电晕

长期以来，电晕被默认是“永不消失的”，电晕真的永不消失吗"para" label-module="para">

电晕的产生是因为不平滑的导体产生极不均匀电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说，曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕。

高压电机定子绕组在通风槽口及直线出槽口处、绕组端部电场集中，当局部位置场强达到一定数值时，气体发生局部电离，在电离处出现蓝色荧光，这即是电晕现象。电晕产生热效应和臭氧、氮的氧化物，使线圈内局部温度升高，导致胶粘剂变质、碳化，股线绝缘和云母变白，进而使股线松散、短路，绝缘老化。

高压电机定子线圈在通风槽口及出槽口处，其绝缘表面的电场分布是极不均匀的。当局部场强达到一定数值时，气体发生局部游离，在电窝处出现蓝色晕光，产生电晕。电晕的发生伴随着热、臭氧、氮的氧化物的产生，这些对电机绝缘都是极其有害的。另外由于热固性绝缘表面与槽壁接触不良或不稳定时，在电磁振动的作用下，将引起槽内间隙火花放电。这种火花放电造成的局部温升将使绝缘表面受到严重侵蚀。这一切都将对电机绝缘造成极大的损害。

为了有效的消除这种电晕现象，正确地确定防晕结构参数和选用良好的防晕材料是十分重要的。

电晕产生部位

1.线棒出槽口处。绕组出槽口处属典型的套管型结构，槽口电场非常集中，是最易产生电晕的地方。

2.铁芯段通风沟处。通风槽钢处属尖锐边缘，易造成电场局部不均匀。

3.线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有气隙处。

4.端箍包扎处。

5.端部异相线棒间。绕组端部电场分布复杂，特别是线圈与端箍、绑绳、垫块的接触部位和边缘。由于工艺的原因，往往很难完全消除气隙，在这些气隙中也容易产生电晕。

电晕产生因素

1.与海拔高度有关。海拔越高，空气越稀薄，则起晕放电电压越低。

2.与湿度有关。湿度增加，表面电阻率降低，起晕电压下降。

3.端部高阻防晕层与温度有关。如常温下高阻防晕层阻值高，则温度升高其起晕电压也提高。常温下如高阻防晕层阻值偏低，起晕电压随温度升高而下降。

4.槽部电晕与槽壁间隙有关。线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕层和铁芯间产生电火花放电。环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙在是0.2～0.3mm左右。我国高压大电机采用的环氧粉云母绝缘的线膨胀系数很小，在正常运行条件下,环氧粉云母绝缘的线棒的膨胀量不能填充线棒和铁芯间的间隙。这是与黑绝缘区别比较大的地方。

5.与线棒所处部位的电位和电场分布有关。越高越易起晕，电场分布越不均匀越易起晕。

电晕危害

1.由于电晕放电伴随着电离、复合、激励、反激励等过程产生的声光热效应，发出“丝丝”的噪声，对人的生理，心理的影响。220kV以下问题不严重，500kV及以上影响较大，其次使周围气体温度升高，减少元件热稳定性。

2.在尖端突出处，电子与离子在局部强场作用下高速运动，形成“电风”。当电极固定得刚性不够，会使电晕极震动转动，减少元件动稳定性。

3.气体放电会发生化学反应，主要产生臭氧、二氧化氮、一氧化氮。其中，臭氧对金属及有机绝缘物有强烈氧化作用，二氧化氮、一氧化氮会溶于空气中的水形成硝酸类，具有强腐蚀性。

4.产生高频脉冲电流，其中含有大量的高次谐波，干扰无线电通讯。

5.会产生可观的能量损耗。

电晕电晕处理

大多数塑料薄膜(如聚烃薄膜)属非极性聚合物，表面张力较低，一般在29-30mN/m，从理论上讲，若某物体的表面张力低于33mN/m，已知的油墨与粘合剂都无法在上面附着牢固，因此要对其表面进行电晕法处理。其处理原理是在处理设备上施加高频、高压电，使其产生高频、高压放电，产生细小密集的紫蓝色火花。空气电离后产生的各种离子在强电场的作用下，加速并冲击处理装置内的塑料薄膜。使塑料分子的化学键断裂而降解，增加表面粗糙度和表面积。放电时还会产生大量的臭氧，臭氧是一种强氧化剂，能使塑料分子氧化，产生羰基与过氧化物等极性较强的基团，从而提高了其表面能。

