(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 技能培訓(xùn)中心，重慶 400053)

在潮濕地區(qū)的配電房?jī)?nèi)，由于濕度大，環(huán)境溫度變化大，開關(guān)柜底部往往比較潮濕，有的電纜溝里甚至有積水；有的開關(guān)柜放置在地下室，由于環(huán)境的濕度比較大，柜體內(nèi)的溫度，特別是接近地面的溫度高于環(huán)境溫度；有的設(shè)備處于暫時(shí)停運(yùn)狀態(tài)，電柜內(nèi)小環(huán)境的溫度就比周圍環(huán)境的溫度高?？傮w可以概括為：當(dāng)高溫度與高濕度環(huán)境遇到冷設(shè)備時(shí)，在設(shè)備表面極易形成凝露。特別在冬季，由于環(huán)境溫差比較大，開關(guān)柜內(nèi)溫度比環(huán)境溫度高，而冬季的濕度也比較大，形成凝露的概率更高。在這種情況下，一旦送電投運(yùn)，事故就隨之發(fā)生。

由于受到安裝條件的限制，開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)日趨小型化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、帶電體的相間及對(duì)地距離縮小，凝露形成后，空氣介質(zhì)的絕緣性能大大下降。因此，開關(guān)柜長(zhǎng)期在高濕度環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，存在很大的絕緣故障隱患。

1 常見(jiàn)防凝露措施分析

目前針對(duì)配電柜的防凝露措施有以下幾種。

1)加裝加熱裝置[1]。使開關(guān)柜內(nèi)部的溫度始終高于開關(guān)柜外部的環(huán)境溫度，這樣可以提高水滴的凝結(jié)點(diǎn)，有效地防止凝露形成。此種方法的安裝比較方便，弊端在于，雖然可以防止凝露的產(chǎn)生，但不能將柜內(nèi)的濕氣徹底排出去，只要停止工作，反而更容易形成凝露。其次，高壓開關(guān)柜在工作過(guò)程中本身就會(huì)發(fā)熱，用加熱器，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)的溫度高于正常的工作溫度。

2)在開關(guān)柜內(nèi)裝吸潮劑[2]。在開關(guān)柜內(nèi)部懸掛硅膠袋，或者是其他的吸水材料，如生石灰等，在實(shí)際的應(yīng)用中，因其吸水量有限，當(dāng)達(dá)到一定飽和度時(shí)，就停止吸潮，且吸收的水分很難排出，需要及時(shí)更換，維護(hù)工作量也隨之增加。另外，不適合用在特別潮濕的地方，只適合用在小的配電箱，如電表箱內(nèi)。

3)在配電房中加裝防潮除濕設(shè)備[3]。配電房中常用的防潮除濕設(shè)備一般有空調(diào)和工業(yè)除濕機(jī)兩種。其中空調(diào)既能制冷又能制熱，有一些空調(diào)還帶獨(dú)立除濕功能；工業(yè)除濕機(jī)還會(huì)對(duì)通過(guò)冷凝器的空氣進(jìn)行加熱，從而提高空氣溫度，大大提升除濕機(jī)的除濕效果。但是除濕設(shè)備的投入大，并且需要專門的人員進(jìn)行管理和維修，加大了管理成本。

4)將新建配電房的地面基礎(chǔ)抬(墊)高[4]。將其地面基礎(chǔ)抬(墊)高0.4 m以上，這將有效改善地下水所形成的潮氣對(duì)配電房的地面以及電纜溝造成的影響，對(duì)于保證配電房中配電柜處于干燥的運(yùn)行環(huán)境極為有利。土建措施雖然有效，但對(duì)于老建筑難以實(shí)施。

通過(guò)上述分析可知，針對(duì)配電柜的防凝露措施常用方式主要有兩種，即配電柜內(nèi)安裝加熱裝置和安裝吸潮劑；主要弊端為運(yùn)維難，效果不佳。

本文介紹一套潮濕地區(qū)配電箱防凝露裝置的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)配電柜溫度濕度自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，自動(dòng)將干燥材料烘干。

2 新型防凝露裝置原理及設(shè)計(jì)

