ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВОГО ЛЕГИРОВАНИЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может быть использована в энергомашиностроении для получения на поверхности алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи электропроводящего покрытия с антиобледенительными и теплоизолирующими свойствами, которое экранирует электромагнитное излучение.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является электрод для электроискрового легирования по авторскому свидетельству СССР №1366333 А1, МПК В23Н 9/00, В23Н 1/06, 15.01.1988, выполненный из шунгита и примененный для повышения теплоотдачи стальных труб котлов-утилизаторов за счет снижения адгезионной способности к их поверхности продуктов сгорания.
Основным недостатком известного электрода для электроискрового легирования является получение шунгитового покрытия на поверхности изделий, у которого недостаточны антиобледенительные свойства. Это обусловлено тем, что шунгитовое покрытие наносилось электродом, выполненным из шунгита с высоким (до 94% по массе) содержанием углерода, на изделия из стали 20К.
Задачей полезной модели является разработка электрода для получения электроискровым легированием шунгитового покрытия с повышенными антиобледенительными свойствами на поверхности алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи.
Для решения этой задачи электрод, применяемый при электроискровом легировании алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи, для получения такого покрытия с повышенными антиобледенительными свойствами, должен быть выполнен из материала с низким содержанием углерода, имеющим хорошую электропроводимость и невысокую стоимость.
Технический результат достигается тем, что электрод для электроискрового легирования, выполненный из материала, содержащего углерод в аморфном состоянии в форме фуллерена, при этом в качестве материала, содержащего углерод, использован шунгит, согласно предлагаемой полезной модели, выполнен из шунгита Зажогинского месторождения с содержанием углерода, составляющим в среднем 30% по массе, для электроискрового легирования алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи.
Таким образом, технический результат достигается за счет применения шунгита Зажогинского месторождения в качестве материала, из которого выполнен электрод для электроискрового легирования алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи с целью получения на их поверхности электропроводящего покрытия с повышенными антиобледенительными свойствами. Кроме этого, шунгитовое покрытие позволит снизить потери теплоты при антиобледенительном прогреве проводов, понизить электромагнитное излучение от проводов и повысить их электропроводимость.
В предлагаемом электроде для электроискрового легирования алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи в качестве материала для выполнения электрода использован природный ископаемый углеродосодержащий минерал шунгит Зажогинского месторождения с низким содержанием углерода (в среднем по массе - 30%). В этом материале углерод находится в аморфном состоянии в форме шунгитового углерода и имеет фуллереновую регулярную структуру.
60
3
3
3
Фуллерен является особой формой углерода в связи с тем, что молекула фуллерена С является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами - фуллерит - это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом. Кристалл фуллерит имеет плотность 1,7 г/см, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см) и алмаза (3,5 г/см).
3
3
-6
3
Шунгит Зажогинского месторождения содержит в своем составе углерод, в среднем 30% по массе, в форме фуллерена и 57% диоксида кремния. При таком составе шунгит Зажогинского месторождения - единственный природный минерал, который проводит электрический ток. Электропроводность шунгита составляет (1…3)×10 сим/м, механическая прочность на сжатие 1000…1200 ктс/см, теплопроводность 3,8 Вт/(м×К). Среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур 20…600°С равно 12×10 1/град. Плотность шунгита 2,1-2,4 г/см, пористость до 5%. Стоимость шунгита 190 руб./кг.
Сущность предлагаемого электрода для электроискрового легирования алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи в целях борьбы с обледенением заключается в создании промежуточного слоя между льдом и защищаемой поверхностью алюминиевого электропровода, который за счет малых сил трения между льдом и нанесенным покрытием, уменьшает вероятность образования кристаллов льда.
Пример конкретного выполнения.
Единственное месторождение шунгитовых пород с низким содержанием углерода (в среднем по массе - 30%), которое может быть использовано для изготовления электрода с целью получения электроискровым легитрованием антиобледенительного покрытия, - Зажогинское месторождение -, находится в Медвежьегорском районе Республики Карелия в 5 км от судоходной губы Онежского озера.
В предлагаемом электроде для электроискрового легирования алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи в качестве материала, из которого выполнен электрод, использован шунгит Зажогинского месторождения, имеющий согласно сертификату, следующий химический состав (масс.%):
Прокаленный остаток
H<sub>2</sub>O в кристаллическом связанном состоянии.
