一種新能源智能凝露控制裝置設(shè)計與實現(xiàn)

摘"要：針對現(xiàn)有集中表箱內(nèi)容易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，造成電器設(shè)備故障頻發(fā)的問題，本文設(shè)計了以光伏新能源為動力的智能型防凝露控制裝置，詳細介紹了凝露控制裝置的組成及結(jié)構(gòu)特點，給出了凝露控制工作原理。本裝置以光伏作為動力，通過能量閉環(huán)控制，達到主動防凝露的目的。

關(guān)鍵詞：新能源；凝露治理；用電安全維護

中圖分類號：TM76""文獻標識碼：A

1"概述

配電網(wǎng)環(huán)境中存在著大量配電房、配電箱、分支箱、環(huán)網(wǎng)柜、表箱，它們普遍應(yīng)用于380V及以下低壓電能計量的箱型變壓器，內(nèi)置許多高精度的電子元器件并且空間相對封閉，水汽容易聚集。伴隨著城市化的速度加快，大量小區(qū)用戶和商鋪的電能計量表安裝在室外集中表箱中，由于南方地區(qū)溫暖潮濕的特性，所以導致許多戶外集中表箱內(nèi)部凝露現(xiàn)象十分嚴重。凝露是一種自然現(xiàn)象，不可預(yù)測并且在所難免。凝露一般產(chǎn)生在濕度比較大的環(huán)境，這些地區(qū)晝夜溫差極大，溫度忽高忽低；封閉的地下室由于空氣流通差也容易產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。這些地方的電氣設(shè)備表面的凝露現(xiàn)象一直困擾著我國一些地區(qū)的電網(wǎng)企業(yè)，電氣設(shè)備因為凝露現(xiàn)象事故頻發(fā)，嚴重的還會引起大面積停電事件，影響極其惡劣。如果戶外集中表箱內(nèi)長期受凝露現(xiàn)象影響，會減弱電子設(shè)備的絕緣性能、影響器械的安全運行、削弱電子元器件的性能，運行一段時間后，設(shè)備容易發(fā)生爬電擊穿事故，造成電氣設(shè)備短路現(xiàn)象。為了使集中安裝的表計箱能夠正常使用，需要控制表箱內(nèi)的空氣濕度，以此來減少表計箱內(nèi)的凝露現(xiàn)象。由此可見，解決凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生已經(jīng)刻不容緩，對遏制凝露問題裝置的研發(fā)的必要性和重要性也迫在眉睫。

基于以上原因，設(shè)計智能凝露控制裝置，可以大幅度降低因為凝露現(xiàn)象導致電氣設(shè)備損壞，降低了因為設(shè)備損壞而導致的維護成本，極大地減少了人力資源的浪費；保護人民的用電安全，保證電子設(shè)備正常運行，增強安全警戒能力，維護成本的降低，提高售電公司的服務(wù)水平，騰出更多的資源擴展服務(wù)領(lǐng)域。因此，本文所設(shè)計的新能源智能凝露控制裝置，是未來綜合管控的發(fā)展趨勢。

2"傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺陷

為了確保集中安裝的表計箱內(nèi)電氣線路的安全性，防止箱子內(nèi)部凝露造成電氣線路短路、絕緣性能降低等事故，從檢索到的資料來看，目前集中式表計箱沒有設(shè)置除濕設(shè)備的案例，集中式表計箱規(guī)避凝露主要是參照開關(guān)柜電氣設(shè)備的方法。歸納起來，主要有加熱和冷凝兩種除濕方法。（1）加熱除濕法。該方法主要應(yīng)用于高壓開關(guān)柜等空氣不流通的電氣設(shè)備控制凝露方式，其原理主要是對柜內(nèi)空氣進行加溫，使柜內(nèi)物體表面溫度始終比外界溫度略高，以此來破壞凝露的形成條件，從而控制凝露的生成。但此種方法用于集中式表箱內(nèi)效率較低，主要是由于此方法所采取的加熱方法對表箱內(nèi)空氣而言耗時過長，不利于節(jié)能經(jīng)濟運行和提高電能質(zhì)量，工程中效果不理想，且持續(xù)加熱，容易造成設(shè)備的絕緣材料老化等。（2）冷凝除濕法。除濕機將空氣中的水汽冷凝后通過導流管排出表箱，可直接減少表箱內(nèi)單位體積空氣的含水量，降低了濕度，對露點形成條件進行了有效破壞。去濕機是一種熱電半導體制冷除濕技術(shù)，加熱后的空氣冷凝成液態(tài)水，形成熱平衡，此原理利用非發(fā)熱源等效技術(shù)，基本不會造成設(shè)備的損失，但是現(xiàn)有的凝露控制裝置體積太大，耗電高，很難節(jié)約成本。

凝露控制裝置需要外部電源持續(xù)供電，使用表箱內(nèi)電能會對臺區(qū)線損指標造成影響，因此考慮外部電源接入，本方案優(yōu)先考慮使用光伏供電。光伏在白天進行設(shè)備工作電源支撐，并對儲能電池進行供電——本方案需要解決光伏供電及儲能問題。

