戶外機柜防腐設計研究分析

楊振宇 李迪藝 汪忠敏 方亞龍

長園深瑞繼保自動化有限公司 廣東 深圳 518057

1 環境因素及其影響

1.1 水和潮氣

材料腐蝕過程中，水是主要的介質，防潮是防腐中最重要的一環[1]。在水或潮氣的作用下，防護鍍層被破壞，結構件銹蝕，影響外觀及功能。絕緣材料受潮使絕緣電阻和耐壓水平下降，造成短路、爬電、飛弧甚至于火災。

在一定溫度下，相對濕度若低于某一值，金屬的腐蝕速度很低，但相對濕度超過這一數值后，腐蝕速度就開始突然升高，這一濕度稱為臨界濕度[2]。對于鋼、銅、鎳和鋅來說，相對濕度為50%～70%之間是其臨界濕度，在低于臨界濕度時金屬表面沒有水膜，只產生腐蝕速度很小的化學腐蝕，而不產生電化學腐蝕。而在高于臨界濕度時，在金屬表面形成水膜，腐蝕歷程由化學腐蝕為主轉變為電化學腐蝕為主，所以腐蝕速度突然增加。由此可見，如能把相對濕度降至臨界濕度以下，就可以基本上防止金屬發生腐蝕。此外，設備的某一處的溫度低于“露點”（溫度）時，該處表面的結構件會產生凝露產生。

1.2 粉塵和鹽霧

氣態腐蝕物在大氣存在時間很短，會產生化學反應或被地表吸收。而懸浮的顆粒吸附離子污染物沉降于電子設備的內部而造成故障，這是戶外電氣設備失效的重要原因之一。細塵中可溶性鹽類的含量，不同地域，含量差別較大，沿海和被污染環境最高含量可達20%以上，粉塵+鹽霧+濕熱對PCB板的腐蝕較大，粉塵沉降在PCB表面，產生電化學腐蝕，使產品故障率大為提升。

2 戶外機柜防腐設計

戶外機柜，如果不存在柜內外空氣交換的話，將其設計成IP等級較高的封閉機柜，其防塵性能最好。如果需要設計風機給設備散熱，則需合理選擇防塵棉網。根據材質的不同，濾料分為四種類型：合成纖維過濾棉、無紡布過濾棉、玻璃纖維過濾棉、活性炭過濾棉。

各濾網棉通風濾塵效果，可以通過測試獲取，5mm厚無紡布濾網棉測得的風速1.58m/s，10mm厚玻璃纖維濾網棉測得風速2m/s，風機自帶濾網棉測得風速1.99m/s，10mm厚合成纖維濾網棉測得風速2.79m/s。

通過風速可以看出，常用的無紡布的阻力明顯大于合成纖維制成的濾網棉阻力，阻力接近2倍的差異。無紡布制成的濾網棉IP等級能達到IP54，而合成纖維的IP等級只能達到IP20。如果在戶內使用可以考慮使用合成纖維制成的濾網棉，如果在戶外使用，則需通過結構設計使整機柜達到IP54相關防水要求，防塵能力是無法達到的，大約有15%的灰塵透過濾網進入機柜（8mm 50ppi 網狀聚氨酯泡沫濾塵能力約為85%～90%）。

根據腐蝕的性質和環境的不同，金屬腐蝕可分為很多種，如：縫隙腐蝕、電位差腐蝕、小孔腐蝕、晶間腐蝕、氧的濃差腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、空泡腐蝕等，但對地面設備來說，最重要的是縫隙腐蝕、電位差腐蝕和小孔腐蝕。

縫隙腐蝕最為嚴重，一旦形成就很難根治。實際上，金屬制件用鉚、焊、螺釘等方法連接，在金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在縫隙，螺釘與螺母之間也存在縫隙，起皮的漆膜與金屬之間也有縫隙，若縫隙寬度足以使水等介質進入并能潴留于其中，就會使縫隙內腐蝕加劇。

電位差腐蝕，由于每一種金屬的電極電位都不相同，不同種類金屬相互接觸會形成電位差，由于電化學作用，會使電位正的一方受到保護，電位負的一方加速腐蝕，特別是在接觸部位。若金屬的大部分表面不發生腐蝕（或輕微腐蝕），而只在局部地方出現腐蝕小孔并向深處發展，這種現象被稱之為小孔腐蝕，孔蝕雖然使金屬失重不大，但腐蝕深度發展很快，嚴重時造成穿孔。

3 設計案例

依據ISO12944-5:2007，環境類別分為：C1很低，C2低，C3中，C4高，C5-I很高（工業），C5-M很高（海洋）。以充電樁產品為例，充電樁主要是放在室外，因其應用的地域比較廣，考慮到性價比，充電樁機柜一般是按C3做防腐設計，外殼用熱鍍鋅鋼板加上噴涂戶外粉（參照標準HG/T2006-2006，此戶外粉需要滿足標準中合格產品的要求）60um～90um，機柜里面的元器件也需要滿足C3防腐等級的要求（參照國家標準ISO12944）。機柜里面的安裝結構件用覆鋁鋅板，覆鋁鋅板切口做好防腐處理，涂防銹油或涂銀漆。機柜里面的緊固件采用不銹鋼螺栓。機柜鎖配件及防水接頭等外漏在戶外的配件的需要經過中性鹽霧實驗72小時無明顯的銹跡斑點。如果充電樁是用在特殊的海邊或海島環境下，則需要提高其防腐等級到C5-M的防腐級別，需要根據特定的環境定制機柜，要求機柜結構件使用熱鍍鋅板加上噴戶外粉涂層厚度150um，滿足中性鹽霧試驗192小時內無紅銹、120小時內無白銹，柜內結構件采用304不銹鋼板等。

4 結束語

本文根據設備使用環境的潛在需求，對充電設備防腐設計做了深入研究，提出了設計該類產品面臨的技術難點以及對應解決方案，并且形成設計成例，為相關工程師提供設計參考，極大提高了在后續的機柜做防腐設計時的設計效率，極大增強了戶外機柜產品的可靠性水平，具有很強的工程應用價值。