摘要：随着工业的快速发展，电气设备的应用已涉及到各个领域，电气设备的应用环境千差万别，对其可靠性的要求也随之提升。气候差异造成空气湿度也不相同，当湿度超过80%以上时，电气设备内部的金属结构件会加速锈蚀，降低其机械强度，电气件的绝缘性能会大大降低，造成电气设备爬电、闪络和跳闸等事故，给企业生产和居民生活带来不良影响。基于此，本文主要对电气设备的防凝露技术进行分析探讨。
关键词：电气设备；防凝露技术；研究
1、前言
随着开关技术的不断发展，高压开关设备的体积越来越小，绝缘可靠性显得特别重要，而在一些地区特别是长江中下游地区地区由于湿度较大，端子箱开关柜等柜（箱）式电气设备内部很容易出现凝露现象，从而引起腐蚀，造成绝缘能力下降，影响其机械、电气性能，甚至导致绝缘件表面产生沿面放电而引发事故。因此，探讨电气设备的防凝露技术具有重要的现实意义。
2、凝露产生及危害
2.1凝露产生的环境因素
在一定的温度条件下，空气中的相对湿度越高，结露的温度越接近环境温度，即环境温度越接近露点温度，凝露就越容易发生。以下环境中电气设备产生凝露的可能性非常大。
①高湿度地区，环境温度变化大，电气设备机柜底部潮湿，有的电缆沟甚至有积水。②电气机柜在地下室，湿度比较大，柜内温度特别接近地面的温度，低于环境温度。③设备处于暂时停运状态，机柜内温度比周围环境温度低，内部器件表面极易形成凝露，在这种情况下，一旦送电投运，就可能发生电气事故。要想防止凝露的发生，只要保持柜体内部的温度始终高于外部环境温度即可。不管环境温度如何，形成结露的露点温度始终低于环境温度。
2.2产生凝露的危害
海边、湖泊、河流、潮湿山地、等周边环境的空气湿度较大，当环境温度发生变化时，电气设备就可能产生凝露，引起设备失效或不可靠动作，从而引发事故。凝露形成的液态水与物体表面的尘埃相结合会形成导电通道，破坏电气绝缘，使原先不导电的区域变成了导电区域。例如，发生在IGBT功率器件表面的凝露，可与其表面的尘埃结合，在漏极和栅极之间形成导电通道，使栅极遭受破坏，导致整个器件失效；控制电路板上的凝露可以在电路板上形成导电通道，造成逻辑信号错乱，使电子元器件失效，发生电源短路等故障。虽然有些电路板经过了涂覆处理，但是涂覆总会留下一些盲点，比如电路连接处、某些元器件的底部等。凝露会对电气设备正常稳定工作造成恶劣的影响，所以，电气设备工作于此类环境中时，应设法消除凝露。
3、消除凝露的主要方法
要消除凝露就要破坏凝露形成的条件：湿度和温差。只要破坏了凝露形成的两个条件中的任何一个，就可以避免凝露的发生。
（1）温度控制法
温度控制法即相对湿度控制法，主要是利用加热电阻直接提高柜内温度，或者利用保温材料增加机柜的热阻，提高柜内温度。这两种方法的目的都是保持设备表面和环境的合适温差，降低电气设备附近环境的相对湿度，破坏凝露形成的温差条件，达到阻止凝露形成的目的。对于相对封闭的设备柜体空间，如果能使柜内温度始终处于露点温度之上，则凝露不会发生。
温度控制法不能降低空气的绝对湿度，但能控制相对湿度，防止凝露的发生。温度控制法采用的装置包括加热器、通风口等。通风口装有过滤器，保证IP防护等级，同时防止过多灰尘进入机柜内。温度控制法的核心在于湿度过大时加热，温度过高时通风。当湿度达到一定值时，启动加热装置，使空气温度升高，降低相对湿度；当温度达到某一值时，启动通风装置，外部新风进入电气设备柜体内部，使柜体内外空气绝对湿度一致，同时保证柜体内温度不至于升到很高，产生不利影响。通常，启动加热器的相对湿度值为80%左右，启动通风系统的温度值为40℃左右。
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（2）湿度控制法
