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    绝缘子

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    优化电除尘器绝缘子的热击穿和老化问题

    发布时间:2016/10/11 15:53:24 阅读次数:

      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,电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。

      1.2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着。

      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。

      3.2 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。
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