燒結爐電氣控制柜內凝露原因分析及預防措施

董傳懷，楊 勇，涂昌銀，李啟壽

（中國工程物理研究院材料研究所，四川綿陽 621700）

0 引言

2000年以來，中國經濟的騰飛帶來了社會用電量的大幅增加和電網建設的快速發展，對電力系統及其控制設備提出了越來越高的要求。在工業生產中，燒結爐電氣控制柜內部凝露現象普遍存在，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壁和電器元件表面，易導致各種儀表的電子元件、焊點及觸點被腐蝕，接觸器、端子排及繼電器接點短路，接線端子、導線或短接片生銹，引起接觸不良等問題，輕則可能引起儀表精度下降、設備故障頻發，重則釀成火災及人員觸電等安全事故。因此，消除控制柜內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，大環境安裝空調及除濕機等措施[2]。由于燒結爐控制柜內加裝加熱裝置不利于設備的安全運行，柜內體積小放置干燥劑的數量有限，需要頻繁檢查和更換。另外，一般燒結爐廠房面積大、空間高及封閉性差，安裝空調和除濕機，實施效果欠佳等，需要采取其他防凝露措施[3]。在工業生產中，研究者針對電氣設備內的凝露現象，提出了很好的防凝露措施，取得了不錯效果。陳杰等人通過箱體的防凝露設計和門體的防凝露設計[4]，有效防止了冰箱凝露，并提出優化制冷系統性能，合理調整蒸發器和冷凝器的溫度也可以減少冰箱凝露現象。蔡紅娟等人發現空氣濕度大、環境溫度高，及墻體老化是35 kV 斷路器內出現凝露現象的原因，提出整改措施，提高了設備安全運行水平[5]。劉建戈根據中置式開關柜發生絕緣故障的現象[6]，從空氣濕度及凝露的產生、中置柜的結構、除濕裝置分析入手，研究空氣相對濕度及凝露對中置柜運行的影響，從開關室的大環境、中置柜的小環境及運維檢修策略提出防凝露的措施，取得較好的防凝露效果。

本研究則針對工業生產燒結爐內發生凝露的特點，提出相應改進措施，極大減少了設備內凝露現象，可為相關電氣設備的防凝露提供參考。

1 燒結爐控制柜內凝露現象

燒結爐控制柜內部局部凝露如圖1 所示，可以看出控制柜的內壁上布滿露珠，特別是已有部分露珠受重力的影響向下流動并留下水印。控制柜內有凝露會降低電氣設備的絕緣效果，引起安全事故。凝露時，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，空氣中的水分附著在絕緣材料表面，使電氣設備的絕緣電阻降低，特別是使用年限較長的設備。由于內部有積塵吸附水分，潮濕程度將更嚴重，絕緣電阻更低，導致設備的泄漏電流大大增加，容易造成絕緣擊穿安全事故。

此外，有凝露的環境空氣有利于霉菌的生長[7]。霉菌中含有大量水分，設備的絕緣性能將極大降低。對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部，造成絕緣擊穿。霉菌的代謝過程中所分泌出的酸性物質與絕緣材料相互作用，使設備絕緣性能下降。凝露還會使設備中的導電金屬、導磁硅鋼片以及金屬外殼銹蝕。這都將降低設備的性能和使用壽命，勢必造成電氣安全隱患。

圖1 燒結爐控制柜內部局部凝露

2 燒結爐控制柜內凝露原因分析

凝露就是在空氣濕度不變的情況下降低空氣溫度，當溫度降低至一定值，使空氣中的水汽達到過飽和的程度，再遇到低溫物體達到露點溫度及以下時，水汽就會從空氣中冷凝析出形成水珠[4]。通過對不同環境溫度的相對濕度和露點溫度的值進行分析，在空氣相對濕度相同的條件下，不同環境溫度下的露點溫度不同。整理3 個變量數據，簡化為溫差和相對濕度，兩者關系如圖2 所示。

從圖2 可以看出，凝露的產生取決于空氣相對濕度和凝露部位的溫差，兩個因素同時滿足時，其相應部位將析出露珠；同時還可以發現，空氣相對濕度越大，越易發生凝露現象。

燒結爐的電氣控制柜是鋼制鎧裝，對開結構的柜門邊緣鑲有密封膠條，柜頂裝有散熱外排風機。通常，控制柜內存在潮氣，且鋼制柜壁有較強的導熱性，只要柜內的空氣溫度高于柜外的環境溫度，就可能在控制柜內部形成凝露。

圖2 空氣相對濕度與凝露部位最小溫差的關系曲線

本研究分別將柜門打開和關閉，進行設備運行，發現將柜門關閉后運行設備，柜內出現凝露現象；將柜門關閉，且啟動柜頂的外排散熱風機時運行設備，柜內出現較嚴重的凝露；將控制柜柜門敞開運行設備，柜內部沒有出現凝露現象。

經勘查發現柜底部的電纜、電線通道密封不完全，導致控制柜與電纜溝及地坑連通。地坑內有電機、泵類和加熱電極。當燒結爐運行時，地坑和電纜溝內的器件都會產生熱量，對周圍的空氣起到加熱作用，受熱膨脹的空氣相對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]。控制柜內的接觸器、變壓器、功率控制器等器件產生的熱量對空氣進行二次加熱，含有水汽的熱空氣在控制柜內遇到低于露點溫度的物體時就會凝露。地坑和電纜溝的空氣受熱膨脹后上行進入控制柜，形成了煙囪效應，往復循環，最終導致控制柜內形成大量露珠。控制柜頂部的外排風散熱風機開啟后，更加劇了地坑內的空氣進入控制柜凝露的程度。當柜門敞開時，由地坑、電纜溝和控制柜形成的煙囪效應被破壞，柜內的空氣能夠充分對流，達到良好散熱效果，因此柜內幾乎沒有露珠形成。

3 防凝露改進措施

長期敞開控制柜柜門可以消除凝露，但不符合作業現場的6S 標準，存在安全隱患。結合上文關于電控柜內部凝露原因的分析，主要從阻斷潮氣來源和減小控制柜內溫差及空氣相對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，同時具有易施工、濕度越大固化越快的特點。通過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通道，消除了煙囪效應，從而降低控制柜內的空氣相對濕度；另一方面在控制柜側下方開孔安裝與柜頂相同型號的風機，向柜內送風，加快控制柜內外的空氣對流，進而減小控制柜內外的溫度差，最終有效地控制了柜內空氣相對濕度和溫差，消除了凝露現象。圖3 是燒結爐控制柜內部局部圖，可以看出，改進前凝露現象明顯，改進后無凝露現象。實施了防凝露措施后，再未出現控制柜內凝露現象，改善了燒結爐的運行環境，降低了設備故障率，提高了設備安全可靠性，有力保障了正常工作秩序。

圖3 燒結爐控制柜內部局部

4 總結

本研究分析了工業燒結爐控制柜內凝露產生的原因，從加快控制柜內外的空氣對流，減小溫差，和封堵潮濕氣體流動通道兩方面提出改進措施，減少了凝露現象，提高了設備安全可靠性。希望本文能夠給其他箱柜類電氣設備的防凝露提供參考方案。