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淋雨量对复合绝缘子雨凇覆冰的影响

山东11选5,5分快3,彩合网 www.ghfks.com 来源:网络    发布于:2012-5-26 8:52:00    点击:52    品牌:登瑞电气    【进入产品中心

1 雨凇的形成

雨凇是在低地过冷却雨或毛毛雨降落在低于冻结温度的物体上形成。形成雨凇时的典型天气是微寒且有雨,风力强,雾滴大,多在冷空气与暖空气交锋,而且暖空气势力较强的情况下才会发生。在雨凇覆冰情况下,粘结到绝缘子或其他物体上的水滴完全冻结之前,过冷却水滴的碰撞是连续不断发生的,覆冰是连续增长的。雨凇覆冰形成过程中,冰面温度为0,从而使覆冰表面完全由一层薄薄的水膜覆盖。雨凇在理论上是透明的清澈的冰,密度在理论上接近纯冰的密度,即0.913 g/cm3。在工程实际中常将密度大于0.9 g/cm3的冰称为雨凇。

1.2 过冷却水滴的碰撞时间

估算2个过冷却水滴撞击同一区域的时间间隔,即*一个水滴碰撞冰面后第二个水滴到达同一地点的时间间隔。设n为单位体积气流中水滴个数,v为风速,分析可得,单位时间内碰到覆冰物体表面一个微区域内半径为a的水滴的个数为2a2nv。设驻子为碰撞时间6,根据气象学原理,能见度表示将一定尺寸的黑板置于雾中不可见的临界距离S。距离S与雾粒截面积仔a2n的乘积成反比。实验表明:S=1.46/(na2) (9)Best[11]提出了液态水含量w(g/m3)与降水量P(mm)的关系式:w=0.067P0.846 g/m3 (10)对于能见度与液态水的含量关系[12]为:将能见度同含水量直接联系起来的是Trabert半经验公式S= 2.6 w a在相同的风速下,降雨量越大,2个雨滴同时撞击相同区域所需的时间越短;2)在降雨量一定的条件下,雨滴直径与碰撞时间成正比;3)风速越大,雨滴连续碰撞同一区域的时间间隔越短。

如果水滴冻结所需时间大于连续2个水滴碰撞同一微区域的时间,这种覆冰称为湿增长过程”;如果水滴冻结所需时间小于连续2个水滴碰撞同一微区域的时间,这种覆冰称为干增长过程。即如果子<驻子, 则覆冰为干增长”;如果子>驻子, 则覆冰为湿增长当过冷却水滴半径大、风速大、空气温度较高、降雨量大时,覆冰类型趋向于形成雨凇;而当过冷却水滴半径较小、风速小、环境温度较低、降雨量小时,易形成为雾凇覆冰。当过冷水滴的冻结时间子与连续2个水滴碰撞同一微区域的时间间隔驻子相等或者相差不大时,或者风速、温度等剧烈变化时,此时非常容易形成介于雨凇覆冰与雾凇覆冰的混合凇覆冰。


2
实验装置及实验方法

2.1 实验装置及试品

实验研究在内径2.3 m、高4 m的人工气候室内进行,人工气候室主要由制冷系统、过冷却水制备系统、喷淋系统等组成。人工气候室*低温度可以达到-35 益依1 益,完全可以满足复合绝缘子人工覆冰的要求;*低气压可达300 kPa,能够模拟海拔7 000 m以下的气象环境。气候室内安装了44个喷雾雾粒粒径在30 m的喷头。气候室内的所有气象参数可以通过传感器在室外监测。实验所采用的试品为7片的复合绝缘子。实验采用的喷头为高压微雾化防滴漏喷嘴,喷雾颗粒的平均有效直径为30 m。实验过程中通过更换喷头的型号来控制喷头的喷水流量,44喷头在单位时间内、整个实验的温度控制在-3 ~-1.5 益之间。喷淋用的过冷却水为0 益的冰水混合物。

2.2 实验方法

*先,使用空气压缩机给喷头喷气30 min,排净喷头中残留的过冷却水,避免在降温的过程中冻住喷头而影响喷淋效果。将气候室内的温度降到-5 益后关闭喷气系统,打开喷淋设备,给复合绝缘子喷洒过冷却水,并控制整个人工气候室的温度在-2 益。实验从开始至结束每隔10 min通过人工气候室的观察窗观察复合绝缘子串的覆冰效果,并记录覆冰现象。覆冰结束后,对复合缘子串的覆冰现象记录并拍照,观察并记录覆冰厚度、冰凌桥接、测量冰的密度。通过更换喷头的型号改变喷淋的淋雨量,重复实验,得到实验数据。

3 实验结果及其分析

通过改变喷头的型号来模拟自然环境中的喷水量的变化。1、2、3号喷头的喷水量分别为20 mm/h、40 mm/h、86.4 mm/h,整个覆冰过程控制人工气候室的温度为-2,实验时风速为5 m/s。在实验的条件下,雨滴的冻结时间子为0.581s。由式(12)可知,当降雨量分别为20 mm/h、40 mm/h、86.4 mm/h时,相邻雨滴撞击复合绝缘子表面相同位置处的时间间隔Δ子分别为1.006 s、0.559 s、0.292 s。