2.1 基本原理

安裝溫度濕度傳感器、輸入控制器，并設(shè)定閾值，發(fā)出控制信號(hào)。同時(shí)，在配電柜下方開口，安裝干燥劑盒，并在干燥劑旁安裝一個(gè)雙向風(fēng)機(jī)，控制器根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析，發(fā)出控制信號(hào)，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

工作模式1：當(dāng)檢測(cè)到配電柜里面的溫度過(guò)高時(shí)，啟動(dòng)控制電路控制風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)抽風(fēng)，將空氣吸入配電柜中，被吸入空氣由于通過(guò)了干燥劑盒，保證了配電柜內(nèi)部空氣的濕度不會(huì)超過(guò)設(shè)定值。

工作模式2：當(dāng)檢測(cè)到配電柜里面的濕度過(guò)高，啟動(dòng)控制電路控制風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)送風(fēng)，排除內(nèi)部濕氣并吹干干燥材料。

2.2 選型及設(shè)計(jì)

2.2.1 控制器部分的選型及實(shí)現(xiàn)

兩種常用控制器，即STM32F103系列32位ARM單片機(jī)(見(jiàn)圖1)和PLC編程器Fx2N-16MR(見(jiàn)圖2)性能參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。單片機(jī)電氣設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖3。如圖3所示，單片機(jī)上的7腳(NRST)接入的是一個(gè)復(fù)位電路，用于單片機(jī)的復(fù)位；3腳、4腳和5腳、6腳分別接入的都是晶振電路，晶振電路結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。

圖1 STM32F103系列32位ARM單片機(jī)

圖2 PLC編程器Fx2N-16MR

表1 兩種常用控制器對(duì)比

圖3 單片機(jī)電氣設(shè)計(jì)圖

2.2.2 傳感器對(duì)比選型及實(shí)現(xiàn)

兩種常見(jiàn)溫度傳感器，即熱敏電阻(見(jiàn)圖4)和數(shù)字溫度傳感器(見(jiàn)圖5)，性能參數(shù)對(duì)比分析見(jiàn)表2。兩種常見(jiàn)濕度傳感器，即濕敏電阻(見(jiàn)圖6)和凝露傳感器(見(jiàn)圖7)，性能參數(shù)的對(duì)比分析見(jiàn)表3。

圖4 熱敏電阻

2.2.3 除濕盒設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)2個(gè)風(fēng)機(jī)安裝在除濕盒兩邊，中間安裝控制電路，風(fēng)機(jī)尺寸為120 mm×120 mm×38 mm，風(fēng)機(jī)安裝位置設(shè)置尺寸為122 mm×122.5 mm，空間內(nèi)留點(diǎn)余量方便風(fēng)機(jī)的安裝，同時(shí)風(fēng)機(jī)安裝孔是參考實(shí)體風(fēng)機(jī)安裝孔尺寸設(shè)計(jì)的。四邊多留15 mm是為了方便除濕盒(見(jiàn)圖8及圖9)的安裝。

圖5 數(shù)字溫度傳感器

表2 兩種常見(jiàn)溫度傳感器對(duì)比分析

對(duì)比項(xiàng)熱敏電阻數(shù)字溫度傳感器優(yōu)點(diǎn)價(jià)格便宜反應(yīng)速度快,精度高,互換性好,不容易受干擾缺點(diǎn)精度低,反應(yīng)速度低,且產(chǎn)品互換性差價(jià)格相對(duì)較貴費(fèi)用5元/件5.6元/件方案比較考慮到以后會(huì)批量生產(chǎn),且從功能溫度角度考慮,選用數(shù)字溫度傳感器

圖6 濕敏電阻 圖7 凝露傳感器

表3 兩種常見(jiàn)濕度傳感器對(duì)比分析

除濕盒的尺寸受到開關(guān)柜的影響，設(shè)定除濕盒尺寸為400 mm×150 mm×50 mm(長(zhǎng)×寬×高)，除濕盒表面設(shè)計(jì)密集式通風(fēng)孔，通風(fēng)孔直徑為2 mm，除濕盒里面裝置干燥材料。此方案中選用硅膠干燥材料，硅膠干燥材料為顆粒狀，由于除濕盒上通風(fēng)孔直徑為2 mm，硅膠干燥材料的尺寸要大于2 mm。

