[发明专利]一种表面涂覆防冰雪碳层的架空电线及其制备方法

说明书

一种表面涂覆防冰雪碳层的架空电线及其制备方法，属于电力传输领域。该表面涂覆防冰雪碳层的架空电线，包括架空电线和涂覆在架空电线外层的防冰雪碳层，架空电线的截面积为0.1～300mm²，防冰雪碳层的厚度为100nm～50μm，架空电线和防冰雪碳层以化学键进行连接。其制备方法为：将金属电线作为阴极；石墨棒与不锈钢棒相连作为阳极；将熔盐熔化，通入惰性气体，并将阴极和阳极浸入熔体中，构成两电极电解体系，一定温度下施加电场，进行碳源离子的还原电沉积过程，清洗干燥后，得到表面涂覆防冰雪碳层的架空电线。该方法为架空金属电线表面无损伤电沉积碳基涂层方法，具有低成本、环境友好、操作简单，易于工业生产的特点。

技术领域

本发明涉及电力传输领域架空电线防冰雪碳涂层制备技术，具体涉及一种表面涂覆防冰雪碳层的架空电线及其制备方法。

背景技术

电力在室外传输过程中使用的架空电线多为裸线，在寒冷的天气经常出现的冰、雪和冻雨等气候会导致输电线积雪、结冰。输电线的积雪和结冰会引起绝缘端子短路，加重输电线的负担，冰雪融化、坠落时还会引起输电线的舞动会导致电线线闪络，造成杆塔倒塌、导线断线电力中断等事故，给生产和生活带来巨大的损失。这些事故多发生于冬季，严苛、多变的天气和物理条件，使快速、安全的维修和维护变得困难，维修人员安全也得不到保障。目前，对于提高架空电线抗冰雪能力的研究已经有一定报道和应用。如使用轻型铝合金与碳纤维复合而成的高强度轻质电力导线，提高电线的抗拉强度，减轻冰雪影响；通过调整同心绞架空电线的结构，加入玻璃纤维和碳纤维等材料，使架空电线绞合更紧密，表面更光滑，减小冰雪附着；采用镍-铬-硅-铁合金等低居里合金，利用其低温下的磁性，在交变磁场下产生的涡流放热融冰；在电力传输电线上铺设额外的自动控温加热电线或原件，电线工作温度恒定，避免冰雪危害；另外，在电线表面涂覆有机氟和硅等材料组成的防冰雪涂料，能够增加电线疏水性，改善电线表面的细微裂纹和凹坑易结冰状况，减缓冰雪的附着。

碳材料具有质轻、耐蚀和疏水性好等特征，尤其无定型碳、石墨烯、碳纳米管等性能更为突出。如石墨烯对水的润湿角为95～100°，经过修饰后更可达到140°，远高于商业铝对水的润湿性(约72°)。因此，在架空电线上涂覆碳材料能很好的解决防冰抗雪的问题。

发明内容

本发明的目的是开发一种表面涂覆防冰雪碳层的架空电线及其制备方法。本发明利用电化学沉积技术，使用碱金属卤化物作为电介质，以碳酸盐作为碳源，形成熔盐体系，或以碱金属共晶碳酸盐体系作为电解质，碳酸根离子作为碳源，形成熔盐体系，将金属电线作为阴极，石墨材料作为对电极，一定温度下(温度随熔盐成分变化)施加规律性电场(恒压、恒流或脉冲)，在一段时间内于金属架空电线表面沉积碳涂层。沉积后在水去除熔盐，干燥，实现碳涂层的制备。该方法为架空金属电线表面无损伤电沉积碳基涂层方法，具有低成本、环境友好、操作简单，易于工业生产的特点。

本发明的一种表面涂覆防冰雪碳层的架空电线，包括架空电线和涂覆在架空电线外层的防冰雪碳层，架空电线的截面积为0.1～300mm²，防冰雪碳层的厚度为100nm～50μm，架空电线和防冰雪碳层以化学键进行连接。

其中，

所述的架空电线为铝丝或铝合金丝，当为铝合金丝时，铝的质量百分含量≥98wt.％。

所述的表面涂覆防冰雪碳层的架空电线，其表面润湿角为90～140°，有效减小水的附着，且抗结冰性能优良。

本发明的一种表面涂覆防冰雪碳层的架空电线的制备方法，按以下步骤进行：

步骤1，电化学反应的准备

(1)将用于架空电线的裸露金属电线作为阴极；石墨棒与不锈钢棒相连作为阳极；

(2)将熔盐烘干除水，置于坩埚中，放入反应器，通入惰性气体，形成连续流动保护气氛；

步骤2，电沉积涂覆碳层