杜曉陽， 季海波， 杜飛， 朱美玲， 詹志明

（1.寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司，浙江寧波 315336；2.池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽池州 247100）

0 引言

電氣柜是重要的電氣設(shè)備，塵埃和水分等進(jìn)入后，會對里面的產(chǎn)品產(chǎn)生危害，可能會造成設(shè)備失效；因此，對其進(jìn)行故障防護(hù)很有必要。田翔等[1]對電梯控制柜進(jìn)行了研究，可以為電氣柜防護(hù)提供參考。王納林[2]對鏜床電氣柜進(jìn)行了研究，對本文的研究提具有借鑒意義。文獻(xiàn)[3]～[6]對電氣柜及相關(guān)產(chǎn)品，從不同角度進(jìn)行了深入研究，為本文的電氣柜防護(hù)研究帶來借鑒作用。文獻(xiàn)[7]～[8]詳細(xì)分析了開關(guān)柜的故障，對本文電氣柜故障防護(hù)具有較大的指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)[9]～[15]對電氣柜各個方面進(jìn)行了深入研究，也為本文的研究提供重要參考。然而文獻(xiàn)中關(guān)于電氣柜故障防護(hù)中未進(jìn)行系統(tǒng)的防護(hù)方法研究。為了能夠系統(tǒng)地對電氣柜故障防護(hù)進(jìn)行研究，本文從防護(hù)設(shè)計的基本原理、標(biāo)準(zhǔn)和方法出發(fā)，并引用實(shí)際案例進(jìn)行探討。研究表明,給出的電氣柜故障維護(hù)方法具有理論科學(xué)性和工程可行性。本文的研究能夠從理論角度獲得電氣柜故障防護(hù)方法，對于拓寬電氣產(chǎn)品設(shè)計人員的設(shè)計思路和提升專業(yè)技術(shù)水平具有參考價值。

1 電氣柜故障防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

塵埃和水侵入電氣設(shè)備或者產(chǎn)品會造成以下的危害：改變內(nèi)部設(shè)備的電氣性能，造成設(shè)備的短路；阻滯和磨損內(nèi)部的運(yùn)動零部件；阻塞通風(fēng)口，過濾網(wǎng)等，影響設(shè)備散熱。塵埃按粒徑大小劃分為粗塵，其粒徑大于等于40 μm，極易沉降；細(xì)塵，其粒徑為10～40 μm，人可以見到，一般加速沉降；微塵，其粒徑為0.25～10 μm，人眼不可以看見，一般等速沉降；超微塵，其粒徑小于等于0.25 μm，人眼不可以看見，其可以長期懸浮。容易損壞電氣柜的水分，特指空氣中含礦物質(zhì)的水和鹽霧等。因此，電氣柜的故障維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)防塵和防水來制定。

根據(jù)GB 4208-2008/IEC 60529:2001標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，電氣或者電子設(shè)備的外殼防護(hù)等級（即IP代碼）通常由2位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，常見的如IP20、IP54和IP68等，其具體含義如表1和表2所示。表1中，對設(shè)備防護(hù)的含義，即防止固體異物進(jìn)入；對人員防護(hù)的含義，即防止接近危險部件。

表1 固體防護(hù)等級

2 電氣柜故障防護(hù)方案研究

電氣柜的故障維護(hù)方法主要有：風(fēng)道結(jié)構(gòu)角度的維護(hù)，包括風(fēng)道進(jìn)出風(fēng)口和風(fēng)道結(jié)合部的縫隙；結(jié)構(gòu)性角度的維護(hù)，包括門縫、電纜進(jìn)出口、部件的結(jié)合縫隙和防護(hù)網(wǎng)的選擇。下面將對故障維護(hù)方法進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.1 風(fēng)道結(jié)構(gòu)的防護(hù)方法

風(fēng)道結(jié)構(gòu)的維護(hù)主要關(guān)注兩個部位，即風(fēng)道進(jìn)出風(fēng)口和風(fēng)道結(jié)合部縫隙。

1）風(fēng)道進(jìn)出風(fēng)口的防護(hù)案例。圖1所示為電氣柜風(fēng)道進(jìn)出風(fēng)口的防護(hù)設(shè)計案例示意圖。圖1中箭頭表示風(fēng)向，風(fēng)從下部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入風(fēng)道，經(jīng)過風(fēng)道迷宮隔板，由出風(fēng)口進(jìn)入電氣柜，然后出去。右圖為左圖所選框中部位的局部放大圖。