裝置需要解決溫濕度參數(shù)采樣問題——裝置需要能夠?qū)Νh(huán)境溫度及濕度進行監(jiān)測。當溫度和濕度達到了凝露的標準時，該裝置能夠開啟，直接降低表箱內(nèi)單位體積和空氣的含水量，通過降低濕度達到有效破壞露點的形成，考慮通過使用溫濕度傳感器對溫濕度參數(shù)進行采樣，并通過排水結(jié)構(gòu)進行冷凝水外排。通過安裝新能源凝露控制裝置，有效解決了集中表箱凝露現(xiàn)象的發(fā)生，能夠規(guī)避凝露現(xiàn)象對電氣設(shè)備的損壞問題，從而保護了電氣設(shè)備，減少了維護成本，節(jié)約了人力，提高了用電安全水平。

3"新能源智能凝露控制裝置結(jié)構(gòu)特點

3.1"新能源智能凝露控制裝置結(jié)構(gòu)

該裝置的主要分為三個部分：能源系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和除濕系統(tǒng)。該裝置外觀如圖1所示。

（1）能源系統(tǒng)：本裝置的能源主要來自光伏發(fā)電，這是一種被廣泛應(yīng)用于電子科技領(lǐng)域的新能源，由于太陽能是取之不盡，用之不竭的，不受地理地形的限制，并且在發(fā)電過程中不用人員去維護和操作，發(fā)電也不存在損耗和產(chǎn)生污染，是非常可靠的能源。能源系統(tǒng)產(chǎn)生的能源除了正常供應(yīng)裝置的日常工作外，還能儲存在能源系統(tǒng)中作為后備能源，在沒有陽光的夜晚、陰雨天給設(shè)備的工作進行供能。太陽能光伏發(fā)電根據(jù)發(fā)電方式可分為獨立光伏發(fā)電、并網(wǎng)光伏發(fā)電以及分布式光伏發(fā)電等三種形式。因為只給凝露裝置供電，所以只需要采用獨立光伏發(fā)電就可以了。該系統(tǒng)由光伏電池組件、控制器、變流裝置、儲能系統(tǒng)組成，光伏電池輸出的是直流電，供給交流設(shè)備前還需有逆變裝置。光伏電池板是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電裝置。電池板吸收太陽光通過化學反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能，送到儲能系統(tǒng)存儲，為負載提供動力。

裝置中的發(fā)電系統(tǒng)控制器：該設(shè)備控制整個光伏發(fā)電系統(tǒng)，并對儲能系統(tǒng)進行監(jiān)視檢測保護，防止電池過沖過放。在一些特殊場合，控制器甚至具備補償溫度差的功能。控制器還可以設(shè)置諸如光控開關(guān)、聲控開關(guān)等輔助功能選項。儲能系統(tǒng)的主要設(shè)備為蓄電池，蓄電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰電池等類型，儲能系統(tǒng)主要是存儲光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的電量。

（2）監(jiān)測系統(tǒng)：主要依靠溫濕度傳感器監(jiān)測表箱內(nèi)的空氣溫濕度，一旦溫濕度值超過設(shè)定范圍就會傳遞信號到除濕系統(tǒng)使其開始工作，簡化了裝置的工作流程，提高了工作效率，節(jié)約了能源。溫濕度傳感器是一種能夠測量環(huán)境溫度和濕度的傳感器。它的工作原理可以簡單地描述為：利用感溫和感濕元件的電學特性變化來測量環(huán)境溫度和濕度。溫濕度傳感器中包含一個感溫元件和一個感濕元件。感溫元件可以是熱電偶、熱敏電阻或半導體溫度傳感器等，它會隨著環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生電阻、電壓等電學特性的變化。而感濕元件可以是電容、電阻、電導等，它會隨著環(huán)境濕度的變化而產(chǎn)生電學特性的變化。當溫濕度傳感器暴露在環(huán)境中時，感溫元件和感濕元件會根據(jù)環(huán)境溫度和濕度的變化而產(chǎn)生對應(yīng)的電學信號。這些信號經(jīng)過傳感器內(nèi)部的處理和放大電路之后，可以被讀取和處理器處理，從而得到環(huán)境的溫度和濕度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)指標如下表所示。

（3）除濕系統(tǒng)：除濕系統(tǒng)的原理是通過局部制造凝露條件使柜內(nèi)濕潤空氣凝結(jié)成水，然后用導流管將水直接排出箱外，逐步減少箱內(nèi)的濕氣程度，從根本上解決集中表箱內(nèi)部濕度，抑制凝露現(xiàn)象的發(fā)生。除濕系統(tǒng)可以有效地降低集中表箱內(nèi)環(huán)境氣體的濕度，以防止電子元器件表面結(jié)露，并且能夠經(jīng)過導流管排出箱外，降低絕緣器件的高壓擊穿風險，提高元器件的可靠性。智能凝露控制裝置箱破壞了凝露的形成條件，從根本上解決了集中表箱常見的溫濕度困擾。

