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摘要：在城市配电网中，主要采用10kV环网柜进线电能传输。环网柜分布于城市的各个角落，包括地下配电房、路边配电箱等。大多数是阴暗潮湿的环境，极容易引起凝露积水。环网柜的电缆大部分都是暴露在空气中，空气干燥时电气距离满足设计要求，但是当空气严重潮湿或者凝露积水时，极易造成接头和柜体之间的绝缘下降，甚至可能会发生空气击穿放电或者是短路等事故发生。
关键词：冷凝除湿器环网柜；变电站
目前，开关柜、汇控柜、端子箱、环网柜、箱变等电力设备中，一直采用加热器来提高柜内温度的措施，防止凝露的发生。但是，由于较高的温度，空气中包含的水分一直停留在空气中，当环境温度急剧下降时，空气中无法继续容纳大量的水分，空气中的水分仍将凝露在电气设备的表面，所以检修人员经常发现安装有加热器除湿控制器的电柜仍然有严重的凝露现象，危害设备的运行安全。针对加热器除湿效果差、耗能大、寿命短、维护频繁等缺点，本文利用半导体制冷技术，研究出一种新型的除湿装置，使空气中的水分不断在冷凝板表面凝结成水后排出柜外，快速降低柜内湿度。
1电力箱柜凝露危害和事故分析
1.1湿度的基本概念
在一定温度条件下，大气中所容纳的水蒸气极限值叫做饱和湿度。当空气中的水汽量达到这个限度时称为饱和状态，超过这一限度时叫做过饱和状态。水汽过饱和时，若温度在以上，多余的水汽会析出凝结成水滴；若气温在以下，多余的水汽会直接凝结为冰晶。为衡量空气中水蒸气的含量多少，依据用途不同，分别引入空气的湿度、绝对湿度、相对湿度、含湿量以及露点温度等多个物理概念。
2.210kV户外环网柜在除湿凝露方面存在的问题
环网柜是一组高电压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。被广泛应用于城市住宅小区、高层建筑、大型公用建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。鉴于环网柜的结构限制，空气湿度对环网柜的影响无法避免。柜内装设的电气设备及电子元器件容易受到腐蚀，长时间会引起设备故障，严重将造成极大损失。
3传统除湿措施
在箱体电缆室、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℃，由人工或控制器自动切除。此方法只能把凝结的水珠再蒸发，不能把水蒸气排出环网柜箱体。
4半导体制冷原理
4.1帕尔贴原理
半导体制冷器件的工作原理是基于帕尔帖效应，即利用当两种不同的导体A和B组成电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量，且帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的，改变电流方向时，放热和吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热量与电流强度成正比，且与两种导体的性质及热端的温度有关。帕尔帖系数的大小取决于构成闭合回路材料的性质和接点温度，其数值可以由塞贝克系数和接头处的绝对温度得出。金属材料的帕尔帖效应比较微弱，而半导体材料则要强得多，因而得到实际应用的温差电制冷器件都是由半导体材料制成的。
4.2半导体除湿器工作原理
当环境中的湿热空气流经冷端散热片时，其中的水汽遇冷，凝结在散热片上，并经排水管流出柜外，可以真正降低开关柜内空气湿度。区别于其他类除湿器：常见除湿器一般为加热除湿器，通过加热柜内空气达到减少凝露的目的，该方式只是改变了柜内水分的存在形式，不能减少柜内水分，所以有耗能、除湿效果差、效果不持久等弊端。采用柜内局部制冷，能够使空气中的水分在半导体冷端凝露。当半导体制冷片通过一定的直流电流时，由于帕尔贴效应，冷端温度降低而吸收热量，热端温度升高而放出热量，当湿热气体流经除湿器内部管道时也被降温，致使其中的水分凝结出来，进而凝结成水滴，然后通过导水管排放到箱体
外部，降低柜内绝对湿度，从根本上达到除湿的目的。
除湿器主要由开关电源，智能控制板，半导体制冷组件组成。当箱内湿度超过75%（默认，可设），智能控制装置启动除湿，半导体通电，除湿指示灯亮；湿度回归到65%（默认回差10%，可设），智能控制装置停止除湿，断开半导体电源，除湿指示灯灭。为保护半导体组件，正常工作时，每次除湿最多60min，停10min后重新判断；当温度大于50℃或小于0℃时，无论湿度如何，均停止半导体制冷，并高低温告警；温度小于20℃时，除湿30min后，停5min，融化冷面结霜。预留干接点接口，接点容量AC250V（DC30V）/5A，可外接加热器，或其他声光告警。预留RS-485通讯接口，可与其它智能设备进行数据通讯，上传当前柜内的温度、湿度测量值，运行状态，接收远方后台命令。通讯协议为MODBUSRTU方式，通讯地址通过按键设置。
