吳鴻彬 鄭康銘 林佳雁

（廣東金暉隆開關(guān)有限公司）

開關(guān)柜防凝露技術(shù)淺談

吳鴻彬 鄭康銘 林佳雁

（廣東金暉隆開關(guān)有限公司）

本文通過對凝露產(chǎn)生的條件進(jìn)行分析，提出了防止開關(guān)柜內(nèi)部凝露的若干方案，確保開關(guān)柜內(nèi)干燥無凝露，有效防止電氣設(shè)備因凝露造成事故，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

絕緣放電；溫濕度控制；防凝露

0 引言

開關(guān)柜的主要作用是在電力系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過程中進(jìn)行開合、控制和保護(hù)用電。開關(guān)柜內(nèi)的部件主要有斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、操作機(jī)構(gòu)、互感器以及各種保護(hù)裝置等，在電網(wǎng)安全運(yùn)行中起到非常重要的作用。在空氣絕緣開關(guān)柜的事故統(tǒng)計(jì)分析中，因凝露造成絕緣事故的比例居首，約占32%，12kV電壓等級以上開關(guān)柜問題尤為突出,做好開關(guān)柜的防凝露工作是保障開關(guān)柜安全運(yùn)行的必要措施。

當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)有凝露時(shí)，會(huì)降低電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。一方面凝露時(shí)的飽和濕度使空氣的絕緣性能降低，開關(guān)設(shè)備中很多地方是靠空氣間隙絕緣的。另一方面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(yán)重，絕緣電阻更低。設(shè)備的泄露電流大大增加，容易造成絕緣擊穿產(chǎn)生事故。有凝露的環(huán)境空氣有利于霉菌的生長。霉菌中含有大量的水分，設(shè)備的絕緣性能將極大降低。對一些多孔的絕緣材料，霉菌根部還能深入到材料的內(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。凝露將使電力設(shè)備中的導(dǎo)電金屬，導(dǎo)磁硅鋼片以及金屬外殼銹蝕。這將降低設(shè)備的性能和使用壽命，甚至造成電氣故障。開關(guān)柜防凝露是作為保證開關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行的重點(diǎn)工作。

1 凝露產(chǎn)生的分析

空氣的成分可以看作由絕干空氣、水汽、塵埃三部分組成。絕對濕度是指單位空氣在一定環(huán)境溫度及壓力下所含的水汽的質(zhì)量。飽和濕度是指單位空氣在該條件下所能包含的最大水汽質(zhì)量。環(huán)境溫度越高，空氣中所能包含的水汽越多，飽和濕度越大。絕對濕度與飽和濕度的比值為相對濕度。如果保持空氣的濕度而降低環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度低至該濕度的露點(diǎn)溫度時(shí)，水蒸氣的分壓力達(dá)到對應(yīng)于此時(shí)環(huán)境溫度的飽和壓力，該條件下的空氣中水汽就達(dá)到飽和。如果再進(jìn)一步降低空氣溫度，水汽就會(huì)從空氣中冷凝析出形成“露滴”，這張現(xiàn)象被稱為“凝露”。

要防止凝露，就要控制環(huán)境溫度和露點(diǎn)溫度之間的溫差，關(guān)于露點(diǎn)溫度，其計(jì)算公式為

式中，Td為空氣的露點(diǎn)溫度℃；E0為空氣溫度為0℃時(shí)的飽和水蒸汽壓，取E0=6.11hPa；E為空氣的水蒸汽壓，hPa；F為空氣的相對濕度，%；Es為空氣的飽和水蒸汽壓，hPa；a、b為參數(shù)，a=7.5，b=237.3；t為環(huán)境溫度，℃；