由圖1案例可見，對于風(fēng)道進(jìn)出風(fēng)口的防護(hù)設(shè)計，主要有3個要素：a.防水結(jié)構(gòu)要素：風(fēng)道迷宮隔板將從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的風(fēng)中水分去除，使其不能進(jìn)入上部，從而不能進(jìn)入電氣柜內(nèi)部；b.防塵結(jié)構(gòu)要素：風(fēng)道出風(fēng)口安裝的防塵罩和防塵網(wǎng)，能夠有效避免空氣中的塵埃經(jīng)過風(fēng)道進(jìn)入電氣柜；c.排水結(jié)構(gòu)要素：風(fēng)道結(jié)構(gòu)中設(shè)計的積水排出口，可以將風(fēng)道中的水分排出。

圖2所示為典型的隔離風(fēng)道結(jié)構(gòu)圖。隔離風(fēng)道的設(shè)計一般用于對散熱和防護(hù)要求較高的產(chǎn)品，民用和商用的較多；非隔離風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形式較為簡單，成本相對較低，工業(yè)產(chǎn)品中使用的比較多。

表2 液體防護(hù)等級說明

圖1 電氣柜風(fēng)道進(jìn)出口防護(hù)案例的示意圖

圖2 典型的隔離風(fēng)道結(jié)構(gòu)圖

風(fēng)道防護(hù)設(shè)計的要點(diǎn)有：a.當(dāng)非隔離風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口的位置在機(jī)柜、模塊底部時，氣流在通過防塵網(wǎng)引起的壓力損失小；進(jìn)風(fēng)口位置離地面控制在100 mm左右；b.風(fēng)道出風(fēng)口一般風(fēng)速較高，在2 m/s以上，因此可不加防塵網(wǎng)，但如果采用上出風(fēng)設(shè)計時，必須考慮頂部防塵防水；c.負(fù)壓抽風(fēng)系統(tǒng)的散熱效果優(yōu)于正壓吹風(fēng)系統(tǒng)，但是正壓吹風(fēng)系統(tǒng)的防塵效果明顯優(yōu)于負(fù)壓抽風(fēng)系統(tǒng)，同時，由于風(fēng)扇在兩個系統(tǒng)中的工作環(huán)境溫度差別較大，正壓吹風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)扇壽命一般優(yōu)于負(fù)壓抽風(fēng)系統(tǒng)；d.尤其注意，風(fēng)道設(shè)計與電氣柜的散熱設(shè)計密切相關(guān)，需要綜合散熱和防護(hù)兩方面需求統(tǒng)一進(jìn)行考慮。

2）風(fēng)道結(jié)合部縫隙的防護(hù)設(shè)計。一般采用安裝密封條或者涂抹密封膠達(dá)到防護(hù)目的，對IP55要求設(shè)備在進(jìn)風(fēng)口大于1 mm的縫隙均要進(jìn)行處理。

2.2 結(jié)構(gòu)性結(jié)合部位的防護(hù)方法

1）門縫的防護(hù)設(shè)計。門縫的防護(hù)設(shè)計，一般采用密封膠條進(jìn)行封堵，常見的有三元已丙橡膠密封條和發(fā)泡膠。目前較為高端的機(jī)柜一般采用點(diǎn)發(fā)泡膠的方式，可以取得較好的防護(hù)效果。圖3所示為門縫采用發(fā)泡膠防護(hù)的示意圖。密封材質(zhì)的選用原則為：針對不同的使用環(huán)境條件，密封膠條和配套使用的粘接劑與密封劑，在抗老化、耐腐蝕、耐酸堿、防蟲、抗霉菌和防紫外線等方面的要求也不同，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的需求來選擇密封材質(zhì)。例如風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)品中，一般要求密封材料具備一定的阻燃等級。