电晕相关用处

由于各类聚乙烯（PE）为非极性分子，在PE膜的表面难以附着极性的油墨分子。所以在进行PE膜印刷之前进行电火花处理（或者叫电晕处理），使其形成极性的表面层以提高与极性油墨的结合牢度。

电晕极的清灰系统主要由支承弹簧，振动架、拉杆、电晕线承架、电晕线和电晕线拉紧弹簧（简称拉紧弹簧）组成。

电晕线的振动加速度大小影响电晕极的清灰效果。生产实际要求电晕线上各点的加速度尽可能相同，才能达到电晕线上清灰效果相同的目的。这就要要求电晕极各点的加速度相同，因为电晕极是有弹性的，所以各点的振动加速度是不一样。但当在电晕极的刚度系数与拉紧弹簧相比可以忽略时才可以不考虑电晕线的弹性。这样，电晕极的振动加速度和电晕线承架的振动加速度一样 。

电晕极是静电收尘器主要工作部分，其振动加速度的大小与直接影响收尘器的工作效率。电收尘器由于其结构简单，占地面积小，收尘效率高，且可以处理校大含尘浓度的含尘气体。所以从问世以来，取得了广泛的应用，特别是在水泥行业中。在使用中发现，其收尘效果与电晕极清灰效果的好坏有直接的联系。只有当电晕极清灰效果可靠时，电场强度稳定，电晕电压、电场电流稳定，才有良好的收尘效果。而电晕极清灰效果的好坏与清灰系统的振动加速度有直接的关系。

耐电晕复合材料是在传统的绝缘聚合物中加入一定量耐电晕性能优异的无机纳米材料 , 如 Al 2O 3 、TiO 2 、云母或层状硅酸盐等制备而成 。纳米材料由于尺寸在某个方向上减小所导致的高比表面积和高表面能 , 使其在粘度较大的聚合物中不易分散 , 这成为耐电晕材料所面临的技术难题 。如何将纳米材料均匀分散到聚合物中 , 并保持相当的稳定性成为制备耐电晕材料的关键技术 。综合国内外纳米复合材料的制备方法主要有 4 种 。

共混法

共混法即纳米粒子直接分散法 。该方法是首先合成出各种形态的纳米粒子 , 再通过各种方式将其与有机聚合物混合 。共混法的优点是 , 纳米粒子与材料的合成分步进行 ,可控制纳米粒子的形态 、尺寸 , 易于实现工业化 , 因而引起了国内外的强烈关注 。缺点是纳米粒子的比表面积和表面能大 , 粒子之间存在较强的相互作用 ,易产生团聚 ,失去纳米粒子的特殊性质 。而聚合物本身粘度又较高 , 纳米粒子与聚合物很难达到理想的纳米尺度复合 。通常认为 , 粒子间相互作用的总势能等于排斥势能与引力势能的综合作用 。对纳米粒子进行表面改性 , 适当减小纳米粒子的引力势能或增大排斥势能 , 有助于减弱它的团聚趋势 , 有利于它在聚合物中的分散 。常利用粒子的静电效应和空间位阻效应 , 采用表面活性剂 、偶联剂 、表面覆盖 、机械化学处理和接枝等方法对纳米粒子进行处理 , 以提高纳米粒子在基质材料中的分散性 、相容性和稳定性 。此外 , 常采用加强搅拌混合 , 如超声波和高速搅拌等方式来提高纳米粒子在基质材料中的分散效果 , 上述措施也用于其它的复合方法 。据杜邦公司的最新专利介绍 , Kapton C R 薄膜就是先将气相氧化铝和 N ,N -二甲基乙酰胺制成稳定的悬浮体 , 然后再与聚酰胺酸溶液混合 , 经热亚胺化制得 。Phelps Dodge 公司则采用高速搅拌的方法将纳米粒子直接分散到聚酯等耐高温漆包线漆中 , 得到耐电晕材料 。

