开关柜防凝露

开关柜防凝露
一、概述
新型高压开关柜内部空间十分紧凑，为保证在高湿地区内部绝缘水平,保证装置可靠工作,对柜内防潮、防凝露提出了更高的要求。

我国在开关柜中采用自动加热除湿控制器防止凝露已有十几年历史，这种加热除湿控制器在抗潮湿、防凝露保证高压设备可靠运行起到了积极作用，但在有的地区应用中也出现了一些问题，例如：在南方的梅雨季节，有时开关柜内部的空气湿度较高，甚至开关柜内局部已有结露现象，由于安装在柜体内部的凝露传感器位置并没有到达凝露的程度，或者，凝露传感器长期受空气中灰尘和气体侵蚀，使传感器的灵敏度受到影响，凝露控制器不能及时地启动加热器。

致使凝露控制的作用失灵，给开关设备的安全带来威胁。

根据凝露发生和预防机理，提出了一种多路温度控制装置，用控制开关柜柜内、柜外的温度差的方法来预防凝露的发生，这种方法可以大大提高开关柜防凝露的可靠性和工作寿命。

用这种方法取代长期加热的驱潮方式有明显的节能效果。

二、开关柜常用的防凝露除湿措施及存在问题
2.1 常用凝露传感器的工作原理
现在市场上所有的凝露传感器几乎都是同一种类型，即在一个陶瓷基板上印制一种高分子半导体电阻材料，引出两端电极，当传感器表面干燥时，分子间接触电阻小，电极两端电阻为1kΩ左右。

而当高分子材料吸收水分后，其内部分子空间迅速膨胀，分子间接触电阻变大，使电极两端的电阻率大大增加。

电子控制器通过测试电阻的大小来感知或预知是否发生凝露。

例如HDP —07型凝露传感器，这是一种正特性开关型元件，它对低湿度不敏感，而对高湿度敏感，在70%RH ~ 100%RH范围内阻值变化
这种类型传感器的工作特性曲线示于图1。

从图1(A)中特性曲线可以看出这种凝露传感器有二个固有的特性缺陷：
a) 在相对湿度不高时凝露传感器有一个离散区，在这区间对相对湿度变化不敏感而且变化的阻值也不精确，其输出特性不但和相对湿度的大小有关，和露点温度也有直接关系。

例如：有时我们感觉到空气中湿度很大，但加热器并没有启动，这是由于传感器表面没有达到露点温度(也就是在传感器表面没有结成水珠)的缘故。

A.凝露传感器特性曲线B。

线性湿度传感器特性曲线
图1 凝露传感器与线性湿度传感器特性曲线
b) 由于凝露传感器必须不断地吸入或释放水分子，传感器受空气中灰尘或水份中的化学物质侵蚀后会改变灵敏度，导致防凝露的控制点出现偏差，这时会出现在湿度已是很高，凝露极易发生的情况下还没有启动加热器，或者加热启动后长期不会自动退出的现象，这就降低了防凝露灵敏度和可靠性。

2.2 常用的二种防凝露方法
方式1：在开关柜电缆室、断路器室各安装一个铝合金加热器(一般为150W)，铝合金加热器工作时，其表面温度为120℃ ~ 130℃。

通过空气散热除湿，由用户根据工作环境状态人工控制加热器的投入、切除;
方式2：防凝露自动除湿控制器安装在开关柜仪表室，凝露传感器安装在开关柜柜内，铝合金加热器分别安装在开关柜电缆室、断路器室，利用凝露传感器的动作特性来自动启动加热器投入、切除。

2.3 存在问题
方式1是靠人力完成加热器的投入和切除，因此使用的可操作性很差，往往会出现两个极端情况。

其一是加热投入后不关，会造成不必要耗电浪费。

其二是没有随气候变化及时启动加热器，柜内很潮湿时得不到加热除湿，一旦发生爬电、闪络会造成巨大损失。

方式2是利用凝露传感器自动启动加热器的，也存在两个缺陷。

其一;这种凝露传感器是被动型动作器件，即一定要在空气中的水汽压力饱和时，也就是在物体表面到达露点温度，凝露发生时才会驱动加热工作。

从检测凝露到消除凝露这一过程可以看出：首先要用凝露传感器来检测到凝露(那就一定是在凝露发生时)才能启动加热器。

而防凝露作为一个电柜反事故重要措施来说，接近凝露的边缘再启动加热来消除凝露，就缺少一个预防过程。

从安全、可靠的角度来看，作为一个反事故措施在可靠性上还是远远不够的。

其二，如果凝露传感器安装位置不当，或者凝露传感器的表面受到灰尘或气体的侵蚀后特性已改变，虽然柜壁已有结露现象，但凝露控制器仍不能及时启动加热器投入，也会带来严重后果。

因此，为了提高可靠性，电力运行单位往往会采用一些辅助手段来保障电柜的安全渡汛，如上海电力公司采用了进入霉雨季节就强制长通电加热的办法。

这种方法，虽然加强了防凝露的措施，但也带来了电力损耗和浪费。

三、开关柜防凝露新方案及优越性
针对开关柜常用防凝露方法存在问题，为提高开关柜防凝露可靠性及减少电力消耗，提出了一种开关柜新颖防凝露控制方案。

3.1 “凝露”的基本概念及新方案依据
什么是凝露? 所谓结露现象是指柜体内壁表面温度下降到露点温度以下时，内壁表面会发生水珠凝结现象。

这个现象称之为结露。

结露是否发生取决于室内温度、柜内温度、相对湿度以及露点温度。

什么是露点温度? 露点温度是指在一定温度的空气中，水蒸汽的最大含量称为[饱和水蒸汽量]，此时的空气成为[饱和空气]，饱和空气温度下降时，空气中的水蒸气将凝结成水珠。