圖8 除濕盒整體示意圖

圖9 除濕盒實(shí)物圖

2.2.4 雙向風(fēng)機(jī)控制電路

圖10所示為風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，圖中繼電器K1和K2分別控制風(fēng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)， ULN2803LW前端。1～8腳接入的是單片機(jī)的PB控制端。該控制端為信號(hào)輸入，是不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器K的，它通過(guò)ULN2803LW作負(fù)載驅(qū)動(dòng)繼電器K。

3 綜合安裝、調(diào)試

通過(guò)實(shí)測(cè)調(diào)試，設(shè)置參數(shù)及工作原理見(jiàn)圖11。通過(guò)對(duì)柜體內(nèi)溫度和濕度的控制來(lái)達(dá)到防凝露的作用。例如當(dāng)前柜體溫度為35 ℃，相對(duì)濕度是80%，凝露趨勢(shì)圖(見(jiàn)圖12)可以得到，將柜體溫度控制在25 ℃，相對(duì)濕度控制在40%以下不會(huì)出現(xiàn)凝露的情況。點(diǎn)擊設(shè)置按鍵，控制面板上有一個(gè)顯示器會(huì)閃爍，將控溫開設(shè)置為25 ℃，控溫停設(shè)置在24 ℃；同理，將控濕開設(shè)置為40%，控濕停設(shè)置為39%。這樣柜體內(nèi)溫度一直保持在25 ℃，相對(duì)濕度保持在40%，達(dá)不到參數(shù)凝露的條件，也就實(shí)現(xiàn)了防凝露的功能?？梢酝ㄟ^(guò)凝露形成表，在不同的環(huán)境下自己設(shè)置柜體內(nèi)的溫度和濕度，靈活性強(qiáng)。

控制值調(diào)節(jié)：待機(jī)或運(yùn)行時(shí)，短按設(shè)置鍵啟動(dòng)溫度閃爍，按升/降鍵調(diào)節(jié)，再按設(shè)置鍵停止溫度閃爍；按升/降鍵調(diào)節(jié)，再按設(shè)置鍵啟動(dòng)濕度閃爍，按升/降鍵調(diào)節(jié)，再按設(shè)置鍵停止?jié)穸乳W爍，按升/降鍵調(diào)節(jié)，此時(shí)按設(shè)置鍵返回控溫值調(diào)節(jié)按開關(guān)鍵保存設(shè)置。

4 實(shí)測(cè)效果

將裝置安裝在配電柜中，并將控溫開設(shè)置為25 ℃，控溫停設(shè)置在24 ℃；同理，將控濕開設(shè)置為40%，控濕停設(shè)置為39%。這樣柜體內(nèi)溫度一直保持在25 ℃，相對(duì)濕度保持在40%，達(dá)不到參數(shù)凝露的條件，也就實(shí)現(xiàn)了防凝露的功能。

2017年10月至12月，經(jīng)過(guò)5次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。配電柜中無(wú)凝露產(chǎn)生，實(shí)測(cè)溫度和濕度數(shù)據(jù)顯示該裝置能達(dá)到防止凝露產(chǎn)生的功能。

圖10 風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖

圖11 控制面板實(shí)測(cè)圖

圖12 凝露趨勢(shì)圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一套潮濕地區(qū)配電箱防凝露裝置的設(shè)計(jì)，從凝露產(chǎn)生的根源，即溫度和濕度兩個(gè)方面進(jìn)行綜合分析改進(jìn)，一是降低開關(guān)柜內(nèi)外的溫差，二是降低開關(guān)柜內(nèi)的濕度，同時(shí)結(jié)合降低成本和運(yùn)維便捷等因素綜合分析，以此來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。當(dāng)配電箱里面的溫度過(guò)高時(shí)，控制風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)，把開關(guān)柜外面的空氣吸入柜內(nèi)，使柜內(nèi)的溫度降低、濕度降低。當(dāng)干燥劑濕度過(guò)大時(shí)，控制風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，自動(dòng)吹干干燥材料。該裝置能解決潮濕地區(qū)，特別是秋冬季節(jié)，配電柜易凝露的問(wèn)題。同時(shí)采用雙向風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)烘干干燥材料，節(jié)約人力運(yùn)維成本。