Супергідрофобні покриття для електропроводів ЛЕП - у блозі - Перспективні розробки, НДДКРи,
Часи, коли людство обходилося багаттям, піччю чи паровим котлом, давно минули. Людям потрібна електрика, і що далі, то більше. Нам хотілося б, щоб воно було дешевим, але його доставка споживачам обходиться дорого. український клімат не сприяє енергетиці: корозія роз'їдає опори ЛЕП, у погану погоду сніг та лід покривають дроти, викликаючи пошкодження ліній, усунення неполадок потребує багато часу, сил та засобів. З такими ж проблемами стикаються багато північних країн, а також Китай та Японія. В останні роки вчені різних країн досліджують можливість захистити дроти та конструкції ЛЕП за допомогою спеціальних покриттів. Фахівці Інституту фізичної хімії та електрохімії ім. О.М. Фрумкіна РАН розробили і випробували супергідрофобні покриття, які завадять проводам зледеніти, а якщо таке все ж таки станеться, від льоду буде нескладно позбутися.
Випробування супергідрофобних покриттів у потоці водного аерозолю при температурі -5 °С та швидкості вітру 10 м/с. За хвилину на алюмінієвому зразку без покриття вже з'являється шар льоду.
З зледенінням ліній борються, звичайно. Найчастіше використовують механічні методи, але потребують доступу до ЛЕП, що порушує нормальну роботу ділянки. До того ж механічна дія не перешкоджає зледеніння, а усуває його. Можна підвищити опір проводів, пропускаючи по них струм особливому режимі. Провід нагріється, і лід розплавиться, але цей метод призведе до втрати енергії. В останні роки для боротьби з зледенінням стали активно застосовувати розчини, які замерзають при температурах значно нижчих, ніж вода. Ці рідини хороші в дорожньому господарстві та авіації, але при транспортуванні енергіїмалоефективні. Термін дії таких «незамерзаючих рідин» недовгий, а регулярно наносити їх на сотні, а то й тисячі кілометрів дротів неможливо. Всі ці методи вимагають постійної активної участі персоналу, витрат енергії або хімічних реактивів, а іноді небезпечні для навколишнього середовища. Економічніше робити дроти та опори ЛЕП з таких матеріалів, на яких вода не затримується, а тому й не намерзне.
Порівняльні випробування алюмінієвих проводів за умов випадання крижаного дощу (температура повітря -4 °С, вологість повітря 97%)
Ось що розповіла в інтерв'ю STRF.ru головний науковий співробітник ІФХЕ РАН член-кореспондент РАН, доктор фізико-математичних наукЛюдмила Бойнович :
«Одна з відмінних рис супергідрофобних матеріалів – самоочищення поверхні від пилу та інших твердих частинок при її контакті з краплями рідини. Справа в тому, що навіть при дуже малих нахилах супергідрофобної поверхні краплі води не зісковзують по ній, а скочуються. Завдяки водовідштовхувальним властивостям поверхні, на ній практично не накопичується вода, яка може кристалізуватись. Крім того, лід, що вже утворився, мороз чи мокрий сніг до таких поверхонь прилипають погано і обсипаються з проводів під дією власної ваги або вітру».
Фахівці Інституту фізичної хімії та електрохімії ім. О.М. Фрумкіна РАН та Інституту проблем механіки ім. А.Ю. Ішлінського РАН показали, що з алюмінієвих поверхонь, на які нанесено супергідрофобне покриття, лід легковидалити. Вчені працювали з одножильними та багатожильними алюмінієвими проводами. Спочатку електрохімічними методами обробляли дроти, внаслідок чого їхня поверхня ставала шорсткою – на ній виникали мікро- та нанорельєф. Потім на шорстку поверхню наносили гідрофобний агент - фтороксисилан. На таких поверхнях вода контактує з матеріалом тільки по частинах рельєфу, що виступають, тобто площа реального контакту між рідиною і матеріалом зменшується в кілька разів. А що менше площа контакту, то менше зчеплення води та льоду з поверхнею.
Вчені давали зразкам обмерзнути, а потім визначали, які зусилля потрібні, щоб витягнути або викрутити дріт із крижаного чохла. Виявилося, що на супергідрофобних поверхнях краплі води майже не розтікаються і легко скочуються при кутах нахилу поверхні менше 15 °. При супергідрофобізуючій обробці міцність з'єднання льоду з алюмінієм зменшується в 2,6 рази, якщо з крижаного чохла доводиться викручувати багатожильний кабель, і в 5-10 разів, коли витягують провід. При цьому слідів льоду на звільненому дроті не залишається. Від багаторазового повторення цієї процедури якість покриття практично не постраждала, вона виявилася стійкою до механічних навантажень. Тому супергідрофобне покриття можна вважати льодофобним. Воно добре переносить циклічні перепади температур від -18 до +25 °С, властиві середній смузі Укаїни.
«Щоб отримання супергідрофобного покриття перетворилося з мистецтва на технологію, необхідний певний рівень розвитку нанотехнологій, – пояснює Людмила Бойнович. – Нанотовщина шару гідрофобного агента дозволяє досягти максимальної механічної стійкості контакту матеріалу та покриття та мінімізувати його витрату. Нанесення більш товстого гідрофобного шаруагента може призвести до відшаровування покриття при коливаннях температури. Крім того, нанокривизна елементів текстури на поверхні дозволяє ефективно підвищувати її гідрофобність.
Дослідники відзначають, що отримані ними супергідрофобні покриття можна розглядати як ефективний засіб боротьби з зледенінням та накопиченням снігу на алюмінієвих елементах ЛЕП.