成套開(kāi)關(guān)柜凝露成因及解決對(duì)策研究

摘要：由于成套開(kāi)關(guān)柜在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，容易腐蝕柜體、損壞絕緣件，引發(fā)電路故障。因此，分析了成套開(kāi)關(guān)柜凝露的成因，主要受環(huán)境溫濕度變化及開(kāi)關(guān)柜通風(fēng)不良等因素影響。針對(duì)相關(guān)因素，提出安裝溫濕度控制器、優(yōu)化開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)和引入半地下電纜層等解決措施，以期可以有效地減輕甚至消除凝露，更好地提升開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行效率和安全性。

關(guān)鍵詞：成套開(kāi)關(guān)柜凝露成因柜體設(shè)計(jì)溫濕度控制

ResearchontheCausesandSolutionsofCondensationinCompleteSwitchgear

RENZhixueQUHuaiboSUShimin

ZhongxingElectricCo.，Ltd.OfShandongZaozhuangMiningGroupCo.，Ltd.，Zaozhuang，ShandongProvince，277000China

Abstract：Duetothefrequentoccurrenceofcondensationintheapplicationprocessofcompleteswitchgear，itiseasytocorrodethegear，damageinsulationcomponents，andcausecircuitfailures.Therefore，thecausesofcondensationinthecompleteswitchgearwereanalyzed，mainlyaffectedbyfactorssuchaschangesinenvironmentaltemperatureandhumidityandpoorventilationoftheswitchgear.Inresponsetorelevantfactors，itproposessolutionssuchasinstallingtemperatureandhumiditycontrollers，optimizingswitchgeardesign，andintroducingsemiundergroundcablelayersItisexpectedtoeffectivelyreduceoreveneliminatecondensation，andbetterimprovetheefficiencyandsafetyofswitchgearoperation.

KeyWords：Completeswitchgear;Causesofcondensation;Geardesign;Temperatureandhumiditycontrol

成套開(kāi)關(guān)柜作為電力系統(tǒng)的核心組成部分，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與可靠性。作為影響開(kāi)關(guān)柜穩(wěn)定運(yùn)行的主要問(wèn)題之一，凝露不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部零件腐蝕、降低電氣性能，還可能引發(fā)安全事故，因此，深入分析開(kāi)關(guān)柜凝露現(xiàn)象的成因，并采取科學(xué)有效解決策略，對(duì)提升開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行性能和延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。本研究通過(guò)系統(tǒng)的分析和實(shí)證測(cè)試，探討了減輕甚至消除成套開(kāi)關(guān)柜凝露現(xiàn)象的有效方法，旨在為電力設(shè)備行業(yè)提供科學(xué)的解決方案和實(shí)踐指導(dǎo)[1]。

1成套開(kāi)關(guān)柜凝露成因分析

1.1環(huán)境濕度對(duì)凝露的影響

在高濕度環(huán)境下，空氣中的水蒸氣含量增加，當(dāng)這些水蒸氣遇到溫度低于其露點(diǎn)的表面時(shí)，就會(huì)凝結(jié)成水珠。成套開(kāi)關(guān)柜通常位于變電站或工業(yè)環(huán)境中，這些地方的濕度條件可能因季節(jié)變化、氣候差異以及所在區(qū)域的特定環(huán)境條件而有很大的波動(dòng)，特別是在潮濕季節(jié)或地下設(shè)施中，濕度的增加顯著提高了凝露的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的通風(fēng)不良可能導(dǎo)致濕氣積聚，加劇凝露問(wèn)題，凝露的形成不僅影響開(kāi)關(guān)柜的電氣性能，增加故障率，還可能導(dǎo)致金屬部件腐蝕，縮短設(shè)備的使用壽命[2]。

1.2溫差變化引起的凝露現(xiàn)象

日夜溫差、室內(nèi)外溫差以及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部與外部環(huán)境的溫差，都可能導(dǎo)致凝露現(xiàn)象的發(fā)生。在日間，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生熱量，如果這些熱量不能有效散發(fā)，就會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部溫度升高。而到了夜間，外部環(huán)境溫度下降，開(kāi)關(guān)柜表面溫度也隨之降低，當(dāng)內(nèi)部溫度高于外部溫度時(shí)，就可能在開(kāi)關(guān)柜表面形成凝露。此外，開(kāi)關(guān)柜如果位于空調(diào)環(huán)境中，由于空調(diào)系統(tǒng)的冷卻作用，也可能產(chǎn)生較大的溫度梯度，增加凝露的風(fēng)險(xiǎn)，這種由溫差變化引起的凝露不僅影響設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能在沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理的情況下，對(duì)開(kāi)關(guān)柜的電氣元件造成損害。

