如何优化电除尘器绝缘子的热击穿和老化问题

张正甫 孙柱

【摘要】伴随科技水平的提高，电收尘技术得到广泛应用，电除尘器应运而生，但是由于电除尘器需要处理的烟气温度高、粘度大，需要借助绝缘子部件维持高压电场，也正是由于受到高压电场和高温影响，电除尘器的绝缘子容易出现热击穿和老化现象，针对以上问题对其进行优化改进，可以提高电除尘器的除尘功能，从而降低行业发展带来的环境污染。本文针对电除尘器绝缘子失效原因进行剖析，探究优化电除尘器绝缘子热击穿的措施和延续老化的策略。

【关键词】绝缘子；电除尘器；老化；热击穿；优化对策

随着经济的快速发展，环境污染问题也日渐加重，尤其是化工、水泥、冶炼等行业的发展，在其生产过程中会带来严重的颗粒烟尘，如果不能及时加以处理，将使环境质量急速下降。而电除尘器是清除烟尘的主要设备，但是受到高压电场和高温等因素影响，電除尘器中绝缘子发生热击穿和老化现象愈加严重，优化绝缘配合设计，以满足电除尘高温、高压电场的绝缘要求具有重要意义。

1、电除尘器绝缘子常见问题

1.1 电除尘器绝缘子老化问题

绝缘子出现老化是最为常见的问题之一，不仅降低了电除尘器的使用功能，同时绝缘子一旦老化严重失去其应有的绝缘性，将严重损害电除尘器。伴随电除尘器的广泛使用，绝缘子老化形式和表现出的类别也有所增多，但是无论绝缘子老化以何种形式出现，简单来说就是受到诸多作用力的影响，使绝缘子绝缘组合结构中介质的电气性能出现恶化。绝缘子老化问题主要表现为绝缘组合中的固体介质出现了凹坑，或者绝缘材料部分出现气化，甚至遭受放电分解而形成树枝状痕迹等，并且树枝状痕迹直径达到数毫米[1]。

1.2绝缘子被热击穿

所谓击穿，主要是指在固体介质出现放电情况，并且该种放电现象将对固定介质带来破坏。破坏主要发生在分子结构之中，这样将使本来具有绝缘性能的材料失去其绝缘性。电除尘器绝缘子出现击穿，一般伴有电流增加，使固体介质遭受热击穿、电子击穿，以及电场作用带来的机核击穿，因此绝缘子的热击穿问题往往不是单独发生，而是彼此之间交替，甚至同时出现，但是热击穿问题在绝缘子击穿中最为显著。

2、电除尘器绝缘子失效原因分析

2.1 电除尘器绝缘子老化原因

绝缘子出现局部放电，往往是绝缘老化失效的最主要原因，由于绝缘子的绝缘组合中心是固体介质，如果处理的烟气中存在较多的耐电强度低的气体，就会与绝缘子表面吸附的粉尘发生击穿，出现局部放电，从而造成绝缘材料的老化现象。针对不同的绝缘材料，绝缘子出现老化的原因还存在一定的差异，现主要对陶瓷材料和高分子材料进行分析，具体分析电除尘器绝缘子材料的老化原因。

陶瓷材料内部存在一定的气孔，在高压电场的作用下，内部气孔会出现局部放电，由于局部放电会使起晕表面瞬间升温，经过相关的调查研究表明，每次放电瞬间升温最高时甚至到1000摄氏度，这无疑造成了气孔内部与附近气体形成温度差异，受到气孔内部热膨胀力的影响，产生微裂纹。加之电除尘器在作业时会形成机械振动力，经过多重作用力的相互影响，微裂纹将不断变大，最后失去其应有的绝缘功能。而对于高分子材料而言，由于局部放电使高分子主链分解，高分子材料形成了低分子，并与放电过程产生的其他物质和离子形成氧化反应，造成高分子材料的碳化，从而降低绝缘功能[2]。

