董傳懷，楊 勇，涂昌銀，李啟壽

（中國(guó)工程物理研究院材料研究所，四川綿陽(yáng) 621700）

0 引言

2000年以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛帶來(lái)了社會(huì)用電量的大幅增加和電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)及其控制設(shè)備提出了越來(lái)越高的要求。在工業(yè)生產(chǎn)中，燒結(jié)爐電氣控制柜內(nèi)部凝露現(xiàn)象普遍存在，特別是在夏季陰雨天氣和秋季較為明顯[1]，凝露附著在電氣柜內(nèi)壁和電器元件表面，易導(dǎo)致各種儀表的電子元件、焊點(diǎn)及觸點(diǎn)被腐蝕，接觸器、端子排及繼電器接點(diǎn)短路，接線端子、導(dǎo)線或短接片生銹，引起接觸不良等問(wèn)題，輕則可能引起儀表精度下降、設(shè)備故障頻發(fā)，重則釀成火災(zāi)及人員觸電等安全事故。因此，消除控制柜內(nèi)凝露的需求更為迫切。

目前，防凝露主要采取加裝加熱裝置、溫濕度控制器，放置干燥劑，大環(huán)境安裝空調(diào)及除濕機(jī)等措施[2]。由于燒結(jié)爐控制柜內(nèi)加裝加熱裝置不利于設(shè)備的安全運(yùn)行，柜內(nèi)體積小放置干燥劑的數(shù)量有限，需要頻繁檢查和更換。另外，一般燒結(jié)爐廠房面積大、空間高及封閉性差，安裝空調(diào)和除濕機(jī)，實(shí)施效果欠佳等，需要采取其他防凝露措施[3]。在工業(yè)生產(chǎn)中，研究者針對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)的凝露現(xiàn)象，提出了很好的防凝露措施，取得了不錯(cuò)效果。陳杰等人通過(guò)箱體的防凝露設(shè)計(jì)和門(mén)體的防凝露設(shè)計(jì)[4]，有效防止了冰箱凝露，并提出優(yōu)化制冷系統(tǒng)性能，合理調(diào)整蒸發(fā)器和冷凝器的溫度也可以減少冰箱凝露現(xiàn)象。蔡紅娟等人發(fā)現(xiàn)空氣濕度大、環(huán)境溫度高，及墻體老化是35 kV 斷路器內(nèi)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象的原因，提出整改措施，提高了設(shè)備安全運(yùn)行水平[5]。劉建戈根據(jù)中置式開(kāi)關(guān)柜發(fā)生絕緣故障的現(xiàn)象[6]，從空氣濕度及凝露的產(chǎn)生、中置柜的結(jié)構(gòu)、除濕裝置分析入手，研究空氣相對(duì)濕度及凝露對(duì)中置柜運(yùn)行的影響，從開(kāi)關(guān)室的大環(huán)境、中置柜的小環(huán)境及運(yùn)維檢修策略提出防凝露的措施，取得較好的防凝露效果。

本研究則針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)燒結(jié)爐內(nèi)發(fā)生凝露的特點(diǎn)，提出相應(yīng)改進(jìn)措施，極大減少了設(shè)備內(nèi)凝露現(xiàn)象，可為相關(guān)電氣設(shè)備的防凝露提供參考。

1 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)凝露現(xiàn)象

燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部凝露如圖1 所示，可以看出控制柜的內(nèi)壁上布滿露珠，特別是已有部分露珠受重力的影響向下流動(dòng)并留下水印?？刂乒駜?nèi)有凝露會(huì)降低電氣設(shè)備的絕緣效果，引起安全事故。凝露時(shí)，飽和濕度使空氣的絕緣性能降低，控制柜中很多電氣元件靠空氣間隙絕緣。同時(shí)，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(zhǎng)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，導(dǎo)致設(shè)備的泄漏電流大大增加，容易造成絕緣擊穿安全事故。

此外，有凝露的環(huán)境空氣有利于霉菌的生長(zhǎng)[7]。霉菌中含有大量水分，設(shè)備的絕緣性能將極大降低。對(duì)一些多孔及表面不光滑的絕緣材料，霉菌根部還能深入到材料內(nèi)部，造成絕緣擊穿。霉菌的代謝過(guò)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。凝露還會(huì)使設(shè)備中的導(dǎo)電金屬、導(dǎo)磁硅鋼片以及金屬外殼銹蝕。這都將降低設(shè)備的性能和使用壽命，勢(shì)必造成電氣安全隱患。

圖1 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部凝露

2 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)凝露原因分析

凝露就是在空氣濕度不變的情況下降低空氣溫度，當(dāng)溫度降低至一定值，使空氣中的水汽達(dá)到過(guò)飽和的程度，再遇到低溫物體達(dá)到露點(diǎn)溫度及以下時(shí)，水汽就會(huì)從空氣中冷凝析出形成水珠[4]。通過(guò)對(duì)不同環(huán)境溫度的相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度的值進(jìn)行分析，在空氣相對(duì)濕度相同的條件下，不同環(huán)境溫度下的露點(diǎn)溫度不同。整理3 個(gè)變量數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化為溫差和相對(duì)濕度，兩者關(guān)系如圖2 所示。

