董傳懷,楊 勇,涂昌銀,李啟壽
(中國工程物理研究院材料研究所,四川綿陽 621700)
2000年以來,中國經(jīng)濟的騰飛帶來了社會用電量的大幅增加和電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展,對電力系統(tǒng)及其控制設(shè)備提出了越來越高的要求。在工業(yè)生產(chǎn)中,燒結(jié)爐電氣控制柜內(nèi)部凝露現(xiàn)象普遍存在,特別是在夏季陰雨天氣和秋季較為明顯[1],凝露附著在電氣柜內(nèi)壁和電器元件表面,易導(dǎo)致各種儀表的電子元件、焊點及觸點被腐蝕,接觸器、端子排及繼電器接點短路,接線端子、導(dǎo)線或短接片生銹,引起接觸不良等問題,輕則可能引起儀表精度下降、設(shè)備故障頻發(fā),重則釀成火災(zāi)及人員觸電等安全事故。因此,消除控制柜內(nèi)凝露的需求更為迫切。
目前,防凝露主要采取加裝加熱裝置、溫濕度控制器,放置干燥劑,大環(huán)境安裝空調(diào)及除濕機等措施[2]。由于燒結(jié)爐控制柜內(nèi)加裝加熱裝置不利于設(shè)備的安全運行,柜內(nèi)體積小放置干燥劑的數(shù)量有限,需要頻繁檢查和更換。另外,一般燒結(jié)爐廠房面積大、空間高及封閉性差,安裝空調(diào)和除濕機,實施效果欠佳等,需要采取其他防凝露措施[3]。在工業(yè)生產(chǎn)中,研究者針對電氣設(shè)備內(nèi)的凝露現(xiàn)象,提出了很好的防凝露措施,取得了不錯效果。陳杰等人通過箱體的防凝露設(shè)計和門體的防凝露設(shè)計[4],有效防止了冰箱凝露,并提出優(yōu)化制冷系統(tǒng)性能,合理調(diào)整蒸發(fā)器和冷凝器的溫度也可以減少冰箱凝露現(xiàn)象。蔡紅娟等人發(fā)現(xiàn)空氣濕度大、環(huán)境溫度高,及墻體老化是35 kV 斷路器內(nèi)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象的原因,提出整改措施,提高了設(shè)備安全運行水平[5]。劉建戈根據(jù)中置式開關(guān)柜發(fā)生絕緣故障的現(xiàn)象[6],從空氣濕度及凝露的產(chǎn)生、中置柜的結(jié)構(gòu)、除濕裝置分析入手,研究空氣相對濕度及凝露對中置柜運行的影響,從開關(guān)室的大環(huán)境、中置柜的小環(huán)境及運維檢修策略提出防凝露的措施,取得較好的防凝露效果。
本研究則針對工業(yè)生產(chǎn)燒結(jié)爐內(nèi)發(fā)生凝露的特點,提出相應(yīng)改進措施,極大減少了設(shè)備內(nèi)凝露現(xiàn)象,可為相關(guān)電氣設(shè)備的防凝露提供參考。
燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部凝露如圖1 所示,可以看出控制柜的內(nèi)壁上布滿露珠,特別是已有部分露珠受重力的影響向下流動并留下水印??刂乒駜?nèi)有凝露會降低電氣設(shè)備的絕緣效果,引起安全事故。凝露時,飽和濕度使空氣的絕緣性能降低,控制柜中很多電氣元件靠空氣間隙絕緣。同時,空氣中的水分附著在絕緣材料表面,使電氣設(shè)備的絕緣電阻降低,特別是使用年限較長的設(shè)備。由于內(nèi)部有積塵吸附水分,潮濕程度將更嚴重,絕緣電阻更低,導(dǎo)致設(shè)備的泄漏電流大大增加,容易造成絕緣擊穿安全事故。
此外,有凝露的環(huán)境空氣有利于霉菌的生長[7]。霉菌中含有大量水分,設(shè)備的絕緣性能將極大降低。對一些多孔及表面不光滑的絕緣材料,霉菌根部還能深入到材料內(nèi)部,造成絕緣擊穿。霉菌的代謝過程中所分泌出的酸性物質(zhì)與絕緣材料相互作用,使設(shè)備絕緣性能下降。凝露還會使設(shè)備中的導(dǎo)電金屬、導(dǎo)磁硅鋼片以及金屬外殼銹蝕。這都將降低設(shè)備的性能和使用壽命,勢必造成電氣安全隱患。
圖1 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部凝露
凝露就是在空氣濕度不變的情況下降低空氣溫度,當溫度降低至一定值,使空氣中的水汽達到過飽和的程度,再遇到低溫物體達到露點溫度及以下時,水汽就會從空氣中冷凝析出形成水珠[4]。通過對不同環(huán)境溫度的相對濕度和露點溫度的值進行分析,在空氣相對濕度相同的條件下,不同環(huán)境溫度下的露點溫度不同。整理3 個變量數(shù)據(jù),簡化為溫差和相對濕度,兩者關(guān)系如圖2 所示。
