集中表箱是廣泛應(yīng)用于380V及以下低壓電能計(jì)量的箱型成套裝置，包括進(jìn)線室、計(jì)量室、出線室等獨(dú)立空間，用于低壓用戶計(jì)量和分配電能。

隨著城市化進(jìn)程的加快，許多小區(qū)住宅和商鋪的集中表箱安裝在地下室及強(qiáng)電井等潮濕環(huán)境中，受氣候、溫度、濕度、負(fù)荷等因素的影響，尤其是沿海地區(qū)特殊高濕、鹽霧環(huán)境，導(dǎo)致許多表箱內(nèi)部凝露嚴(yán)重，長(zhǎng)期布滿水珠，降低了設(shè)備絕緣水平，影響其機(jī)械、電氣性能，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，容易發(fā)生因爬電擊穿引起的設(shè)備短路燒毀故障。

本文從沿海地區(qū)集中表箱存在的問(wèn)題出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方案進(jìn)行針對(duì)性的研究和改進(jìn)，為集中表箱的使用提供新的思路和參考。

1 凝露產(chǎn)生的條件

凝露是由于高濕的氣體在遇到低溫物體時(shí)，達(dá)到露點(diǎn)溫度而在其表面液化的現(xiàn)象。在電力系統(tǒng)中，凝露是指各種機(jī)構(gòu)箱、配電柜和開關(guān)柜等電氣設(shè)備的柜體內(nèi)部設(shè)備溫度下降到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，設(shè)備表面發(fā)生水珠凝結(jié)的現(xiàn)象。

我國(guó)各地氣候條件差異很大，受氣溫、海拔、降水等條件的影響，我國(guó)濕度變化多樣。沿海地區(qū)普遍具有高溫、高濕、高鹽分的海洋性氣候特點(diǎn)，以地處沿海的舟山為例，因空氣濕度偏大，季節(jié)、晝夜更替時(shí)，濕度變化較大，相對(duì)內(nèi)陸地區(qū)更容易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，舟山地區(qū)在雨季強(qiáng)電井內(nèi)空氣濕度最高可達(dá)99%RH以上。由于鹽霧重、污穢程度較高，電氣設(shè)備在潮濕環(huán)境中更容易發(fā)生短路故障，近年來(lái)已經(jīng)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了較大威脅。

根據(jù)濕空氣焓濕圖，可以得到在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下露點(diǎn)溫度、環(huán)境溫度與相對(duì)濕度的關(guān)系，如圖1所示。從圖1曲線可以看出：開始形成凝露的物體表面溫度始終低于環(huán)境溫度，在一定的溫度條件下，空氣中的相對(duì)濕度越高，露點(diǎn)溫度越接近環(huán)境空氣溫度，越容易出現(xiàn)凝露。例如表箱內(nèi)的空氣溫度為20℃、相對(duì)濕度90%RH時(shí)，表箱內(nèi)物體表面凝露的溫度為18.3℃，也就是說(shuō)1.7℃的溫差就會(huì)造成表箱內(nèi)部凝露。

圖1 露點(diǎn)溫度、環(huán)境溫度與相對(duì)濕度曲線

在高濕度且溫度變化大的季節(jié)（如春季）和地區(qū)，當(dāng)外部環(huán)境溫度較快降低時(shí)，集中表箱內(nèi)的溫度因空氣的導(dǎo)熱系數(shù)低（約0.025）呈緩慢降低，但箱體為鋼材（導(dǎo)熱系數(shù)約50），其溫度會(huì)很快隨著外部環(huán)境溫度的降低而迅速降低，在高濕環(huán)境下，箱體很容易因?yàn)槠浔砻鏈囟壬缘陀谙鋬?nèi)空氣溫度，滿足溫差條件而形成凝露。

表箱內(nèi)外溫差保持不變時(shí)，箱內(nèi)溫度一定，則箱體內(nèi)壁溫度也一定，其對(duì)應(yīng)的飽和含濕量也就相同，此時(shí)，若相對(duì)濕度越大，則空氣所包含的水分越多，更易在溫度相同的箱體內(nèi)壁達(dá)到飽和而析出水分，凝露形成時(shí)間更短；而當(dāng)相對(duì)濕度一定時(shí)，溫差越大，高溫的空氣遇到箱體內(nèi)壁時(shí)也更易形成凝露。因此，可以通過(guò)減小溫差、降低相對(duì)濕度及將設(shè)備溫度控制在露點(diǎn)溫度以上的方法防止凝露現(xiàn)象產(chǎn)生。

