0072] 5、以下对超疏水表面的生成机理进行分析：
[0073] 当少量的水滴落在固体表面上时，水滴的形状取决于水的体积以及水与固体表面 的平衡接触角，如果水滴的体积尺度为微升（UL)级或更小，则重力的影响可以忽略不计， 水滴的形状接近于球帽形，如图8所示。水与固体表面的平衡接触角取决于固体表面的条 件，如果是理想表面（光滑、平坦、坚硬、均匀），则固体、气体、液体界面间表面张力会达到 平衡，体系总能量趋于最小，这时的接触角可以用著名的Young方程表示：
[0075] 式中：
[0076] 0〇一一气体、固体、液体三相平衡时的接触角，也称理想表面接触角；
[0077] ysv--固体、气体界面间的表面张力；
[0078] ysl--固体、液体界面间的表面张力；
[0079] ylv--液体、气体界面间的表面张力。
[0080] 由上式可以看出，接触角越大，固体的表面能越小。
[0081] 由于实际的固体表面都是非理想表面，考虑到固体表面的粗糙度，Wenzel对 Young方程进行了修正，提出了Wenzel方程：
[0083] 式中：
[0084] 0'。--表观接触角；
[0085] y--实际的固体、液体界面接触面积与表观固体、液体界面接触面积之比。
[0086] 按照Wenzel观点，粗糙表面的存在使得实际的固体、液体接触面积要大于表观固 体、液体接触面积，原因是液体会填满粗糙表面上的凹槽，如图9所示，由式上面的2个公式 可知，COS9 '。=rcos0。，由于y> 1，所以增加粗糙度后固体表面的疏水性能将提高。
[0087] Casssie与Baxter在研宄了自然界大量的超疏水表面的结构后，提出了一种新模 型一一空气气穴模型。他们认为液滴与粗糙的疏水表面接触时，液滴并不会填满粗糙表面 上的凹槽，在液滴的下部将有空气存在，表观上的液体、固体接触其实是一部分液滴与固体 表面突起部分直接接触，另一部分液滴与空气气穴接触，如图10所示。
[0088] Casssie与Baxter提出的方程是：
[0089] cos0'0=fpos9Af2Cos9 2
[0090] 式中：
[0091] f:--与液滴接触的固体表面的面积分数；
[0092] 0!--固体表面的本征接触角；
[0093] f2一一与液滴接触的空气表面的面积分数；
[0094] 02--空气表面的本征接触角。
[0095] 由于:^+?= 1，9 2= 180°，上式可改写成：
[0096] cos0'0=fpos9「1+4=f!(cos9 !+I)-1
[0097] 由上式可以看出，对于粗糙的疏水表面，固体表面的面积分数愈小，即空气气穴所 占面积愈大，表观接触角愈大，疏水性能愈好。
[0098] 由此可以得知，固体表面的本征接触角随表面的粗糙度和空气气穴面积分数的增 加而递增，获取超疏水表面的最好方式就是改变固体表面的微观构造。
[0099] 对于固体表面的疏水性，长时间以来都是以水滴与固体表面的接触角来判断，接 触角愈大，疏水性愈好，并以荷叶表面的172°接触角作为人工超疏水表面接触角的奋斗目 标。但是近年来人们发现水滴在固体表面的动态过程亦十分重要。
[0100]Furmidge提出了水滴在表面自发移动所需倾角a的计算方程：
[0102]式中：
[0103]F一一水滴单位周长上的线性临界力，是使水滴在固体表面运动的作用力；
[0104] m--水滴质量；
[0105] g--自由落体加速度；
[0106] a--水滴滚动所需倾角；
[0107]w--水滴宽度；
[0108] 0E一一前进角，即在固体、液体接触界面扩展后测量得到的接触角，也即水滴下 滑时水滴前坡面所必须增加到的角度，否则水滴不会发生运动；
[0109] 0A一一后退角，即在固体、液体接触界面回缩后测量得到的接触角，也即水滴下 滑时水滴后坡面所必须减小到的角度，否则水滴不会移动。
[0110] 前进角与后退角的差值A0 = (0K- 0A)与水滴的黏滞性紧密相关，A0越大 水滴就越难移动，当A0趋于0时，固体表面基本无黏滞性，水滴极易滚动，通常这种固体 表面呈现出极佳的超疏水性能。
[0111] 水滴的滚动角对于设备带电外绝缘表面防凝露作用十分重要，由于设备带电外绝 缘大部分表面是垂直、倾斜和向下设置的，因此如果带电外绝缘表面的滚动角能足够小，即 使疏水表面的接触角不是很大，带电外绝缘表面也不会凝露。
[0112] 如前所述，超疏水表面由一种具有低表面自由能的粗糙表面构成，影响固体表面 浸润性的因素主要有两个，一是表面自由能，二是表面粗糙度。因此为了得到更好的疏水效 果，改变表面粗糙度就变得尤为重要。一般来说，超疏水表面可以通过两种方法来增加，一 种是在疏水材料表面构建粗糙结构，另一种是在粗糙表面上粘附低表面自由能的物质。