SiO<sub>2</sub>
C
Ai<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO
K<sub>2</sub>O
S
MgO
CaO
Na<sub>2</sub>O
TiO<sub>2</sub>
57,0
30,0
4,0
2,5
1,5
1,2
1,2
0,3
0,2
0,2
0,2
1,7
Образец алюминия марки А5, на который наносилось шунгитовое покрытие, имел размеры 50×30×10 мм. Электроискровое легирование электродом, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения, осуществлялось при помощи ультразвуковой установки ИЛ100-2 с ручным ультразвуковым инструментом для крепления электрода из шунгита.
60
В результате легирования электродом, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения, происходит механическое разрушение материала анодного электрода (шунгита) и образование вторичных структур в рабочей его части. При этом осуществляется перенос продуктов эрозии шунгита на покрываемую алюминиевую деталь (катод), на поверхности которой протекают процессы, связанные с диффузией фуллерена С из легирующего материала в поверхность детали. Полученная поверхность покрытия имела темно-серый цвет с металлическим блеском.
Мощность электроискрового генератора при нанесении покрытия составляла 180 Вт. Толщина слоя покрытия составила 90 мкм. Измерение толщины покрытия проводилось на срезе под микроскопом МИМ-8. Шероховатость наружной поверхности покрытия измерена профилометром TR100 и составила Ra=6,5 мкм при базовой длине Sm=2,5 мм, a шероховатость поверхности образца алюминия, на который наносилось покрытие, составила Ra=0,8 мкм при базовой длине Sm=2,5 мм.
Испытывались следующие свойства нанесенного на поверхность алюминиевого образца шунгитового покрытия:
1. Адгезионная способность шунгитового покрытия по отношению ко льду.
2. Теплопроводность шунгитового покрытия.
3. Экранирующие свойства шунгитового покрытия по отношению к электромагнитному излучению.
4. Электропроводимость шунгитового покрытия.
5. Механическая прочность.
Адгезионная способность шунгитового покрытия по отношению ко льду измерена методом отрыва при помощи прибора "Адгезиметр ОР". При испытаниях предварительно намораживались пробы льда цилиндрической формы. Затем эти пробы примораживались при температуре -6°С к образцам алюминия с шунгитовым покрытием и без покрытия. При помощи Адгезиметра ОР методом отрыва измерялась адгезия льда. Результаты измерений адгезии льда к образцам алюминия с шунгитовым покрытием и без покрытия, приведенные в таблице, показывают, что нанесение шунгитового покрытия уменьшает сцепляемость льда с алюминием на 38%.
Таблица
Образец
Температура намерзания льда, °С
Адгезия льда на отрыв, Г/см<sup>2</sup>
Алюминиевый образец без покрытия
-6
500
Алюминиевый образец с шунгитовым покрытием, полученным в результате легирования электродом для электроискрового легирования, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения
-6
310
-1
-1
Теплопроводность шунгитового покрытия на алюминии измерялась измерителем теплопроводности ИТС-1-2 и составила 3,6 Вт/(м×К). Теплопроводность алюминия без покрытия составила 230 Вт/(м×К). Экранирующие свойства измерялись на покрытии толщиной 1,2 мм, нанесенном шунгитом на алюминиевый провод диаметром 5 мм, при пропускании по нему переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В с помощью измерителя переменных электрических полей П3-70/1. Для алюминиевого провода с шунгитовым покрытием, по сравнению с алюминиевым проводом без покрытия, получено снижение напряженности электрического поля на 15 В/м. Измеренное с помощью цифрового омметра 3541 значение электрического сопротивления покрытия из шунгита в переводе на электропроводность составило 1400 Ом·м (1400 сим/м). Прочность на сжатие шунгитового покрытия, измеренная прибором ОНИКС-2,5, составила 104 МПа.
Использование полезной модели позволит получить шунгитовое покрытие с повышенными антиобледенительными свойствами на поверхности алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи.
Таким образом, использование шунгита Зажогинского месторождения в качестве материала, из которого выполнен электрод для электроискрового легирования алюминиевых электропроводов воздушных линий электропередач, позволит получить достаточно механически прочное шунгитовое покрытие, повышающее антиобледенительные свойства алюминиевых проводов воздушных линий электропередачи.
Кроме этого, шунгитовое покрытие позволит снизить потери теплоты при антиобледенительном прогреве проводов, понизить электромагнитное излучение от проводов и повысить их электропроводимость.