新型環保通信基站配電柜結構設計

陳星宇 田仲富

摘 要：在本設計方案中，為了解決目前大多數配電柜所采用的“柜體開設散熱孔陣”進行散熱的方式所排出熱量有限并且排熱不及時等問題，同時防止熱氣排出過程中導致可能存在的大氣污染物進入配電柜內腐蝕電子元器件，以及避免配電柜內電氣設備運行時受熱產生的有毒有害氣體排入大氣造成污染等環境問題，基于熱空氣上升原理、電化學腐蝕理論以及環保理念設計一種集散熱、防塵防雨、防電氣元器件受蝕、防排氣污染四大功能為一體的新型環保通信基站配電柜結構。

關鍵詞：通信基站;配電柜結構;散熱;防塵防水;電化學腐蝕;環保

1 研究背景

通信基站是移動通信網絡中的關鍵基礎設施，隨著移動通信網絡業務的蓬勃發展，移動通信基站的建設覆蓋面越來越廣，其已經成為通信運營商投資的熱點。配電柜是通信基站的重要組成部分，對它的研究起到至關重要的作用。

2 現有技術現狀

配電柜內安裝的各類電氣元件在運行時會發出大量的熱，若配電柜內部的熱量不能及時排出極易使其內部溫度快速升高，從而使電氣元件受損。目前現有的配電柜往往通過在柜體上開設散熱孔的方式來進行散熱，但由于散熱孔的孔徑大小與分布有限制，故不能及時排出柜體中的熱量。此外，傳統配電柜在處理散熱時極少考慮通過散熱孔進入配電柜內的大氣污染物。這些氣體將使電子元器件快速腐蝕，從而使器件功能受到嚴重的影響甚至損毀。此外，電氣設備受熱而導致的設備外部涂層等處的物質分解產生的有毒有害氣體若未在經過處理的情況下進入大氣，在數量龐大的基站配電柜中經過積累，會產生嚴重的環境問題。傳統配電柜對此方面的改進存在缺陷與不足。

3 研究目標

根據熱空氣上升原理，通過在配電柜頂部設置專門的通風口來取代傳統散熱方式中的散熱孔陣，從而能夠達到使聚集在配電柜上部的熱氣在短時間內及時排出的效果，實現降低配電柜內溫度的目的。為了避免來自外界的粉塵通過通風口進入到配電柜內，在通風口上方設置外凸沿和防塵罩的結構。在散熱通道末端與外界大氣相連處增加物理或化學濾除污染物的裝置結構，使大氣中可能存在的污染物不會進入配電柜內腐蝕電子元器件造成損壞，同時也能使配電柜內電器設備運行時受熱產生的有毒有害氣體不會被排入大氣造成污染，最終實現散熱通道進與出的綠色環保。

4 創新技術方案

本文所示技術的關鍵創新在于通信基站配電柜中柜體頂部集散熱、防塵防雨、防電氣元器件受蝕、防排氣污染四大功能為一體的結構，如圖1所示。

散熱：根據熱空氣上升原理，為了使配電柜上部積聚的熱氣在短時間內及時排出，達到降低配電柜內溫度的效果，故在通信基站配電柜的頂板上開設通風口，以取代傳統配電柜中通過打散熱孔形成陣列的方法。散熱過程通過通風口直接與外界大氣相連，可以有效解決在頂板或四周打散熱孔陣導致總體有效排熱面積不足的問題。

防塵防雨：在保證散熱效果的同時需要避免外部的粉塵、雨水等通過通風口進入到配電柜內，故在通風口向外延伸與配電柜的柜體頂板相連形成外凸沿時，在其上設置用于防粉塵的防塵罩，從而在增加散熱效果的同時又能有良好的防塵效果，保證了配電柜內部電氣設備的清潔。為了使灰塵、雨水等更不易進入配電柜內，可將外凸沿的截面設置為由斜坡面與水平面組合形成的斜坡臺階狀，斜坡面的坡度與級數可以根據具體情況靈活設置。同時，為了熱氣能夠順利地流通，將防塵罩下凸沿的截面做成與外凸沿相適配的斜坡臺階狀，且設置多個用于支撐防塵罩的支撐柱，進而在防塵罩與外凸沿之間形成散熱通道，使其一端與通風口連通，另一端與外界連通。由此，一方面能夠避免外凸沿與下凸沿上的雨水通過通風口進入配電柜中，另一方面也使散熱通道進行了多次折彎迂回，從而能夠抵擋大量的粉塵進入，增強防塵效果。

防電氣元器件受蝕：在考慮粉塵與水氣進入配電柜會對內部電氣元件造成影響之外，大氣污染物造成電子元器件腐蝕的影響也非常致命，而電子器件腐蝕失效是以金屬腐蝕為主[1]。即使在大氣環境中存在濃度極低的SO2、SO3、H2S、NOx等有害氣體，也會對電子設備造成嚴重腐蝕與故障。電氣設備中常用的金屬為銅，經研究[2]表明，H2S氣體可能是導致電氣設備中銅質元件產生腐蝕現象的主要因素。

首先，可在配電柜的散熱通道末端安裝物理或化學過濾裝置，如圖2所示。當基站所處的自然環境不同時，此處理裝置有所不同：若基站所在地的大氣中某種性質的污染物濃度明顯多于其他種類，或者溫、濕度有著顯著特征時，應當以主要污染物為首要解決目標制定方案。其次，通過限定外凸沿斜坡臺階狀的斜坡面級數可以控制熱氣最終到達散熱通道末端的溫度，確保不會由于溫度過高引起附加化學反應。

防排氣污染：除了考慮外界污染氣體對于配電柜內部電氣設備的影響，電氣設備在長期運行時受熱會產生有毒有害氣體。最方便有效的方法為物理吸附。例如采用固體顆粒吸附劑，可在大氣物進入具有多次折彎迂回的散熱通道之前吸附絕大部分的水分與有害氣體污染物。當基站所處環境為明顯干燥，或過于潮濕，或過度偏酸或偏堿時，也可采用化學試劑，使目標物質與化學試劑產生反應。

5 結束語

本設計的改進不僅可以用于通信基站配電柜，也適用于其他電氣系統與設備的外殼保護裝置。相比于傳統配電柜，本設計完成了以下兩個方面的改進：

1、配電柜頂板的通風口向外多次折彎迂回延伸與柜體頂板相連形成外凸沿，在其上遮罩與斜坡臺階狀的外凸沿相適配的防塵罩，然后外凸沿與防塵罩之間形成散熱通道。從而在增加散熱效果的同時又能防止灰塵，保證配電柜內電氣元件的清潔;

2、在散熱通道末端與外界大氣相連處增加物理或化學濾除污染物的裝置結構，既使大氣污染物不會進入配電柜腐蝕電子元器件，也能使配電柜內電器設備運行時受熱產生的有毒有害氣體不會被排入大氣造成污染，實現綠色環保。

參考文獻：

[1]史訓濤，柯清派，黎智，陳川，揭敢新，王俊.配網自動化設備腐蝕加速試驗研究[J].環境技術，2020，38（05）：31-34+38.

[2]易亞文，陳自然，朱海，王濤，陳川，楊陽.水力發電廠電氣設備銅材元件的腐蝕原因[J].腐蝕與防護，2021，42（04）：62-66+72.