[0113] 6、本实用新型构思二的具体解决方案：
[0114] 如图11所示：在所述的固体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面， 设置一个由不亲和疏水材料制成的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩13。
[0115] 由于避雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、电缆接头9、电压互 感器 10等元器件，既有固体绝缘部分，也有需要具有优良导电性能的导电部分，以及各个 固体绝缘分层梯度。这些部分必须保证绝对地清洁，不得沾染升华到的疏水表面物质，必须 进行防护。以8支母线的防护为例，在8支母线固体绝缘部件的导电部分和各个固体绝缘 分层梯度表面，加盖一个由不亲和疏水材料制成的有一定弹性的塑料防护罩13。
[0116] 所述的防护罩13与固体绝缘器件外表面上的接地层17过盈配合，其过盈配合的 轴线方向的长度为5±0. 5_ ;所述的防护罩13与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。
[0117] 防护罩13要和固体绝缘外表面（接地层）过盈配合，过盈配合长度为5±0. 5mm， 紧紧密闭防护罩内部，以阻止导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面沾染升华到的疏水表 面物质，护罩内部其他部分与8支母线相关部分间隙配合，以免干涉13防护罩和固体绝缘 外表面（接地层）的过盈配合。其他固体绝缘部件采用同样的方法防护，不再累述。
[0118] 所述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避 雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、电缆接头9、电压互感器10。
[0119] 在避雷器4、隔离开关5、主母线6、真空断路器7、支母线8、电缆接头9、电压互感 器10等固体绝缘器件表面构建微米一纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水材料表面，使 其表面不易产成凝露。如有单个水珠也会迅速滚落，无法形成水珠连接成片现象，达到确保 电气设备安全运行的目的。本实用新型不仅仅可以用在固体绝缘设备上，也可以扩展到其 他高压电气设备上使用。
[0120] 7、固体绝缘技术的介绍：
[0121] 固体绝缘技术是在电气设备带电元件的周围用绝缘材料进行模制形成了多层绝 缘层，以朝外周方向介电常数减小的方式且露出主电路导体端部而形成的多层绝缘层，最 里侧和带电部件相接触，最外侧为接地层，如以8支母线为例的图6、图7所示，对地电压由 里向外逐步降低。
[0122] 为了降低开关设备带电体绝缘体表面凝露造成绝缘问题，危害设备的安全运行， 本实用新型还采用在固体绝缘器件表面构建微米-纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水 材料表面12,理论上生成的超疏水表面接触角高达164°，滚动角小于2°，使其表面不易 产成凝露，如有单个水珠也会迅速滚落，无法形成水珠连接成片现象。
[0123] 8、为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本实用新型还提供了以上所述的固 体绝缘开关设备防止凝露装置（构思之二）的制造方法的技术方案：
[0124] 如图12所示：所述的疏水材料表面涂层12的生成方式，该方式所采用的设备包括 真空升华箱14,所述的真空升华箱14包括高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15、加热装置16、 夹持工件的支撑转轴25、抽真空装置、进气口阀门和环保回收装置；所述的高分子溶液的 溶剂蒸发盛液盒15具有可开启的密封盒盖；
[0125] 所述的生成方式采用升华法，其在固体绝缘器件的外绝缘表面生成一层纳米一微 米级的疏水材料表面涂层12的过程是：
