关于一种新型开关柜除湿装置的分析论文_石林林,高锦华

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摘要:凝露对于开关柜的运行以及使用寿命有着较大影响,本文分析了开关柜发生凝露的主要原因,并探讨了一种新型的开关柜除湿装置,旨在提升开关柜运行的安全性。

关键词:开关柜;凝露;防潮;除湿

开关柜由于其结构紧凑、占地面积小、操作便捷等优点,因此其应用非常广泛。为了保证可靠性和安全性,开关柜一般采用封闭母线桥架连接,具有高度的封闭性,结构紧凑,内部空间较小,相对封闭空气流通不畅,且常由于封堵不严、地下返潮等原因进入湿气; 当空气湿度过大时,柜内容易产生凝露现象,引起绝缘件受潮,使得元器件的性能和寿命降低,金属腐蚀加快,接触面氧化,接触电阻增大,导致高压电气设备的绝缘强度严重下降,进而导致事故的发生。因此,防潮除湿已成为保障开关柜安全稳定运行的重要因素。

1 开关柜凝露原因分析

所谓凝露是指柜体内壁表面温度下降到露点温度以下时,内壁表面发生的水珠凝结现象。一般来说,凝露是否发生取决于室内温度、柜内温度、相对湿度以及露点温度,其关系如图1 所示。

图1 环境温度、凝露温度与相对湿度之间的曲线关系

开关柜凝露产生的原因无非两点: 一是柜内温度比环境温度低; 二是有潮气进入柜内且无法及时散出。

1.1 温度影响

从图1 可以看出,环境湿度越高,露点温度与环境温度越相似,越容易发生凝露现象,但露点温度始终是低于环境温度。由此来看,柜内温度比环境温度低是发生凝露的重要原因之一。

1.2 湿度影响

开关柜内的湿度过大是导致凝露的另一主要原因,而湿度过大的原因为外界潮气进入柜内,且无法及时排出。主要原因如下:

( 1 ) 高压室内设有电缆沟,电缆沟中因地表潮湿及雨水渗入使得潮湿汇集,有的电缆沟甚至有积水。但电缆沟封堵常因材料老化、施工工艺等原因出现损坏、脱落等现象,开关柜柜低的封堵并不能做到完全封闭,使得电缆沟与开关柜实为相通,进而将聚集的潮气沿柜体底部缝隙进入柜内。( 2 ) 目前,大部分变电站高压室均设置有玻璃窗、轴流风机和百叶窗,用来通风散热。但这种设计存在一个很大的弊端,即防潮防湿效果较差。高压室百叶窗通风散热时,导致室内外的空气相通,外界潮湿空气易沿柜体缝隙进入开关柜内并聚集。( 3 ) 由于开关柜的设计缺陷、制作安装工艺等因素影响,外界潮湿空气容易沿着缝隙渗入柜内并聚集。( 4 ) 由于开关柜的密封性结构,进入柜内的水汽常常聚集到柜内的上部空间( 母线仓) ,没有办法及时排出,容易在温度较低的柜内表面或绝缘件上形成凝露。

2 常见除湿方式分析

根据凝露产生机理,开关柜目前较多采用的除湿治理方法有: 强制通风法、电加热法、除湿机法等。

( 1 ) 加热法。加热型除湿通过提高柜内温度,确保柜内温度始终保持高于柜外部的环境温度,进而抑制凝露的产生。但加热法只是降低柜内相对湿度,并未减少柜内空气的含水量,但一旦环境温度变化较大时,湿热空气会迅速凝露,并没有解决电气设备内凝露问题。除湿效果不明显,存在安全隐患。( 2 ) 通风法。通风法除湿是通过空气的对流与外界干燥的空气进行交换达到降低电气设备内湿度的目的,但环境湿度较大时不起作用,易造成造成尘土、污秽进入不能实现防潮目的。也可在柜顶安装排风装置或开设通风孔,当柜内水汽受热上升时,可加快柜内空气循环使水汽通过该装置排出柜外,起到除湿效果,但在柜内开孔需要满足防尘、防爆要求,工艺要求较高。( 3 ) 干燥法。在柜体悬挂干燥剂袋,吸除柜内的湿气,降低柜内湿度,避免凝露的形成。该方法简单易用,但是干燥剂容易饱和,吸收的水分很难排出,效果往往并不明显。安装功率与室内空间大小相匹配的工业除湿机对室内空气进行除湿。通过内部压缩机的运转,将从进风口吸入的潮湿空气进行干燥并吹入高压室空间,使得高压室内的大气湿度降低。该方法在现场中得到较为广泛应用,但需要根据室内温湿度定期进行调整。