2）電纜進(jìn)出口的防護(hù)設(shè)計。在電氣產(chǎn)品的柜體上不可避免地需要設(shè)計電纜進(jìn)出口，在有防塵防水要求的情況下，一般采用防水接頭進(jìn)行處理。防水接頭主要包括線纜過線類和接插件類，如圖4和圖5所示。防水接頭的使用設(shè)計要求為：a.過線類線纜需要足夠高的拉伸強(qiáng)度；b.單個防水接頭只可穿過單根線纜；c.線纜在穿過活動部件上的防水接頭時，需要根據(jù)實(shí)際情況預(yù)留出一段線纜，以防止部件活動線纜拉扯受力，同時預(yù)留出的線纜也要注意彎折方向和防剮蹭保護(hù)，如圖6所示，防水接頭位于柜門上，當(dāng)柜門開合時線纜隨之拉伸彎折。

3）結(jié)構(gòu)件結(jié)合縫隙。對于結(jié)構(gòu)件的結(jié)合縫隙一般是采用涂密封膠或者是加裝密封條來達(dá)到IP防護(hù)等級的要求。

4）通風(fēng)口的防塵網(wǎng)選擇。圖7為防塵網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，呈現(xiàn)折疊式形態(tài)。防塵網(wǎng)的規(guī)格要求為，需采用具有阻燃性的材料HF-1，應(yīng)當(dāng)采用金屬網(wǎng)，以防蟲鼠危害，起保護(hù)作用。防塵網(wǎng)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮：a.滿足電氣柜的熱學(xué)要求；b.具有良好的保護(hù)功能，能避免電氣柜被外物破壞；c.具有工程上的便利性，比如維修和清潔等。

圖3 門縫發(fā)泡膠密封方式示意圖

圖4 線纜過線類

圖5 接插件類

圖6 預(yù)留的線纜示意圖

圖7 防塵網(wǎng)示意圖

3 結(jié)論

本文從理論角度系統(tǒng)研究了電氣柜的故障維護(hù)方法。通過給出的案例對電氣柜故障維護(hù)方法進(jìn)行了分析，表明給出的電氣柜故障維護(hù)方法具有理論科學(xué)性和工程可行性。

［參考文獻(xiàn)］

[1] 田翔,李志梅.電梯控制柜自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù),2005,34(12):46-47.

[2] 王納林.T611鏜床PLC電氣柜改造設(shè)計對實(shí)訓(xùn)教學(xué)的作用[J].價值工程,2011(24):45-46.

[3] 趙鵬睿.電氣控制柜的人機(jī)工程學(xué)評價與設(shè)計[D].保定:華北電力大學(xué),2013.

[4] 張柏龍.地鐵車輛電氣柜邏輯測試儀圖形處理與遠(yuǎn)程測試技術(shù)研究[D].南京:南京理工大學(xué),2014.

[5] 王晉根.國網(wǎng)公司電科院探討中壓開關(guān)最新進(jìn)展態(tài)勢[J].電器工業(yè),2007(2):10-13.

[6] 謝家浩.電氣柜生產(chǎn)的質(zhì)量管控措施[J].科技風(fēng),2016(20):6.

[7] 張閩.國產(chǎn)鎧裝移開式開關(guān)柜絕緣故障的分析和處理[J].冶金動力,2009(6):51-52.

[8] 吳江,劉成鵝.高壓開關(guān)柜常見故障及使用介紹[J].大眾科技,2009(6):44-45.

[9] 陳玖柏.淺談電氣控制柜設(shè)計及安裝調(diào)試[J].華東科技(學(xué)術(shù)版),2015(1):250.

[10]鄧卓祺.淺談電氣控制柜中低壓電器的故障檢修實(shí)例與要領(lǐng)[J].中國科技博覽,2011(11):34.

[11]范建華.淺談電氣設(shè)備安裝調(diào)試過程中的常見問題及對策[J].大科技:科技天地,2011(20):408-409.

[12]趙一蘢.一種安全電氣柜裝置及其使用方法[J].電子世界,2016(20):97-98.

[13]周玉.電氣柜生產(chǎn)質(zhì)量管理措施研究[J].技術(shù)與市場.2016,23(10):112.

[14] 王爽,高瑞澤,尹旭陽,等.一種實(shí)用新型電氣柜[J].中外企業(yè)家,2015(23):178.

[15]葛紅玉,孫文磊.基于高壓電氣柜柜體在溫升時的有限元分析[J].機(jī)械管理開發(fā),2008,23(5):53-54.