[0126] 将聚丙烯或聚苯乙烯粒料直接溶于二甲苯或四氢呋喃中 一溶解后加入适量乙醇 并混匀一然后加入混合溶液一加入高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15 -将固体绝缘完成的 固体绝缘器件放入真空升华箱14,固定夹持在支撑转轴25上一关闭真空升华箱14门，保证 密封状态一关闭进气口阀门和环保回收装置阀门一开启抽真空装置一缓慢旋转固体绝缘 器件一达到真空度后，关闭抽真空装置及阀门一开启高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15的 密封盒盖一开启加热装置16 -升华沉积超疏水表面到固体绝缘器件的外绝缘表面，保持 到规定时间一升华结束。
[0127] 升华加工的退出：升华加工结束一关闭加热装置16 -关闭高分子溶液的溶剂蒸 发盛液盒15的密封盒盖一保持抽真空阀门关闭一开启环保回收装置一开启进气口阀门一 回收浓度达到标准一停止固体绝缘器件的旋转一关闭环保回收装置及阀门一开启真空升 华箱14门，取出固体绝缘器件一关闭进气口阀门一加工过程结束。
[0128] 所述的真空升华箱14、高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15的表面涂有不亲和疏水 材料的涂层。
[0129] 本实用新型通过升华法在固体绝缘外绝缘表面生成一层纳米-微米级的复合层， 改变4避雷器、5隔离开关、6主母线、7真空断路器、8支母线、9电缆接头、10电压互感器等 带电部分的固体绝缘外绝缘表面的表面自由能和表面粗糙度。达到超疏水表面，避免表面 凝露产生。
[0130] 9、对上述制造方法的技术分析：
[0131] 具体做法是，在真空条件下，使得低表面自由能物质，如聚丙烯（PP)或聚苯乙烯 等的高分子溶液在溶剂蒸发，升华聚集到固体绝缘外绝缘表面，溶液热力学状态不稳定，高 分子链间易发生自聚集，形成高分子聚集相。当高分子链聚集到一定程度时，高分子聚集相 间发生相分离过程，并形成具有微米-纳米级粗糙结构的低表面自由能表面。
[0132] 如图12所示：真空升华箱14由高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15、加热装置16、带 有工件夹持的支撑转轴25、抽真空装置、进气阀门和环保回收装置等组成。其中高分子溶液 的溶剂蒸发盛液盒15具有可开启的密封盒盖，真空升华箱14、高分子溶液的溶剂蒸发盛液 盒15等构成部件的表面涂有不亲和疏水材料。
[0133] 10、以8支母线的超疏水表面涂层生成为例作具体介绍：
[0134] 升华法在固体绝缘外绝缘表面生成一层纳米-微米级的复合层的具体做法是：将 聚丙烯（PP)或聚苯乙烯粒料直接溶于二甲苯或四氢呋喃中一溶解后加入适量乙醇并混匀 -然后加入混合溶液加入高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15 -将固体绝缘完成的8支母线 放入真空升华箱14,固定夹持在支撑转轴25上一关闭真空升华箱14门，保证密封状态一关 闭进气口阀门和环保回收装置阀门一开启抽真空一缓慢旋转8支母线一达到真空度后，关 闭抽真空及阀门一开启高分子溶液的溶剂蒸发盛液盒15密封盖一开启加热装置16 -升华 沉积超疏水表面到8支母线的外绝缘表面，保持到规定时间一升华加工结束。
[0135] 升华加工的退出：升华加工结束一关闭加热装置16-关闭15高分子溶液的溶剂 蒸发盛液盒密封盖一保持抽真空阀门关闭一开启环保回收装置一开启进气口阀门一回收 浓度达到标准一停止旋转8支母线一关闭环保回收装置及阀门一开启真空升华箱14门，取 出8支母线一关闭进气口阀门一加工过程结束。其他固体绝缘部件采用同样的方法进行加 工，不再累述。
[0136] 在真空条件下，使得低表面自由能物质，如聚丙烯（PP)或聚苯乙烯等的高分子溶 液在溶剂蒸发，升华聚集到固体绝缘外绝缘表面，溶液热力学状态不稳定，高分子链间易发 生自聚集，形成高分子聚集相。当高分子链聚集到一定程度时，高分子聚集相间发生相分离 过程，并形成具有微米-纳米级粗糙结构的低表面自由能表面。