1.3開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部熱量分布不均導(dǎo)致的凝露

開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部裝置如斷路器、繼電器等在持續(xù)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，若熱量不能有效散發(fā)，會(huì)在柜內(nèi)形成溫度梯度，即柜內(nèi)部分區(qū)域溫度較高，而與外界接觸的表面溫度較低，這種溫度梯度導(dǎo)致的內(nèi)外溫差是凝露形成的主要物理?xiàng)l件，尤其在濕度較高的環(huán)境中，空氣中的水蒸氣在接觸到較冷的開(kāi)關(guān)柜表面時(shí)會(huì)迅速冷凝，形成凝露。此外，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的通風(fēng)設(shè)計(jì)不足也會(huì)加劇熱量積聚問(wèn)題，因?yàn)槿狈ψ銐虻目諝饬魍ǎ瑹崃坎荒鼙挥行ё?，從而增加了?nèi)部組件的溫度，提高了凝露發(fā)生的可能性。長(zhǎng)期的凝露不僅會(huì)腐蝕開(kāi)關(guān)柜的金屬部件，還可能損害電氣元件，影響其絕緣性能，增加故障發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[3]。

2成套開(kāi)關(guān)柜凝露優(yōu)化措施

2.1安裝溫濕度監(jiān)控裝置

2.1.1開(kāi)關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)裝置

開(kāi)關(guān)柜溫濕度的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)可將二者的功能集中到一個(gè)模塊中，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的小型化，該監(jiān)測(cè)模塊主要由處理器單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和傳感器單元構(gòu)成，如圖1所示。

（1）處理器單元。

處理器單元是開(kāi)關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)裝置的重要核心元件，可以選用穩(wěn)定性好，功耗低的部件目前廣泛應(yīng)用的微控制器型號(hào)主要是AT89S52。該微控制器具備8K可編程閃存存儲(chǔ)器、256（b）RAM存儲(chǔ)器及輸入/輸出接口，可滿足開(kāi)關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的能力。

（2）傳感器單元。

傳感器單元主要是將監(jiān)測(cè)到溫濕度模擬量轉(zhuǎn)為電信號(hào)便于進(jìn)行處理器單元的處理，常用的傳感器模塊型號(hào)主要是DHT11傳感器。

（3）數(shù)據(jù)傳輸單元。

該單元的功能主要是將傳感器所監(jiān)測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)信息傳輸至主管理系統(tǒng)中，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由GPRS模塊、接口模塊、存儲(chǔ)模塊及收發(fā)模塊等構(gòu)成。GPRS模塊主要采用西門子的MC39I通信模塊。各模塊間通過(guò)串口通信可以將監(jiān)測(cè)裝置所監(jiān)測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)在GPRS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，將數(shù)據(jù)信息輸送至主服務(wù)器中便于系統(tǒng)控制。

2.1.2開(kāi)關(guān)柜控制裝置

在選擇和配置成套開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫、濕度控制器的過(guò)程中，重要的是考慮控制器的精度、響應(yīng)時(shí)間以及適應(yīng)開(kāi)關(guān)柜環(huán)境的能力。優(yōu)選的溫、濕度控制器應(yīng)具備至少±0.5℃的溫度控制精度和±3%RH的濕度控制精度，以確保環(huán)境條件對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)是充分的?？刂破鞯捻憫?yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2min，以快速調(diào)整內(nèi)部環(huán)境，避免凝露現(xiàn)象的發(fā)生。在配置方面，控制器應(yīng)配備多點(diǎn)監(jiān)測(cè)功能，至少在開(kāi)關(guān)柜的上、中、下3個(gè)位置安裝監(jiān)測(cè)裝置，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)柜體內(nèi)環(huán)境的均勻控制。這種多點(diǎn)監(jiān)測(cè)策略有助于精確地識(shí)別出凝露可能發(fā)生的區(qū)域，從而更有效地預(yù)防凝露現(xiàn)象。此外，控制系統(tǒng)還應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能，使維護(hù)人員能夠?qū)崟r(shí)獲取開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)整溫濕度設(shè)置，以適應(yīng)突變的環(huán)境條件。