從圖2 可以看出，凝露的產(chǎn)生取決于空氣相對(duì)濕度和凝露部位的溫差，兩個(gè)因素同時(shí)滿足時(shí)，其相應(yīng)部位將析出露珠；同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)，空氣相對(duì)濕度越大，越易發(fā)生凝露現(xiàn)象。

燒結(jié)爐的電氣控制柜是鋼制鎧裝，對(duì)開(kāi)結(jié)構(gòu)的柜門(mén)邊緣鑲有密封膠條，柜頂裝有散熱外排風(fēng)機(jī)。通常，控制柜內(nèi)存在潮氣，且鋼制柜壁有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性，只要柜內(nèi)的空氣溫度高于柜外的環(huán)境溫度，就可能在控制柜內(nèi)部形成凝露。

圖2 空氣相對(duì)濕度與凝露部位最小溫差的關(guān)系曲線

本研究分別將柜門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)將柜門(mén)關(guān)閉后運(yùn)行設(shè)備，柜內(nèi)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象；將柜門(mén)關(guān)閉，且啟動(dòng)柜頂?shù)耐馀派犸L(fēng)機(jī)時(shí)運(yùn)行設(shè)備，柜內(nèi)出現(xiàn)較嚴(yán)重的凝露；將控制柜柜門(mén)敞開(kāi)運(yùn)行設(shè)備，柜內(nèi)部沒(méi)有出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)柜底部的電纜、電線通道密封不完全，導(dǎo)致控制柜與電纜溝及地坑連通。地坑內(nèi)有電機(jī)、泵類(lèi)和加熱電極。當(dāng)燒結(jié)爐運(yùn)行時(shí)，地坑和電纜溝內(nèi)的器件都會(huì)產(chǎn)生熱量，對(duì)周?chē)目諝馄鸬郊訜嶙饔?，受熱膨脹的空氣相?duì)冷空氣密度小而上行，而控制柜在地坑和電纜溝的上方，此時(shí)的控制柜就形成了垂直坡度的熱空氣通道，起到了煙囪作用[8]?？刂乒駜?nèi)的接觸器、變壓器、功率控制器等器件產(chǎn)生的熱量對(duì)空氣進(jìn)行二次加熱，含有水汽的熱空氣在控制柜內(nèi)遇到低于露點(diǎn)溫度的物體時(shí)就會(huì)凝露。地坑和電纜溝的空氣受熱膨脹后上行進(jìn)入控制柜，形成了煙囪效應(yīng)，往復(fù)循環(huán)，最終導(dǎo)致控制柜內(nèi)形成大量露珠?？刂乒耥敳康耐馀棚L(fēng)散熱風(fēng)機(jī)開(kāi)啟后，更加劇了地坑內(nèi)的空氣進(jìn)入控制柜凝露的程度。當(dāng)柜門(mén)敞開(kāi)時(shí)，由地坑、電纜溝和控制柜形成的煙囪效應(yīng)被破壞，柜內(nèi)的空氣能夠充分對(duì)流，達(dá)到良好散熱效果，因此柜內(nèi)幾乎沒(méi)有露珠形成。

3 防凝露改進(jìn)措施

長(zhǎng)期敞開(kāi)控制柜柜門(mén)可以消除凝露，但不符合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的6S 標(biāo)準(zhǔn)，存在安全隱患。結(jié)合上文關(guān)于電控柜內(nèi)部凝露原因的分析，主要從阻斷潮氣來(lái)源和減小控制柜內(nèi)溫差及空氣相對(duì)濕度這兩方面提出解決措施。

本研究一方面選用滿足密封防潮、氣體隔離、保溫隔熱、粘合固定、隔音防振及阻燃等要求的阻燃型聚氨酯泡沫填縫劑為阻隔材料，同時(shí)具有易施工、濕度越大固化越快的特點(diǎn)。通過(guò)將其填充在控制柜底部與電纜溝連通處，有效破壞了潮氣流動(dòng)通道，消除了煙囪效應(yīng)，從而降低控制柜內(nèi)的空氣相對(duì)濕度；另一方面在控制柜側(cè)下方開(kāi)孔安裝與柜頂相同型號(hào)的風(fēng)機(jī)，向柜內(nèi)送風(fēng)，加快控制柜內(nèi)外的空氣對(duì)流，進(jìn)而減小控制柜內(nèi)外的溫度差，最終有效地控制了柜內(nèi)空氣相對(duì)濕度和溫差，消除了凝露現(xiàn)象。圖3 是燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部圖，可以看出，改進(jìn)前凝露現(xiàn)象明顯，改進(jìn)后無(wú)凝露現(xiàn)象。實(shí)施了防凝露措施后，再未出現(xiàn)控制柜內(nèi)凝露現(xiàn)象，改善了燒結(jié)爐的運(yùn)行環(huán)境，降低了設(shè)備故障率，提高了設(shè)備安全可靠性，有力保障了正常工作秩序。

圖3 燒結(jié)爐控制柜內(nèi)部局部

4 總結(jié)

本研究分析了工業(yè)燒結(jié)爐控制柜內(nèi)凝露產(chǎn)生的原因，從加快控制柜內(nèi)外的空氣對(duì)流，減小溫差，和封堵潮濕氣體流動(dòng)通道兩方面提出改進(jìn)措施，減少了凝露現(xiàn)象，提高了設(shè)備安全可靠性。希望本文能夠給其他箱柜類(lèi)電氣設(shè)備的防凝露提供參考方案。