溶胶 -凝胶法

溶胶 -凝胶法是最早用于制备纳米材料的方法 。所谓溶胶凝胶过程是将硅氧烷或金属盐等前驱体 ( 水溶性或油溶性醇盐)溶于水或有机溶剂中形成均质溶液 , 在酸 、碱或盐的催化作用下促使溶质水解 ,生成纳米级粒子并形成溶胶 , 溶胶经溶剂挥发或加热等过程而转变为凝胶 , 从而得到纳米复合材料 。溶胶-凝胶工 艺的 基本过 程是 液体 金属 烷氧 化物M ( O R) 4 ( M 为 Si 、Ti 等元素 , R 为 CH 3 、C 2H 5 等烷基)与醇和水混合 , 在催化剂作用下发生如下水解 -缩合反应 。

水解反应 :Si( OC 2H 5 ) 4 4H 2O — ※Si( OH) 4 4C 2H 5OH

缩合反应 :Si( OH) 4 Si( OH) 4 ※ ( HO ) 3Si_O_Si( OH) 3 H 2O

当另外的 ≡Si_OH 四配位体互相链接 , 则发生如下缩聚反应 ,并最终形成三维的 SiO 2 凝胶网络 。

( OH) 3 Si_O_Si( OH) 3 6Si( OH) 4 — ※ ( ( HO ) 3Si_O ) 3

Si_O_Si( O_Si( OH) 3) 3 6H 2O

Sol_gel 法的特点是在温和的条件下进行 , 两相分散均匀 , 通过控制前驱物的水解 -缩合来调节溶胶凝胶化过程 , 从而在反应早期就可以控制材料的表面与界面 , 有利于实现纳米甚至分子尺度上的复合 。雷清泉等采用该法对纳米 SiO 2 /聚酰亚胺体系的耐电晕性能进行了详细的研究 。杜邦公司也有关于向塞克改性聚酯亚胺漆中加入硅 、钛复合氧化物的专利报道。该法目前存在的最大问题在于凝胶干燥过程中 , 由于溶剂 、小分子 、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力 , 影响材料的力学和机械性能 。其次是溶胶 -凝胶制备过程中 , 因为需要加入一定量的水和催化剂 ,所以对聚合物的性能有显著影响 。此外 , 该方法无法实现对无机颗粒晶型的控制 。 尽管如此 ,Sol_g el 法仍是目前应用最多 , 也是较完善的方法之一 。

插层法

插层复合是制备高性能复合材料的有效手段之一 , 它是将聚合物或单体插层于层状结构的无机物填料中, 使片层间距扩大 , 在随后的聚合加工过程中可剥离成纳米片层均匀地分散于聚合物基体中而得到纳米复合材料 。目前研究较多并具有实际应用前景的层状硅酸盐的基本结构单元是由两片硅氧四面体夹一片铝氧八面体 , 它们之间靠共用氧原子而形成的层状结构 。

插层复合利用了层状无机材料层间含有可置换阳离子的特点 , 首先通过有机化处理将有机阳离子引入到层间 , 使粘土由亲水性变为亲油性 , 然后利用有机粘土与聚合物或有机单体的相互作用 , 使聚合物或单体插入到无机材料的层间 , 实现有机分子与无机物的纳米复合 。日本早稻田大学 Kozako M采用该法制备了聚酰胺与层状硅酸盐的复合材料 , 大幅度提高了聚合物基体的耐电晕性能 , 并提出了耐电晕的机理模型 。对云母等具有高耐电晕性能的层状无机材料 ,如果实现对其插层 , 将进一步提高聚合物的耐电晕性能 , 但国内外在这方面的报道很少 。

原位聚合法

原位聚合法又称为在位分散聚合法 , 该方法是将纳米粒子在单体或溶剂中均匀分散 , 然后在一定条件下使高分子单体就地聚合 , 形成复合材料 。由于聚合物单体分子较小 , 粘度低 , 表面有效改性后无机纳米粒子容易均匀分散 , 用这一方法制备的复合材料的填充粒子分散均匀 , 粒子的纳米特性完好无损 , 同时在位填充过程中之经过一次聚合成形 , 不需要热加工 ,避免了由此产生的降解 , 从而保持了基体各种性能的稳定 。由于漆包线涂层所用的高分子一般为有机溶剂漆 , 纳米粒子在粘度较小的溶剂中易于分散均匀 , 聚合物在溶液中形成以后 , 就会包覆于纳米粒子周围 ,形成空间位阻效应 , 从而保持了纳米粒子在聚合物溶液中的稳定性 。