如在環(huán)境溫度t=20℃，相對濕度40%的情況下，求其露點(diǎn)溫度，則可算出：

所以在環(huán)境溫度20℃相對濕度40%的露點(diǎn)溫度為6℃。以此類推可計(jì)算得出下表。

通過下表的環(huán)境溫度、相對濕度、露點(diǎn)溫度可獲得三者的關(guān)系圖如圖1。由圖1可以看出環(huán)境溫度25℃相對濕度90%的空氣，當(dāng)環(huán)境溫度將至23.2℃以下時(shí)，將出現(xiàn)凝露現(xiàn)象；環(huán)境溫度25℃相對濕度40%的空氣，當(dāng)環(huán)境溫度將至10.2℃以下時(shí)，將出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。由此可以得出防止空氣產(chǎn)生凝露一是降低空氣中的相對濕度,二是提高環(huán)境溫度，確保環(huán)境溫度高于該濕度的露點(diǎn)溫度。

2 防凝露方案

引發(fā)開關(guān)柜出現(xiàn)凝露現(xiàn)象的因素上，可分為開關(guān)柜外部原因和內(nèi)部原因。外部原因是開關(guān)柜外部的潮氣進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，柜內(nèi)空氣絕對濕度受外部因素影響上升，導(dǎo)致濕度飽和產(chǎn)生凝露；內(nèi)部原因是保留在開關(guān)柜內(nèi)空氣絕對濕度保持一定值不變化，開關(guān)柜內(nèi)的空氣因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生凝露。解決外部原因主要是防止?jié)穸冗M(jìn)入柜內(nèi)的兩個(gè)渠道，一是電纜溝，電纜溝的濕度較高，濕氣通過開關(guān)柜底部滲透到內(nèi)部，所以封堵開關(guān)柜底部的縫隙，盡量保持電纜溝內(nèi)部干燥，是解決電纜溝濕氣進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部比較有效的方法。二是電房室內(nèi)環(huán)境空氣中的濕氣通過開關(guān)柜的門縫或散熱通風(fēng)孔等縫隙進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部。降低電房內(nèi)環(huán)境空氣的濕度是比較有效的方法。實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常是通過空調(diào)、抽濕機(jī)對電房內(nèi)環(huán)境空氣進(jìn)行干燥。但需要值得注意的一點(diǎn)，空調(diào)不能直接對著開關(guān)柜吹冷氣，這樣會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)壁溫度低于其他地方而產(chǎn)生凝露。

表

圖1

外部原因終究需要通過內(nèi)部原因來影響開關(guān)柜產(chǎn)生凝露現(xiàn)象。所以防止開關(guān)柜產(chǎn)生凝露的關(guān)鍵是解決內(nèi)部原因引起的凝露。目前國內(nèi)比較有效防止開關(guān)柜內(nèi)部凝露的控制器有凝露控制器和溫濕度控制器。通過多年的嘗試比較，溫濕度控制器在實(shí)際應(yīng)用中對凝露的控制要比凝露控制器靈活有效。下面介紹溫濕度控制器（原理如圖2所示）在開關(guān)柜內(nèi)的應(yīng)用。

圖2

為了確保開關(guān)柜內(nèi)溫度始終保持高于露點(diǎn)溫度，可在開關(guān)柜內(nèi)加裝加熱板，通過啟動(dòng)加熱板提高環(huán)境溫度防止凝露。同時(shí)開關(guān)柜內(nèi)還應(yīng)加裝溫濕度傳感器，通過傳感器測得數(shù)據(jù)傳遞到溫濕度控制器中，由溫濕度控制器通過一定的邏輯關(guān)系啟控加熱板，來達(dá)到防凝露及節(jié)省不必要的加熱耗電。一般情況下，0.5m3空間內(nèi)150W加熱器的溫升為1℃/2.7min；1.0m3空間內(nèi)150W加熱器的溫升為1℃/12.7min；所以對于10kV的開關(guān)柜,選用單只150W加熱器就可以滿足要求。而對35kV開關(guān)柜，為了提高加熱效果，建議選用2只150W加熱器。溫濕度傳感器建議垂直放置在距離加熱器300mm以外的地方，減少傳感器誤判和降低灰塵覆蓋情況。