[0137] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改 进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种固体绝缘开关设备防止凝露装置，所述的固体绝缘开关设备包括电缆室（2)， 所述的电缆室（2)设有竖直的封板（21)和门，在所述的封板（21)和门的表面上，设有喷 塑层，其特征在于：在所述的封板（21)和门的内侧面的内侧喷塑层（23)上，涂有树脂型 MYQS-I的亲水材料涂层（11)。2. 按照权利要求1所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的固体 绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器件的固体绝缘层（18)的表面上设置 微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层（12)。3. 按照权利要求2所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：在所述的固 体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面，设置一个由不亲和疏水材料制成 的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩（13)。4. 按照权利要求3所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的防护 罩（13)与固体绝缘器件外表面上的接地层（17)过盈配合，其过盈配合的轴线方向的长度 为5±0. 5 mm ;所述的防护罩（13)与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。5. 按照权利要求2或3或4所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所 述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避雷器（4)、隔 离开关（5)、主母线（6)、真空断路器（7)、支母线（8)、电缆接头（9)、电压互感器（10)。6. -种固体绝缘开关设备防止凝露装置，所述的固体绝缘开关设备包括水平母线室 (3)，所述的水平母线室（3)设有竖直的封板（21)和门，在所述的封板（21)和门的表面上， 设有喷塑层，其特征在于：在所述的封板（21)和门的内侧面的内侧喷塑层（23)上，涂有树 脂型MYQS-I的亲水材料涂层（11)。7. 按照权利要求6所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的固体 绝缘开关设备包括固体绝缘器件，在所述的固体绝缘器件的固体绝缘层（18)的表面上设置 微米一纳米级粗糙结构构成的疏水材料表面涂层（12)。8. 按照权利要求7所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：在所述的固 体绝缘器件的导电部分和各个固体绝缘分层梯度表面，设置一个由不亲和疏水材料制成 的、具有一定弹性的塑料制成的防护罩（13)。9. 按照权利要求8所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所述的防护 罩（13)与固体绝缘器件外表面上的接地层（17)过盈配合，其过盈配合的轴线方向的长度 为5±0. 5 mm ;所述的防护罩（13)与固体绝缘器件的其余的部分为间隙配合。10. 按照权利要求7或8或9所述的固体绝缘开关设备防止凝露装置，其特征在于：所 述的固体绝缘器件为下列器件中的一种，或者任意两种及两种以上的组合：避雷器（4)、隔 离开关（5)、主母线（6)、真空断路器（7)、支母线（8)、电缆接头（9)、电压互感器（10)。
【专利摘要】本实用新型公开了固体绝缘开关设备防止凝露装置，该开关设备包括电缆室、水平母线室，电缆室、水平母线室设有竖直的封板和门，在封板和门的表面上，设有喷塑层，在封板和门的内侧面的内侧喷塑层上，涂有树脂型MYQS-1的亲水材料涂层。采用上述技术方案，提高设备自身表面抗凝露水平，一是使得功能隔室组成的壳体内侧主动产生凝露，并使得凝露形成水珠，流入导流槽，排出设备，以降低设备内的空气湿度，使得带电部分达不到产生凝露的饱和湿度；二是在固体绝缘器件表面构建微米-纳米级粗糙结构，构建低表面能的疏水材料表面，使其表面不易产成凝露；达到确保电气设备安全运行的目的。
【IPC分类】H02B13/00, H02B1/28
【公开号】CN204696544
【申请号】CN201520311845
【发明人】杨柳
【申请人】安徽明远电力设备制造有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月14日
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