另外,可以在柜体内安装排水型防凝露装置,通过半导体制冷技术在局部制造凝露条件使柜内潮湿空气凝结成水并直接排出柜外,降低柜内空气的相对湿度,可从根本上解决电气设备内部湿度,抑制凝露现象的产生。潮湿空气经风扇吸入后,通过特殊风道流动,先经除湿系统降温除湿,使空气含湿量减少,然后通过对除湿后的空气加热升温,使其相对湿度降低。经过充分循环,使柜内空气湿度降至凝露点以下,完成整个除湿过程。结合采用阀值湿度自动控制,据湿度变化自动控制除湿,可实现对柜内湿度的自动控制,且每次工作时间较短,节省能耗,是开关柜防潮除湿的重要方向和措施。

3 新型开关柜除湿装置分析

3.1 原理分析

在环境湿度达到设备设置上限时,加热设备启动,同时循环风机启动,排湿设备启动,在达到下限设定值时,加热和排湿设备停止启动。保持箱体内数据的恒定。如果超过温度上限设定值,会自动报警通过无线传输至手机或电脑平台。如果出现循环风机不工作产生高温,超高温保护装置会自动断电,从而不会产生任何破坏性的后果。

加热部件采用微电热电热膜技术是具有自主知识产权的一项新型电加热技术(专利号:ZL99107995.7),该技术特点是将专利配方的饱和溶液在高温有氧状态下与耐高温绝缘载体复合生长后渗透于载体表层毛细孔内,形成一层0.1微米的的微电热电热膜,从而制作成电热膜元件。

3.2 控制分析

图 2 装置控制原理分析

温度控制动作原理:温湿度传感器检测湿度≥45%时,闭合继电器3,电加热器和排湿器开始工作;当温湿度传感器检测湿度≤30%时断开继电器3,电加热器和排湿器停止工作;

高温保护动作原理:温湿度传感器检测温度≥45℃时闭合继电器2,常闭继电器1线圈通电后断开,电加热器停止工作;当温湿度传感器检测温度≤40℃时断开继电器2,继电器1闭合,电加热器开始工作。

3.3新型除湿装置优点

(1)电热转换效率高:电热膜元件是一种纯电阻元件,完全符合欧姆定律,工作状态时其电能转换成热能的效率为 100%,且发热速度快。

(2)电热膜元件一定是一种面电热源:发热面积大,与其他电加热材料相比,同等功率条件下其功率密度 W/cm2 更低。发热均匀度高达 85%以上,且发热面积大。

(3)工作状态无电感:电热膜元件通电时电流呈宽幅直线式通过工作面,因此工作时不产生电感应磁场,因此也不会产生感应电流,可适用于高敏感环境工作。

(4)电热膜元件通电时初始电流小于设计工作电流,升温后逐渐趋于平稳,相比之下,电阻丝的冲击电流为设计工作电流的 1.3-1.5 倍,PTC 材料为 1-3 倍。

(5)电热膜元件均由氧化物和过氧化物组成,因此该类元件在长时间高温工作状态下不会表面氧化,不容易产生功率衰减,使用寿命更长。

电热膜元件一定是远红外中性热源,无明火。

3.4 经济效益与社会效益分析

目前开关柜的除湿装置原理大致相同,我们在前人的基础上对加热部件进行了改进和提升,避免了传统加热装置的加热不均匀等缺点,并及时将湿气排出,帮助用户降低因为开关柜内由于湿度过大引发断路器跳闸或电气设备损坏,延长了设备的使用寿命,帮助用户节约了设备更新维护的费用。

同时,传统的除湿装置只针对单个用户,无法对全部除湿装置进行有效的监控,通过建立远程监视系统,供电公司作为负有安全用电管理职责的部门,通过该项技术可以及时监控专变用户开关柜内温湿度的变化情况,也有利于供电公司对于客户安全用电的管理,提升了客户用电安全。

4结束语

开关柜在电力系统的安全稳定运行中起着十分重要的作用 而开关柜凝露是威胁电气设备安全稳定运行的重要因素之一。减少湿气的进入、对已进入湿气进行及时有效的排出是抑制开关柜凝露产生的重要途径。在柜内已有湿气的情况下,排水型防凝露措施是从根本上解决凝露产生的重要方向和措施。

参考文献:

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[2]吕旭军, 盛跃峰, 王毅超,等. 变电所10kV开关柜自动除湿装置研究与应用[J]. 通讯世界, 2015(3):84-85.

[3]钱程, 林一驰. 内置凝水面的排水型开关柜除湿装置设计与研发[J]. 今日科苑, 2015(8):113-113.

论文作者:石林林,高锦华

论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期

论文发表时间:2018/6/8

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