用于輸電線的防冰涂層的制作方法
【專利說(shuō)明】用于輸電線的防冰涂層
[0001]相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§ 119(e)要求2013年03月26日提交的名稱為:“用于輸電線的防冰涂層”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/805，431的權(quán)益，所述專利申請(qǐng)以全文引用的方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]在對(duì)雪暴和冰暴敏感的世界上的許多地方，架空電力線纜結(jié)冰是主要問(wèn)題。冰和濕雪(本文中統(tǒng)稱為冰)可以在電纜上累積，產(chǎn)生顯著額外重量并且電力線變得對(duì)風(fēng)誘導(dǎo)的振蕩更敏感。足夠的累積甚至可以導(dǎo)致不同電纜直接或經(jīng)由結(jié)冰而彼此接觸、從支撐結(jié)構(gòu)破裂或脫離，并且甚至輸電塔崩塌，導(dǎo)致大范圍供電中斷。電流除冰途徑限于使累積的冰物理上破裂離開電力線。然而，這些途徑費(fèi)時(shí)并且非常危險(xiǎn)，尤其當(dāng)結(jié)冰條件通過(guò)空氣或地面使接近電力線復(fù)雜化時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供使用溶膠-凝膠材料在電力線纜上形成壓電涂層的方法和系統(tǒng)。電纜可以被饋送通過(guò)具有溶膠-凝膠材料的容器。在這一操作期間，溶膠-凝膠材料作為電纜表面上的未固化層沉積。隨后使用例如紅外、紫外和/或其它類型的輻射固化這一層。電纜可以懸垂于涂布系統(tǒng)中以使得具有未固化層的電纜不觸碰系統(tǒng)的任何組件直到層充分固化。固化層的壓電特征可以在系統(tǒng)中測(cè)試以提供控制反饋，如增加層的厚度。也可以被稱作壓電涂層的固化層在電纜由于交流電(例如50Hz或60Hz)的輸送和環(huán)境因素(如風(fēng))而振動(dòng)期間在電纜的外表面處引起電阻加熱。這種局部加熱可以足以通過(guò)融化或至少軟化在與電纜的界面處的一部分積冰來(lái)減少電力線纜上的結(jié)冰。
[0005]在一些實(shí)施例中，在電力線纜上形成壓電涂層的方法涉及將電力線纜饋送通過(guò)包括壓電材料的溶膠-凝膠材料。這一饋送至少在電力線纜的外表面上形成溶膠-凝膠材料的未固化層。在一些實(shí)施例中，在這一饋送操作之后電力線纜的整個(gè)外表面覆蓋有溶膠-凝膠材料。所述方法可以固化溶膠-凝膠材料的未固化層繼續(xù)進(jìn)行。這一固化在電力線纜上形成壓電涂層。壓電涂層包括壓電材料，其可以在電纜經(jīng)受多種機(jī)械應(yīng)力，如振動(dòng)和彎曲時(shí)引起電阻加熱。
[0006]在一些實(shí)施例中，溶膠-凝膠材料保持在具有底部的溶膠-凝膠容器中。電力線纜被饋送通過(guò)溶膠-凝膠容器的底部。舉例來(lái)說(shuō)，溶膠-凝膠容器的底部可以包括密封口，其允許將電力線纜饋送通過(guò)溶膠-凝膠容器的底部并且防止溶膠-凝膠材料通過(guò)容器的底部漏出。在涂布操作期間，溶膠-凝膠容器的底部用溶膠-凝膠材料覆蓋。
[0007]在一些實(shí)施例中，所述方法還涉及在饋送電力線纜通過(guò)溶膠-凝膠材料之前，使電力線纜暴露于等離子體。一般來(lái)說(shuō)，電力線纜可以在于電力線纜的外表面上形成溶膠-凝膠材料的未固化層之前預(yù)處理(例如使用等離子體)例如以增強(qiáng)所述表面與固化層之間的粘合。預(yù)處理還可以用于在涂布操作期間改變表面張力。
[0008]在一些實(shí)施例中，所述方法還涉及測(cè)試電力線纜上的壓電涂層的熱產(chǎn)生。這一測(cè)試在固化操作之后進(jìn)行。測(cè)試可以涉及使電力線纜經(jīng)受振動(dòng)或彎曲并且監(jiān)測(cè)電纜經(jīng)受振動(dòng)時(shí)或緊接著在其之后壓電涂層的溫度。舉例來(lái)說(shuō)，電纜可以圍繞滾筒彎曲并且兩個(gè)或兩個(gè)以上熱電偶可以在這一彎曲之前、與其同時(shí)和/或在其之后安置以在這一測(cè)試的各個(gè)階段監(jiān)測(cè)壓電涂層的溫度。
[0009]在一些實(shí)施例中，電力線纜是長(zhǎng)度是至少約100米的連續(xù)電纜。電力線纜可以在無(wú)涂布工藝或固化工藝中斷的情況下持續(xù)電力線纜的整個(gè)長(zhǎng)度連續(xù)饋送通過(guò)溶膠-凝膠材料。此外，如上所述，電纜可以懸垂于涂布系統(tǒng)中(例如垂直懸垂)以使得具有未固化層的電纜不觸碰系統(tǒng)的任何組件直到層充分固化。這一特征有助于避免損壞在電纜穿過(guò)并且從溶膠-凝膠容器中的溶膠-凝膠材料的表面出現(xiàn)時(shí)形成的未固化層。
[0010]在一些實(shí)施例中，在電力電纜的至少外表面上形成的壓電涂層包括鈦酸鋇(BaTi03)、鈦酸鉛(PbTi03)、鋯鈦酸鉛(PbtZrxTii x]03)、鈮酸鉀(KNb03)、鈮酸鋰(LiNb03)、鉭酸鋰(LiTa03)、鎢酸鈉(Na2W03)以及氧化鋅(ZnO)中的一者。也可以使用其它壓電材料。在一些實(shí)施例中，溶膠-凝膠材料包括可聚合部分。