含有水蒸气的空气的饱和温度，称为露点温度。

请参考温度、湿度、和露点的相关数据表(表1)。

表1 温度、湿度和露点的相关数据表格
按表格中数据得到图2。

图2 环境温度、凝露温度与相对湿度曲线
从表1与图2曲线可以看出：①在一定的温度条件下，空气中的相对湿度越高，结露的温度越是接近环境空气温度，也就是说，环境温度愈接近露点温度，凝露就越容易发生。

②不管空气中的温度如何，形成结露的露点温度始终是低于环境温度。

例如：空气温度20度、相对湿度60%时，结露的温度为12度。

从凝露发生机理与表1、图2我们可以得出结论：
① 要想防止凝露的发生，必须使不允许发生凝露部位的表面温度始终高于其周边的环境温度。

② 对开关设备而言，为防止开关柜内部发生凝露，只要保持开关柜体内部的温度始终高于外部环境温度即可。

描述这一原理在生活中的现象就是：夏天从冰箱中取出一杯冰水，在水杯表面马上就会结露。

而从高于环境温度的保温箱中拿出一杯热水时，杯子表面是不可能结露的。

开关设备内部发生凝露引起爬电、闪络事故，一般发生在以下几种情况：① 地区湿度高，气候温度变化大，开关柜底部潮湿，有的电缆沟甚至有积水;② 有的开关柜在地下室，湿度高，柜体内温度特别是接近地面的温度低于环境温度;③ 有的设备处于暂时停运状态，电柜内小环境温度就比周围环境温度低，在其表面就极易形成结露，在这种情况下，一旦送电投运，事故就随之发生。

3.2 开关柜防凝露新技术方案
根据上面分析，只要我们使开关柜内部的温度始终保持高于柜外部的环境温度，且尽量降低柜体内部的相对湿度，就完全可以预防柜内产生凝露。

为了确保柜内温度始终保持高于柜外部的环境温度，又要满足节电目的，防凝露新方案的控制仪表将取消现有流行的凝露传感器，利用多个温度传感器，一个测柜体外温度;一个安装在柜壁，测量柜壁温度;其余的测柜体内部各隔室的温度，通过CPU智能化控制加热器的投切来调节柜内温度，使开关柜内部要防凝露的部位的温度始终比柜外环境温度至少高2℃~3℃，使之不具备凝露发生的条件，起到预防凝露的作用。

当柜体内外有2℃~3℃ 温差时就停止加热。

当柜体内外温差低于2℃~3℃时就启动加热器。

由于柜内环境容积小，达到这个温差所需的加热功率和柜内隔仓的容积的大小有关;电柜内部空间不同容积的升温/降温模拟实测试验
1、电柜空间容积：1.1m3 加热功率：150W
2、柜空间容积：0.5m3 加热功：150W
从以上实验曲线可以看出：
① 10kV开关柜母线室内部空间按0.5 m3空间容积模拟，加热到比柜外升高3℃时约需8分钟。

停止加热后退回到温差1℃时约需25分钟。

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℃，加热投入的时间约是1 : 3。

② 35kV开关柜内母线室容积可以用1.1 m3空间来近似模拟。

从曲线可以看出，保持柜内比柜外温度高1~3℃，需要加热器投入、退出的时间约为1:1。

③ 按控制温差1~3的范围，0.5 m3空间时加热投入的时间是1/4，按1.1 m3计算，加热器投入时间是1/2。

④ 如果电柜运行时产生一些热量的话，也可以作为加热功率的一部分，加热时间可能还会大大缩短。

因此，用150W加热器，用温差控制防凝露，对于10kV 开关柜至少可节省3/4的加热功耗，对于35kV开关柜至少可节省1/2的加热功耗。

为了进一步提高防潮、防凝露的可靠性，还可以在每台防凝露控制仪表中增加线性测量的相对湿度度传感器。

控制仪表可在监测、温度、温差的同时，CPU 还可以测量显示柜内的相对湿度。

根据多种参数来判别、控制电柜内部的相对湿度(超过65%RH时启动加热)，进一步提高驱潮和防凝露能力。

四、结论
1. 我国电力系统采用自动加热除湿控制器已有十几年的历史，自动加热除湿控制器在电力系统的高压设备运行中起到了抗潮湿、防凝露的积极作用。

但在有的地区的应用中也会出现一些效果不理想的状况，分析其原因，在很大程度上就是因为凝露传感器其特性的局限性和使用环境的影响，致使控制灵敏度、精度产生较大偏差而引起。

2. 有效地解决原自动加热除湿控制方案存在的灵敏度、精度、使用寿命、电能消耗和可靠性等问题，使防凝露控制技术在安全、可靠、节能方面上新台阶、发挥新效能。

3. 由于新方案把被动防止凝露方式,改变为主动防止凝露，无疑增加了开关柜防凝露的可靠性;另外，从传感器寿命来说，温度传感器的使用寿命是凝露传感器寿命的数十倍，防凝露控制系统的工作寿命和可靠性将大大增加。