燒結(jié)爐電氣控制柜內(nèi)凝露原因分析及預(yù)防措施

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）

0 引言

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。

1 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)凝露現(xiàn)象

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

2 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)凝露原因分析

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。

3 防凝露改進措施

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

4 總結(jié)

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。