從圖2 可以看出,凝露的產(chǎn)生取決于空氣相對濕度和凝露部位的溫差,兩個因素同時滿足時,其相應(yīng)部位將析出露珠;同時還可以發(fā)現(xiàn),空氣相對濕度越大,越易發(fā)生凝露現(xiàn)象。
燒結(jié)爐的電氣控制柜是鋼制鎧裝,對開結(jié)構(gòu)的柜門邊緣鑲有密封膠條,柜頂裝有散熱外排風機。通常,控制柜內(nèi)存在潮氣,且鋼制柜壁有較強的導(dǎo)熱性,只要柜內(nèi)的空氣溫度高于柜外的環(huán)境溫度,就可能在控制柜內(nèi)部形成凝露。
圖2 空氣相對濕度與凝露部位最小溫差的關(guān)系曲線
本研究分別將柜門打開和關(guān)閉,進行設(shè)備運行,發(fā)現(xiàn)將柜門關(guān)閉后運行設(shè)備,柜內(nèi)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象;將柜門關(guān)閉,且啟動柜頂?shù)耐馀派犸L機時運行設(shè)備,柜內(nèi)出現(xiàn)較嚴重的凝露;將控制柜柜門敞開運行設(shè)備,柜內(nèi)部沒有出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。
經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)柜底部的電纜、電線通道密封不完全,導(dǎo)致控制柜與電纜溝及地坑連通。地坑內(nèi)有電機、泵類和加熱電極。當燒結(jié)爐運行時,地坑和電纜溝內(nèi)的器件都會產(chǎn)生熱量,對周圍的空氣起到加熱作用,受熱膨脹的空氣相對冷空氣密度小而上行,而控制柜在地坑和電纜溝的上方,此時的控制柜就形成了垂直坡度的熱空氣通道,起到了煙囪作用[8]??刂乒駜?nèi)的接觸器、變壓器、功率控制器等器件產(chǎn)生的熱量對空氣進行二次加熱,含有水汽的熱空氣在控制柜內(nèi)遇到低于露點溫度的物體時就會凝露。地坑和電纜溝的空氣受熱膨脹后上行進入控制柜,形成了煙囪效應(yīng),往復(fù)循環(huán),最終導(dǎo)致控制柜內(nèi)形成大量露珠??刂乒耥敳康耐馀棚L散熱風機開啟后,更加劇了地坑內(nèi)的空氣進入控制柜凝露的程度。當柜門敞開時,由地坑、電纜溝和控制柜形成的煙囪效應(yīng)被破壞,柜內(nèi)的空氣能夠充分對流,達到良好散熱效果,因此柜內(nèi)幾乎沒有露珠形成。
長期敞開控制柜柜門可以消除凝露,但不符合作業(yè)現(xiàn)場的6S 標準,存在安全隱患。結(jié)合上文關(guān)于電控柜內(nèi)部凝露原因的分析,主要從阻斷潮氣來源和減小控制柜內(nèi)溫差及空氣相對濕度這兩方面提出解決措施。
本研究一方面選用滿足密封防潮、氣體隔離、保溫隔熱、粘合固定、隔音防振及阻燃等要求的阻燃型聚氨酯泡沫填縫劑為阻隔材料,同時具有易施工、濕度越大固化越快的特點。通過將其填充在控制柜底部與電纜溝連通處,有效破壞了潮氣流動通道,消除了煙囪效應(yīng),從而降低控制柜內(nèi)的空氣相對濕度;另一方面在控制柜側(cè)下方開孔安裝與柜頂相同型號的風機,向柜內(nèi)送風,加快控制柜內(nèi)外的空氣對流,進而減小控制柜內(nèi)外的溫度差,最終有效地控制了柜內(nèi)空氣相對濕度和溫差,消除了凝露現(xiàn)象。圖3 是燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部圖,可以看出,改進前凝露現(xiàn)象明顯,改進后無凝露現(xiàn)象。實施了防凝露措施后,再未出現(xiàn)控制柜內(nèi)凝露現(xiàn)象,改善了燒結(jié)爐的運行環(huán)境,降低了設(shè)備故障率,提高了設(shè)備安全可靠性,有力保障了正常工作秩序。
圖3 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部
本研究分析了工業(yè)燒結(jié)爐控制柜內(nèi)凝露產(chǎn)生的原因,從加快控制柜內(nèi)外的空氣對流,減小溫差,和封堵潮濕氣體流動通道兩方面提出改進措施,減少了凝露現(xiàn)象,提高了設(shè)備安全可靠性。希望本文能夠給其他箱柜類電氣設(shè)備的防凝露提供參考方案。