[0011]在一些實(shí)施例中，在低于450°C的溫度下進(jìn)行固化?？梢蕴囟ㄟx擇固化溫度以防止對(duì)電力線纜的損壞。舉例來(lái)說(shuō)，電力線纜可以至少部分由鋁形成。在不受任何特定理論限制的情況下，相信鋁在約450°C下開始改變其晶粒結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生當(dāng)在這一臨界值以上加熱時(shí)電阻更大的鋁。在一些實(shí)施例中，固化涉及以下固化技術(shù)中的一或多者:UV暴露、可見光暴露以及紅外輻射暴露。具有未固化層的電力線纜不與任何組件接觸直到未固化層轉(zhuǎn)化成壓電涂層。
[0012]在一些實(shí)施例中，壓電涂層完全覆蓋電力線纜的外表面。或者，壓電涂層可以主要覆蓋(例如多于50%的外表面)但不完全覆蓋電力線纜的外表面。在一些實(shí)施例中，壓電涂層是保形的。未固化層的厚度經(jīng)溶膠-凝膠材料的表面張力、溶膠-凝膠材料的粘度以及通過(guò)溶膠-凝膠材料的電力線纜的饋送速度控制。
[0013]還提供一種用于在電力線纜上形成壓電涂層的涂布系統(tǒng)。涂布系統(tǒng)包括具有溶膠-凝膠容器和一或多個(gè)固化單元的涂布設(shè)備。溶膠-凝膠容器包括底部和在底部中的密封口。密封口經(jīng)配置以允許電力線纜通過(guò)底部饋送到容器中并且以防止溶膠-凝膠材料漏出溶膠-凝膠容器。涂布系統(tǒng)還包括具有等離子體遞送頭的預(yù)處理單元。預(yù)處理單元可以沿著電力線纜的饋送路徑安置在涂布設(shè)備的上游。一或多個(gè)固化單元可以包括以下單元中的一或多者:IR輻射單元、UV輻射單元以及微波輻射單元。
[0014]在一些實(shí)施例中，涂布系統(tǒng)包括用于測(cè)試壓電涂層的性能的測(cè)試單元。測(cè)試單元包括用于可控制地彎曲具有壓電涂層的電力線纜的滾筒和用于測(cè)量在這一彎曲期間壓電涂層的溫度的熱傳感器。在一些實(shí)施例中，涂布系統(tǒng)還包括用于使溶膠-凝膠材料從溶膠-凝膠容器再循環(huán)并且處理溶膠-凝膠材料的溶膠-凝膠處理單元。在一些實(shí)施例中，涂布系統(tǒng)還包括用于通過(guò)涂布設(shè)備使電力線纜定向的第一滾筒和第二滾筒。
[0015]下文參考圖進(jìn)一步描述這些和其它實(shí)施例。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的包括電纜和兩個(gè)懸垂絕緣串的電力線的示意性說(shuō)明。
[0017]圖2A說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的具有用鋼絞線增強(qiáng)的多根鋁絞線的電力線纜的實(shí)例。
[0018]圖2B說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的具有用一根鋼絞線增強(qiáng)的多根鋁絞線的電力線纜的實(shí)例。
[0019]圖2C至2E說(shuō)明根據(jù)一些實(shí)施例的電力線纜表面上的多個(gè)涂層的實(shí)例。
[0020]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的用于在電力線纜上形成壓電涂層的方法的工藝流程圖。
[0021]圖4是根據(jù)一些實(shí)施例的用于在電力線纜上形成壓電涂層的涂布系統(tǒng)的示意性圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在以下描述中，闡述許多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)所呈現(xiàn)概念的透徹理解。所呈現(xiàn)的概念可以在無(wú)這些特定細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)踐。在其它情況下，未詳細(xì)地描述眾所周知的方法操作以便不會(huì)不必要地混淆所描述的概念。雖然一些概念將結(jié)合特定實(shí)施例描述，應(yīng)了解這些實(shí)施例并不打算限制。
[0023]引言
[0024]電阻加熱是用于將架空電力線纜除冰的可行選擇。一些加熱由于形成電纜的材料的電阻(p = IXR2)而出現(xiàn)。然而，這一電阻加熱由于用于電力線纜的材料(如鋁)的低阻值而是極少的。此外，這一電阻加熱在整個(gè)電纜中產(chǎn)生并且不是局部的。這一分布熱產(chǎn)生可能不會(huì)在電纜表面處提供足夠熱量以使與積冰的界面破裂。電力輸送也可能在冰暴期間中斷，并且在這些情況下不能依賴在電力輸送期間產(chǎn)生的電阻加熱。
[0025]在除冰中特定關(guān)注區(qū)域是電力線纜的外表面。在所述表面處的局部熱產(chǎn)生可以幫助剛好足夠融化周圍的冰以使電力線纜與冰之間的機(jī)械連接破裂并且允許冰在重力下下落。此外，電力線纜的外表面可以改性以甚至在任何熱量施加到界面之前減弱電力線纜與冰之間的這一機(jī)械連接。舉例來(lái)說(shuō)，表面可經(jīng)改性以更光滑和/或具有允許冰容易地滑動(dòng)的較小接觸面積。與鋁或更確切地說(shuō)常規(guī)電力線纜的氧化鋁表面相比，一些材料也可以對(duì)冰具有較小粘性。也應(yīng)注意積冰的重量