湿度控制法即绝对湿度控制法，通过增加机柜的密封性，减少水蒸气的进入，利用干燥剂吸收除去机柜内的水分，通过降低绝对湿度来控制相对湿度。此方法的目的在于降低空气中的绝对湿度，减少空气中水蒸气的含量，从而阻止凝露的发生。此方法一般通过结构及工艺措施来实现。另外，增加设备表面涂层也可以起到一定的防护作用。在达到除湿防凝露的前提下，应充分利用电气设备的冷却系统，结合实际使用地区的环境特点，兼顾成本、可靠性、可维护性等因素，选择最适合设备特点的除湿防凝露方案。
4、防凝露系统常用控制方案
在设计电气设备的系统方案时，为了提高防凝露的可靠性，在考虑温度、温差监测的同时，还要考虑柜内相对湿度的监测，根据多种参数来判别电气设备机柜内部的相对湿度，进一步提高设备驱潮和防凝露能力。防凝露控制器的类型主要有以下3种。
（1）温度控制器
设置温度控制器的下限值为T1，上限值为T2。检测器对柜内温度进行检测，判断温度是否小于T1，如果是，加热器就启动加热程序，如果否，加热器就不工作。如果温度大于T2，加热器就停止加热，如果否就继续加热。通过不断循环检测，保持电气设备柜内的温度和湿度在安全的工作范围内。
（2）湿度控制器
当机柜中的相对湿度超过设定值时，温度控制器就会打开加热器或风扇，通过加热和通风将相对湿度提高到露点以上，以防止组件或电子元器件上形成冷凝水。
（3）温湿度控制器
温湿度控制器的基本功能：①LED数码显示；②温度测量和控制，测量范围为0～99℃；③湿度（RH）测量和控制，测量范围为0～99%；④可分别用按键设置参数的上限和下限，实现参数的掉电存贮，并可带RS485通迅功能。温湿度控制器的技术指标：①电源：AC220V±10%；②工作环境温度：-20～50℃，相对湿度≤95%；③控制范围：温度0～99℃，相对湿度0～99%；④控制精度：温度1℃，湿度5级；⑤功耗：≤10W；⑥输出接点：AC220V，3A，可带交流风扇；AC220V，3A，可带加热器。
5、模拟试验分析
为了保持电气设备柜内温度始终高于柜外部的环境温度，防凝露系统可以采用两个温度传感器，一个测量柜体外温度，一个测量柜壁温度。通过CPU智能化控制投切加热器，使机柜内部温度始终比柜外环境高2～3℃，以防止凝露的产生。当柜体内外温差为2～3℃时停止加热，当柜体内外温差低于2℃时启动加热器达到设定温差所需加热器的加热功率和柜内隔仓容积的大小有关以0.6m3空间容积模拟A电气柜内部空间，加热到比柜外升高3℃时约需8min。停止加热后温差回落至1℃时约需25min。如果按照这个时间控制加热器投入、退出循环加热，保持电柜内部空间温度比柜外高1～3℃，加热投入退出的时间比约是1∶3。以1.2m3空间容积模拟B电气柜内部空间。保持柜内比柜外温度高1～3℃，加热器投入退出的时间比约为1∶1。
6、结语
综上所述，当电气设备在湿度较大的环境中工作时，必须考虑其抵御潮湿的能力，以使设备能够可靠稳定地工作，避免由于凝露而引发的各种电气故障问题。无论何种除湿防凝露方案都是围绕着湿度和温差来进行的，只要破坏凝露形成的两个条件中的任何一个，即可消除凝露的发生。当电气设备长期处于高湿环境时，还须考虑电气设备柜体内各部件的腐蚀老化速度，采取适当措施，将湿度控制在合理范围内，减缓设备老化速度，以保证电气设备长期稳定地运行。
参考文献：
[1]岳新峰．12kV中置柜加热除湿方式探讨［J］．高压电器，2002，38（3）：57－58．
[2]刘广清．对SM6系列开关柜凝露问题的分析［J］．自动化博览，2006，6：74－75．
论文作者:汪荣耀
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/16
标签：温度论文; 电气设备论文; 柜内论文; 湿度论文; 相对湿度论文; 加热器论文; 机柜论文; 《电力设备》2017年第4期论文;