溫濕度控制器檢測溫度、溫差、相對濕度，通過一定的邏輯關(guān)系啟控加熱板。主要的邏輯關(guān)系有以下三點(diǎn)：

邏輯關(guān)系一，通過開關(guān)柜內(nèi)外的溫度檢測計(jì)算溫差，判定是否啟控加熱板。開關(guān)柜內(nèi)外是存在一定的氣體流動(dòng)的，一般情況下開關(guān)柜內(nèi)外的空氣濕度是非常接近。如果開關(guān)柜內(nèi)部溫度低于柜外環(huán)境溫度時(shí)，外部空氣進(jìn)入柜內(nèi)就有可能產(chǎn)出凝露。所以要解決這種情況，就是通過啟控加熱板保持開關(guān)柜內(nèi)部溫度高于柜外溫度，當(dāng)然也不宜過高，控制在2～3℃為宜。開關(guān)柜內(nèi)一次回路及元件在運(yùn)行時(shí)，本身會(huì)發(fā)熱并輻射周圍的空氣和開關(guān)柜內(nèi)壁，因此開關(guān)柜內(nèi)部溫度一般高于外部環(huán)境溫度。這也有利和減輕通過溫差來啟控加熱板的壓力。在判斷溫差的邏輯上，溫差啟控閾值可設(shè)置開關(guān)柜內(nèi)溫度高于柜外環(huán)境溫度2～3℃以上。

邏輯關(guān)系二，通過開關(guān)柜內(nèi)部相對濕度的檢測，判定是否啟控加熱板。從圖1可以看出，在環(huán)境溫度10℃相對濕度80%時(shí)的露點(diǎn)溫度為6.7℃，在環(huán)境溫度20℃相對濕度80%時(shí)的露點(diǎn)溫度為16.4℃，由此看出在相對濕度80%時(shí)，環(huán)境溫度下降不到4℃即可產(chǎn)生凝露。而在環(huán)境溫度10℃相對濕度60%時(shí)的露點(diǎn)溫度為2.6℃，在環(huán)境溫度20℃相對濕度60%時(shí)的露點(diǎn)溫度為12℃，可以看出在相對濕度60%時(shí)，環(huán)境溫度要下降7℃以上才能產(chǎn)生凝露。所以判斷相對濕度的邏輯上，要結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度變化的情況設(shè)定啟控閾值。如果當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度變化較大時(shí)，相對濕度啟控閾值應(yīng)調(diào)低一些如60%，如果當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度變化較小時(shí)，相對濕度啟控閾值應(yīng)調(diào)高一些，如80%。

邏輯關(guān)系三，通過開關(guān)柜溫度、相對濕度的檢測，結(jié)合兩者的關(guān)系，智能判斷是否啟控加熱板。相對濕度越低環(huán)境溫度和露點(diǎn)溫度之間的溫差越大。從圖1可以看出，在環(huán)境溫度20℃相對濕度40%的露點(diǎn)溫度為6℃，在環(huán)境溫度20℃相對濕度20%時(shí)理論露點(diǎn)溫度降到0℃以下。所以在相對濕度較低時(shí)，可以通過設(shè)定溫度和濕度兩者的關(guān)系曲線，停止邏輯關(guān)系一所啟動(dòng)的加熱板，從而達(dá)到節(jié)約電能，提高產(chǎn)品壽命的效果。

3 結(jié)束語

開關(guān)柜內(nèi)部有凝露時(shí)會(huì)降低電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，引發(fā)放電甚至短路燃弧，危及生命財(cái)產(chǎn)安全，不容忽視。開關(guān)柜防凝露要從多方面進(jìn)行控制。一方面通過電纜溝的干燥和圍堵防止潮氣進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)。一方面通過對電房內(nèi)空氣濕度的控制，間接降低開關(guān)柜內(nèi)出現(xiàn)凝露的幾率。一方面采用溫濕度控制器，對開關(guān)柜內(nèi)的溫度、溫差、相對濕度進(jìn)行檢測，并根據(jù)環(huán)境溫度、相對濕度、露點(diǎn)溫度三者的關(guān)系，啟控加熱板工作，從而確保環(huán)境溫度高于露點(diǎn)溫度，提高防凝露效果。通過多方面的防凝露技術(shù)，確保開關(guān)柜內(nèi)干燥無凝露，有效防止電氣設(shè)備因凝露造成事故，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

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2016-06-16）