2.2绝缘子热击穿的原因

绝缘子发生热击穿主要是受到电场和温度等多种因素的复合作用，正是由于电场强度、固体介质的环境温度，以及介质自身材质等各要素的变化。电除尘器在进行烟气处理时，绝缘子介质的外电场强度增加，使固体介质中离子平衡遭到破坏，从而导致雪崩击穿以及本征击穿等现象。与此之外，受到电除尘器烟气温度影响，当介质的环境温度过高并超过其承受的温度时，离子的能量不仅有电场强度加给，同时温度场也将加给一定的能量，这样电子将发生由价带到导带的跃迁，由于进入导带的电子数量剧增，绝缘结构介质中将出现剧增的电流，从而发生热击穿，同时电子在跃迁过程中受隧道效应影响容易发生齐纳击穿。无论电除尘器的绝缘子发生何种形式的热击穿，其主要影响因素大致相同。

通过对多种材料的绝缘子进行试验研究，并对照采取不同电场强度和环境温度加以作用，总结出绝缘子发生热击穿的原因：首先，电场强度及环境温度越高，绝缘子发生热击穿的概率越大，这也是电除尘器在进行烟气处理时多发生热击穿的重要原因。其次，电压作用时间对热击穿强度有着一定的影响，随着电压作用时间的加长，击穿强度将下降，也就是发生击穿的可能性增大。最后，绝缘子材料的自身特征对于热击穿发生也具有重要影响，当介质的导热系数较小、高温耐电性能较低、介质较厚散热困难时，击穿强度会明显下降，也就是其临界击穿状态较低极易达到，当前部分行业使用电除尘器进行烟气处理时，某些绝缘子刚刚上机使用就发生了热击穿，究其根源主要是受绝缘子材料自身特性的影响。

3、优化电除尘器绝缘子热击穿和老化的有效策略

3.1 延缓绝缘子老化的措施

绝缘子出现老化由局部放电造成，因此要想缓解老化问题，应杜绝或者减少局部放电的发生，而防止局部放电并非易事，应从如下几个方面进行优化：（1）对于绝缘子结构进行优化设计，一方面，结构表面泄露距离应根据烟气特点进行确定；另一方面，使电场均匀分布于防尘罩。（2）采用先进的绝缘子制造工艺和技术，减少绝缘子内部气孔的数量，使局部放电概率尽可能的降低。（3）对绝缘子表面定期进行清理，减少表面附着的灰尘和污染物质[3]。

3.2 预防绝缘子热击穿的有效对策

电除尘器绝缘子发生热击穿，主要受到电场强度、绝缘材质性能、环境温度等多种要素影响，但是为了保证电除尘器对烟气的处理效率，需要在高温和高电场强度下进行作业，因此防止绝缘子热击穿的发生，最有效的方式是对绝缘子材料进行优化选择。首先，绝缘子材料应具有高温耐电性能，在电除尘器日常使用中，其固体介质中的离子不会或者较少发生跃迁。其次，进行绝缘子介质设计与制作时，要保证介质厚度适中，既能够及时散热，又可以起到良好的绝缘效果。最后，尽可能选择导热系数较高的绝缘子材料，电瓷材料的导热系数越高，发生热击穿的概率则越小。经过多年的科学研究，氧化铝瓷制造绝缘子具有很好的效果，该种材质不仅导热系数较普通电瓷高，且其高温耐电性能良好。

4、结语

综上所述，绝缘子发生老化和热击穿问题，对电除尘器的烟气处理功能带来了很大制约，随着电除尘器在各行业的广泛使用，对电除尘器绝缘子进行优化具有十分重要的意义。结合电除尘器多年的使用经验，以及对绝缘子进行各项试验研究表明，绝缘子出现老化主要是受到局部放电的影响，因此对其进行优化时应对绝缘结构进行优化设计，采用先进的制造工艺减少内部气孔，杜绝或者减少局部放电；而绝缘子出现热击穿则受到多种复合作用，为了保证电除尘器对烟气的处理效率，电场强度与温度难以改变，因此应对固体介质的材质加以优化，选择具有高温耐电性能的绝缘材料。

参考文献：

[1]王云鹏，郭翠萍，田壮峰，罗汉英，姚军，李大楠. 几种电除尘器绝缘子瓷材料在高温下的弯曲强度试验[J]. 电瓷避雷器，2013，02：28-30.

[2]解广文，田壮锋. 影响高强度电除尘器瓷绝缘子强度因素的分析探索[J]. 电瓷避雷器，2013，03：33-35.

[3]李少平，朱宗林. 水泥厂电除尘器四例故障分析及对策[J]. 水泥，2012，01：47-49.