在實(shí)施溫濕度控制過(guò)程中，應(yīng)采取動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制，根據(jù)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)外部環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，智能調(diào)節(jié)溫濕度控制器的工作狀態(tài)[4]。例如：當(dāng)外部濕度上升時(shí)，控制器應(yīng)通過(guò)增加內(nèi)部的干燥程度來(lái)抵消外部濕氣的影響，避免凝露的產(chǎn)生。具體實(shí)施策略包括設(shè)定溫濕度閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的溫濕度超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)加熱或除濕設(shè)備，保持開(kāi)關(guān)柜內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。溫度控制一般維持在20℃～25℃之間，濕度控制則維持在45%～55%RH之間，這一范圍被認(rèn)為是電氣設(shè)備運(yùn)行的最佳環(huán)境條件。

2.2改進(jìn)開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)

在成套開(kāi)關(guān)柜凝露優(yōu)化措施中，改進(jìn)開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)采取多維度策略以降低凝露風(fēng)險(xiǎn)并確保電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行與延長(zhǎng)使用壽命。選擇合適的材料構(gòu)建開(kāi)關(guān)柜體至關(guān)重要，推薦使用具備優(yōu)異絕緣性能與抗?jié)裥缘牟牧?，如增?qiáng)聚酯纖維板或高防潮性金屬材料，并對(duì)外表面進(jìn)行防腐處理，以減少環(huán)境濕度變化引起的凝露。在開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，引入雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效隔絕內(nèi)外溫差，內(nèi)層安裝電氣組件，外層則起到保溫和隔濕作用，通過(guò)通風(fēng)孔或小風(fēng)扇在兩層之間形成空氣流通，促進(jìn)內(nèi)部熱量散發(fā)，減少凝露形成的概率。合理的內(nèi)部布局也是防止凝露的關(guān)鍵，確保熱源均勻分布，避免局部過(guò)熱，可通過(guò)設(shè)置熱傳導(dǎo)通道或熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)開(kāi)關(guān)柜的門縫和接縫加裝密封條防潮濕空氣入侵，這些細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)優(yōu)化顯著提升開(kāi)關(guān)柜的防潮性能。通過(guò)這些綜合措施，降低凝露對(duì)成套開(kāi)關(guān)柜造成的不利影響，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，確保電氣安全。表1展示了設(shè)計(jì)更新和結(jié)構(gòu)改進(jìn)的關(guān)鍵參數(shù)，顯示了改進(jìn)措施對(duì)提高開(kāi)關(guān)柜性能和可靠性的具體貢獻(xiàn)。

2.3采用半地下電纜層結(jié)構(gòu)

半地下電纜層的設(shè)計(jì)原理指地表以下大約5m的深度，那里的土壤或巖石環(huán)境一年四季的平均溫度保持在大約10℃～15℃之間，為電纜提供一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)要求最小覆土厚度達(dá)到1.0m，以確保足夠的機(jī)械保護(hù)和溫度穩(wěn)定性，減少環(huán)境溫度波動(dòng)對(duì)電纜性能的影響。針對(duì)防水設(shè)計(jì)，半地下電纜層應(yīng)滿足至少IP68防水等級(jí)，通過(guò)高性能防水材料和嚴(yán)格的施工技術(shù)，防止地下水侵入。此外，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要保證至少1%的斜率，以確保水分能有效排出，避免積水對(duì)電纜造成損害。考慮電纜的檢查和維護(hù)便利性，設(shè)計(jì)中檢修井的設(shè)置間距不超過(guò)500m，以便于日常的檢查和必要時(shí)的電纜更換或維修，這些設(shè)計(jì)原則和參數(shù)確保了半地下電纜層不僅能提供穩(wěn)定的環(huán)境條件，而且便于維護(hù)，延長(zhǎng)電纜使用壽命[5]。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，成套開(kāi)關(guān)柜凝露的成因主要是溫度變化、濕度控制不當(dāng)及設(shè)備發(fā)熱和通風(fēng)不足所致，通過(guò)實(shí)施包括安裝溫濕度控制器、改進(jìn)開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)，以及采用半地下電纜層結(jié)構(gòu)等優(yōu)化措施，可以有效降低或消除凝露現(xiàn)象，從而提高開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行效率和安全性，這些措施對(duì)指導(dǎo)成套開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)和維護(hù)具有重要的實(shí)際意義，有助于推動(dòng)電力系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)柜的可靠運(yùn)行和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

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