Проблемы и решения применения электротехнической ламинированной древесины в сверхвысоковольтном энер

Как традиционный изоляционный материал, электротехническая ламинированная древесина по-прежнему находит применение в сверхвысоковольтном энергетическом оборудовании. Однако в условиях высокого напряжения, больших токов и сложных условий окружающей среды ограничения ее эксплуатационных характеристик становятся все более очевидными. Далее будут подробно проанализированы проблемы, возникающие в процессе ее применения, и соответствующие решения.

Основные проблемы, с которыми сталкивается электротехническая ламинированная древесина

1. Недостаточные электрические характеристики

Ограниченная диэлектрическая прочность: В условиях сверхвысокого напряжения электротехническая ламинированная древесина склонна к частичному разряду или пробою, особенно во влажной или загрязненной среде.

Высокие диэлектрические потери: В высокочастотных или переменных электрических полях электротехническая ламинированная древесина выделяет значительное количество тепла, что ускоряет ее термическое старение.

2. Дефекты механических свойств

Анизотропия: Существует большая разница в прочности электротехнической ламинированной древесины в направлении ламинирования и в направлении, противоположном ламинированию, что делает ее склонной к растрескиванию в местах концентрации напряжений. Длительная ползучесть: Под постоянной механической нагрузкой электротехническая ламинированная древесина склонна к деформации, что, в свою очередь, влияет на структурную устойчивость оборудования. Например, этот эффект более очевиден при использовании в качестве опоры для изоляторов.

3. Низкая устойчивость к воздействию окружающей среды

Высокая гигроскопичность: При изменении влажности электротехническая ламинированная древесина расширяется или сжимается, что не только снижает её изоляционные свойства, но и может привести к растрескиванию.

Недостаточная атмосферостойкость: Под воздействием ультрафиолетового излучения и перепадов температур (-40°C~70°C) электротехническая ламинированная древесина склонна к старению, что приводит к сокращению срока службы на открытом воздухе.

4. Проблемы, связанные с процессом и стоимостью

Сложность контроля однородности: Из-за неравномерной пропитки смолой или колебаний в процессе прессования характеристики электротехнической ламинированной древесины будут различаться между партиями.

Высокая стоимость высококачественной обработки: Глубокая химическая модификация или нанообработка электротехнической ламинированной древесины значительно увеличит её стоимость.

Решения для электротехнической ламинированной древесины в сверхвысоковольтном энергетическом оборудовании

1. Технология модификации материалов

Оптимизация системы смол: Диэлектрическая прочность электротехнической ламинированной древесины может быть улучшена путем модификации эпоксидной смолой или пропитки полиуретаном, что позволяет достичь ее диэлектрической прочности 30–40 кВ/мм и повысить ее гидрофобность. Кроме того, добавление наполнителей на основе нано-SiO₂/Al₂O₃ позволяет уменьшить пористость, эффективно подавлять частичные разряды и сократить разряд более чем на 50%.

Армирование волокнами: Смешивание арамидного волокна или стекловолокна позволяет повысить прочность электротехнической ламинированной древесины на поперечный разрыв, а ее прочность на поперечный разрыв может быть увеличена в 2–3 раза, тем самым снижая анизотропию.

2. Улучшение конструкции

Конструкция композитной изоляции: Композитная электротехническая ламинированная древесина с силиконовым каучуком, например, с использованием рукавной конструкции, использующей гидрофобность и эластичность силиконового каучука для компенсации дефектов ламинированной древесины. Многослойная градиентная конструкция используется для обеспечения высокой плотности поверхностного слоя и достижения влагонепроницаемого эффекта, а внутренний слой – высокой прочности для сопротивления механическим нагрузкам.

Бионическая структура: Направленная пористость, основанная на микроскопической структуре пор древесины, обеспечивает баланс диэлектрических свойств и механической прочности электроламинированной древесины.

3. Оптимизация процесса

Вакуумная пропитка под давлением (VPI): Этот процесс обеспечивает полное проникновение смолы и снижает пористость до менее 1%, что значительно повышает пробивное напряжение электроламинированной древесины.

Технология полимеризации in situ: Полимеры, такие как полианилин, синтезируются непосредственно в микропорах древесины для формирования проводящего или изолирующего градиентного слоя, что способствует улучшению ее характеристик.

4. Обработка для адаптации к окружающей среде

Покрытие поверхности: Напыление фторуглеродной смолы или политетрафторэтилена (ПТФЭ) позволяет снизить поверхностную энергию электроламинированной древесины, увеличить контактный угол более 120° и обеспечить самоочищение. Химическая сшивка: благодаря ацетилированию или прививке силанового связующего агента, влагопоглощение электротехнической ламинированной древесины может быть снижено до менее 5%.

5. Интеллектуальный мониторинг

Встроенный датчик: интегрированная волоконная решетка Брэгга (ВБР), которая может контролировать деформацию и температуру электротехнической ламинированной древесины в режиме реального времени и своевременно предупреждать о локальном перегреве или деформации.

Модель прогнозирования срока службы: на основе эксперимента по ускоренному старению Аррениуса разработан алгоритм расчета остаточного срока службы, который служит руководством по обслуживанию и замене электротехнической ламинированной древесины.