4.3半导体制冷的优点
半导体制冷器的尺寸小，可以制成体积不到1cm小的制冷器；重量轻，微型制冷器往往能够小到只有几g或几10g。无机械传动部分，工作中无噪音，无液、气工作介质，因而不污染环境，制冷参数不受空间方向及重力影响，在大的机械过载条件下，能够正常地工作；通过调节工作电流的大小，可方便调节制冷速率；通过切换电流方向，可使制冷器从制冷状态转变为制热工作状态；作用速度快，使用寿命长，且易于控制。
除湿装置经历方案和技术的变革，大致可以分为两类：第一类，加热除湿；第二类，制冷除湿。
（1）半导体制冷除湿装置的产品特点
①高安全性：装置内没有运动部件、温升低、功耗低、寿命长。
②简单实用：操作简单、设置项目少，采用直接凝水除湿方式，效率高、实用。
（2）冷凝式除湿器的关键技术与难点而又不至于将水分凝结成霜。
②如何做出体积小、功率小、电压范围宽的设备，以便应用与10kV环网柜内。
③如何在户外10kV环网柜内取电给除湿器工作。
a）通过环网柜功率PT提供除湿装置工作电源。
b）通过开口CT套与锂电池配合提供除湿装置工作电源。降低绝对湿度和相对湿度并用方式：半导体制冷，局部凝露、析出水分，降低绝对湿度；加热功能加热内部空气，降低相对湿度。加热降低相对湿度。除湿效果数10s即可析出水分，除湿快，效果明显，停止除湿后，湿度反弹缓慢。柜内受热不均匀，部分死角湿度无明显降低，效果差，且停止加热后，湿度上升较快。除湿效率功耗低，一般为几10w，且为间断工作，间断时间长。功耗高，一般为几百瓦，间断工作，间断时间短。箱/柜内温升低，局部温升较大，加速附近导线和器件老化。设备安全加热功率很小，温升低，不会影响内部元件使用寿命。加热时间过长，靠近加热器附近的电缆、元件受热严重，严重时会造成电缆烤糊、元件毁坏。
过热保护选配加热器具有过热保护功能，箱内温度超过设定值后会自动切除加热功能。没有过热保护功能，只要线路导通就会一直加热。
潮湿气体排放局部凝露析水，通过管道排出，保障内部空气在允许湿度范围内。箱内气体流通缓慢，无法有效将箱内潮湿气体排出箱外。反而因箱内受热不均匀，更容易造成局部凝露。运行寿命半导体组件无故障运行时间为10×104h以上，散热风扇无故障运行时间为5×104h，按每天工作一小时计算，长达15年左右的使用寿命。加热器工作时间过长，寿命短适用箱/柜体类型各种箱体-户内户外均可非封闭箱体-户外；小功率适用于户内，但除湿效果很差。
5半导体除湿器在10kV环网柜中的应用
冷凝除湿器可广泛应用于电力设备开关柜、电气控制柜、端子箱、动力箱等内部环境，也可用于通信、银行、税务、大型企业的计算机机房和机柜等场所。配电柜除湿机安装在电气控制柜内部，通过局部制造凝露条件使柜内潮湿空气凝结成水并直接排出柜外，可快速有效地降低电气柜内空气湿度并抑制凝露现象的产生。10kV环网柜排水型除湿器，有效的预防因潮湿而带来的伤害电力设备，也预防了因潮湿对设备电路的电线的霉变、脱落，从而失去绝缘性能。
当箱内湿度超过75%（默认，可设），智能控制装置启动除湿，半导体通电，除湿指示灯亮；湿度回归到65%（默认回差10%，可设），智能控制装置停止除湿，断开半导体电源，除湿指示灯灭。环网柜、端子箱、配电柜及成套开关柜等箱柜设备是电力设施中的重要组成部分，但各自所起作用及使用环境等不尽相同，在设计和安装实施过程中有所区别，但都按照统一标准设计、生产、安装调试后投运。在投运前都将充分考虑设备的安全，特别是安全间距、爬电距离、端子的可靠紧固等关键性指标。为保证设备运行内部环境良好，都进行相应的密封处理，防止湿度、灰尘等影响设备内部安全和运行可靠性，运行初期具有较好的工作状态。
6总结
实践及数据证明，新型半导体冷凝除湿器在10kV环网柜中的应用具有显著效果，可保持电力设备柜体、箱体内环境在规定的干湿范围，提高设备使用寿命，确保安全运行。除此之外，在变电站其他端子箱、回流箱、通讯箱等容易受潮的户外箱内，同样具有应用价值。
参考文献：
[1]周斌全.除湿技术在变电设备运行中的应用[D].东南大学，2015.
[2]李镇鸿.10kV一体化智能环网柜的研究与设计[D].华南理工大学，2015.
[3]岳增坤.基于半导体制冷技术的变电站室外端子箱除湿器的研制[D].华北电力大学，2012.
[4]赵伟杰，张立志，裴丽霞.新型除湿技术的研究进展[J].化工进展，2008，11：1710-1718.