3.1 对雨凇覆冰密度的影响

雨凇覆冰时,所有的雨滴并不能够完全冻结在复合绝缘子的表面,一部分雨滴会沿着绝缘子的表面流动并冻结形成冰盖。而多余的过冷却雨滴沿着伞裙边缘滴落冻结进而形成冰凌。测定冰的密度分别为0.848 3 g/cm3、0.889 0 g/cm3、0.959 1g/cm3,当降雨量不大时,冰的质地坚硬且透明,牢牢的粘附于复合绝缘子表面,对覆冰密度没有太大影响。当降雨量继续增大为86.4 mm/h时,冰密度显著增大,且在复合绝缘子上冻结的为冰与水的混合物,用手按压积覆在复合绝缘子表面上的冰时会有过冷却水外溢,此时复合绝缘子上表面的冰柔软但并不易脱落。此时冰凌非常短,且易断裂脱落,并不时有水滴滴落

3.2 对雨凇覆冰冰凌的影响

当淋雨量为20 mm/h时,由于喷水流量较小,且过冷却水滴的冻结时间为0.581 s小于相邻雨滴撞击复合绝缘子表面相同位置处的时间间隔1.006 s,积覆在复合绝缘子上的过冷却水释放的热量能快速的释放到周围环境中,并不利于绝缘子冰凌的形成。因此,复合绝缘子上表面积覆有均匀的冰盖,但却并不利于冰凌的形成。

当淋雨量为40 mm/h时,过冷却水滴的冻结时间为0.581 s略小于相邻雨滴撞击复合绝缘子表面相同位置处的时间间隔0.559 s。由于过冷却水滴的碰撞时间与冻结时间相差不大,更有利于复合绝缘子覆冰及冰凌的形成。单位时间内降落到复合绝缘子上的过冷却水滴多于完全冻结的过冷却水滴,因此会有一部分未冻结的过冷却水沿着复合绝缘子的边缘流淌滴落冻结成冰凌。过冷却水滴冻结所释放潜热以换热的形式将热量传给周围空间。此时所有撞击到复合绝缘子上的过冷却水滴大都会冻结在绝缘子表面,未冻结的少量过冷却水滴沿绝缘子边缘滴落冻结形成冰凌,且所形成的冰凌质地坚硬,粗细均匀。当淋雨量为86.4 mm/h时,相邻雨滴撞击复合绝缘子表面相同位置处的时间间隔远小于雨滴的冻结时间,此时复合绝缘子串上滴落的过冷却水冻结时的热量并不能快速的释放到周围空间,进而在复合绝缘子表面上形成水内冰,越靠近底端绝缘子所形成的冰凌越短且长短粗细等都不均匀,所形成的冰近似于浸透了水的雪,质地不够坚硬,但却能够牢牢的粘附于复合绝缘子的表面上,冰凌的形成较为困难。通过实验及数据分析,发现在不同的降雨量条件下,覆冰密度及单位时间内单片复合绝缘子的覆冰重量与淋雨量存在着密切的联系,当淋雨量较小即小于35 mm/h时,冰密和覆冰重量随淋雨量的增加而增大。在淋雨量较小时,碰撞到复合绝缘子的过冷却水滴能够迅速冻结为坚固的结晶冰,所形成的冰中含有一定数量的细微气泡,当淋雨量逐渐增大时,过冷却雨滴冻结时间延长,此时所形成的冰中所含细微气泡减少,覆冰密度也会相应的增加。由于降落到绝缘子上的过冷却水几乎都冻结在了绝缘子上,所以覆冰的重量随淋雨量的增加而增加;当淋雨量为35耀60 mm/h时,由于过冷雨滴的碰撞时间略小于雨滴的冻结时间,因此会形成纯粹、透明的冰。此时冰已经接近理论上的纯冰,所以冰的密度变化不大。在淋雨量逐渐增大的过程中,淋雨量相对较小时有利于冰凌的形成,当淋雨量达到某一值(50 mm/h)时过多的过冷却雨滴释放的潜热未及时释放到周围环境中会阻止冰凌的形成导致覆冰重量的下淋;在淋雨量大于60 mm/h时,此时的过冷却水滴碰撞复合绝缘子表面所需时间大于其冻结时间。过多的过冷却水滴已经严重影响到复合绝缘子上表面覆冰及冰凌的形成,在复合绝缘子表面会形成水内冰,所形成的冰凌很短或消失,冰密逐渐接近于水的密度,覆冰重量也不断的下降。

4 结论

在覆冰水颗粒、覆冰温度、覆冰时间、覆冰水电导率等相同条件下,绝复合缘子表面的覆冰密度随着淋雨量的增大而增加; 复合绝缘子的覆冰重量随淋雨量的增大先增大后减少。

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