3.2"新能源智能凝露控制裝置特點及安裝

新能源智能凝露控制裝置具備高精度、低噪聲以及除濕能力強、除濕效率高的優(yōu)點；非發(fā)熱源，可有效防止設(shè)備老化，絕緣強度降低、二次端子擊穿、材料霉變及鋼結(jié)構(gòu)件銹蝕等安全隱患；操作簡單、方便、省電、體積小，安裝方便；根據(jù)溫濕度條件自動控制，能有效降低能耗。除濕器通過4個固定孔將產(chǎn)品固定于安裝板上，應(yīng)盡可能安裝于需除濕空間的上部；安裝時請保證除濕器出水口與水平面垂直，不得傾斜；保證除濕器四周與其他裝置間有10cm空間；保證進、出風口暢通，不得遮蓋；保證除濕器與熱源（如加熱器等）保持至少20cm以上的距離。將導流管插入此接口后，裝上卡箍即可完成安裝。取下卡箍，將白色管舌往里按至底部的同時，抽出導流管。導流管外徑為6.5mm，導流管應(yīng)保持順直，彎曲半徑不得小于50mm，不纏繞，另一端通向柜體外；導流管出口須保證不得遮擋，不得有異物堵塞。為保證引出柜外的導流管不出現(xiàn)纏繞或出口堵塞風險，建議將引出柜外的導流管長度裁剪至5～10mm。

4"基本工作原理

新能源智能凝露控制裝置主要是由太陽能光伏發(fā)電板、鋰電池、壓縮機、熱交換器、風扇、導流管、外殼、逆變器及控制器組成。其工作原理就是利用太陽能產(chǎn)生的電能來供應(yīng)其他設(shè)備的正常運行，并且能將多余的電能儲存起來，在太陽能不充足時保證設(shè)備的正常運行；風扇工作時會產(chǎn)生空氣低壓帶將潮濕空氣抽入機內(nèi)，經(jīng)過熱交換器的冷凝管將空氣中的水汽冷凝成水珠，將水珠排出表箱，利用冷凝循環(huán)和空氣循環(huán)的原理降低室內(nèi)空氣濕度。工作流程圖如圖2所示。

智能凝露控制裝置的除濕系統(tǒng)主要由冷凝循環(huán)系統(tǒng)及空氣循環(huán)系統(tǒng)兩部分組成：

（1）冷凝循環(huán)系統(tǒng)。冷凝循環(huán)系統(tǒng)開始工作時熱交換器中的液體制冷劑會開始吸收空氣中的熱量并蒸發(fā)成氣態(tài)，這時空氣溫度開始急劇下降，空氣中的水汽冷凝成水滴，從而完成除濕效果。氣態(tài)制冷劑會因為溫度的降低和氣壓的升高被壓縮機吸入并壓縮，冷凝器開始運行會排放熱量，空氣升溫，制冷劑重新凝結(jié)成液體。冷凝液經(jīng)過膨脹閥和毛細管后變成低溫低壓制冷劑進入熱交換器，實現(xiàn)冷凝循環(huán)過程。

（2）空氣循環(huán)系統(tǒng)。箱內(nèi)濕度大于外部環(huán)境時，空氣循環(huán)系統(tǒng)開始工作，將箱內(nèi)濕氣排出，箱外較低濕度的空氣送進箱內(nèi)?？刂破髫撠熆刂骑L扇，將箱內(nèi)的潮濕空氣吸入智能凝露控制裝置，潮濕空氣通過蒸發(fā)器減濕、降溫，變成小水滴被排水管排出箱外，從而使內(nèi)外空氣環(huán)境保持一致。

結(jié)語

新能源凝露控制裝置是利用熱交換器的制冷劑來降低溫度和除去空氣中的濕度。本裝置的冷凝熱可以反過來增加空氣中因溫度降低造成的熱量損失，是一種環(huán)保節(jié)能的除濕設(shè)備。熱交換原理目前廣泛應(yīng)用于我國高新科技領(lǐng)域以及一些安全要求高的工程領(lǐng)域，比如人防工程、航空航天領(lǐng)域、交通軌道領(lǐng)域等，這些工程場地無一例外，需要控制溫度，減少濕度。除此之外，我國氣候類型復雜多變，南北地區(qū)均有晝夜溫差大的特點，傳統(tǒng)的除濕方式已經(jīng)不能很好地解決特性明顯的冷熱濕負荷的運行問題。新能源凝露控制裝置是一種可以在環(huán)境復雜的戶外環(huán)境下自主切換供給熱量、制冷和除濕，能夠滿足設(shè)備需求的調(diào)溫、調(diào)濕功能，為除濕系統(tǒng)增加了應(yīng)用范圍。

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作者簡介：董劍（1975—"），男，本科，工程師，研究方向：電力自動化。

*通訊作者：梅經(jīng)超（1997—"），男，本科，初級，研究方向：電力設(shè)備開發(fā)。