2 防凝露措施研究

2.1 除濕方案比較

為保證沿海地區(qū)集中表箱的安全運(yùn)行，需采取措施防止表箱內(nèi)部產(chǎn)生凝露，避免因高濕環(huán)境引起絕緣擊穿。當(dāng)前集中表箱設(shè)備未應(yīng)用除濕裝置，參考開關(guān)柜等電氣設(shè)備的凝露防治方式，使用的除濕方法主要有加熱除濕法和冷凝除濕法。下面對(duì)集中表箱中兩種除濕方案的應(yīng)用進(jìn)行比較。

1）采用加熱器防凝露。開關(guān)柜或其他電氣空間防凝露，目前多采用的是加熱器方案，即通過(guò)加熱需防凝露空間的空氣溫度，使該空間內(nèi)的物體表面溫度和空氣溫度都始終高于外部空氣，以破壞露點(diǎn)形成條件的方式實(shí)現(xiàn)防凝露。

但因?yàn)榧斜硐洳捎玫氖桥c外部環(huán)境空氣交換率較低的結(jié)構(gòu)，通過(guò)加熱的方法去除表箱內(nèi)空氣中的大部分濕氣耗時(shí)較長(zhǎng)，而且當(dāng)表箱內(nèi)空氣濕度達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)或高濕度條件下發(fā)生溫度的劇烈變化時(shí)，表箱內(nèi)就有可能出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

加熱器主要通過(guò)傳導(dǎo)方式給表箱加熱，將加熱器安裝在進(jìn)線室，則距離較遠(yuǎn)的計(jì)量室、出線室等空間在環(huán)境溫度較快降低時(shí)無(wú)法獲得保持溫度所需要的足夠的熱量，因此很容易下降到露點(diǎn)溫度而凝露。

加熱器功率通常在50W以上，由于表箱與外界存在一定的空氣交換，因此需要循環(huán)加熱以排除水汽，除濕所需的電能損耗較大，實(shí)際使用效果并不理想，長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致加熱器使用壽命一般不長(zhǎng)，而且可能會(huì)因溫度過(guò)高造成開關(guān)設(shè)備絕緣老化等問(wèn)題。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定，公變臺(tái)區(qū)線損率允許范圍在0～7%之間，隨著近年房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量新建小區(qū)入住率偏低，對(duì)臺(tái)區(qū)線損合格率造成了一定影響。臺(tái)區(qū)線損率為

公式（1）

式中：R為臺(tái)區(qū)線損率；A為臺(tái)區(qū)供電量；Y為臺(tái)區(qū)售電量。

以舟山一交付2年的小區(qū)為例，該小區(qū)58幢配電室2號(hào)變壓器容量為800kVA，平均每日供電量為78kW?h，臺(tái)區(qū)用電量為74.49kW?h，平均臺(tái)區(qū)線損率為4.5%。由于該臺(tái)區(qū)下接有25個(gè)集中表箱，如安裝功率為50W的加熱器，以每個(gè)集中表箱中的加熱器每天運(yùn)行5h計(jì)算，則日耗電量為6.25kW?h，臺(tái)區(qū)線損率高達(dá)11.6%，超出了規(guī)定的線損范圍，不利于節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高電能質(zhì)量。

2）采用除濕器防凝露。

除濕器將空氣中的水汽冷凝后通過(guò)水管排出表箱，可以直接降低表箱內(nèi)單位體積空氣的含水量，通過(guò)降低濕度達(dá)到有效破壞露點(diǎn)形成條件的目的。同樣參照?qǐng)D1，表箱內(nèi)的空氣溫度為20℃、相對(duì)濕度40%RH時(shí)，物體表面的露點(diǎn)溫度為6.0℃，即表箱內(nèi)物體表面溫度與空氣溫度的溫差要達(dá)到14℃才會(huì)出現(xiàn)凝露，這在日常運(yùn)行中很少發(fā)生，從而有效實(shí)現(xiàn)防凝露的目的。

除濕器利用熱電半導(dǎo)體制冷除濕，將加熱后的空氣冷卻形成液態(tài)水，冷熱端熱平衡，等效于非發(fā)熱源，基本不會(huì)引起除濕空間溫度上升，可有效避免開關(guān)設(shè)備絕緣老化等問(wèn)題。同時(shí)熱電冷凝除濕技術(shù)還具有體積小、穩(wěn)定性能高、無(wú)需制冷劑和干燥劑、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

采用15W的冷凝式除濕器，可確保1m3除濕空間的濕度保持在45%RH以下，除濕能效高，可減少配網(wǎng)電能損耗。仍以上述臺(tái)區(qū)計(jì)算，由于除濕器完成一次除濕后即可基本不再耗電，每個(gè)集中表箱中除濕器按每天運(yùn)行1h計(jì)算，則日耗電量為0.375kW?h，臺(tái)區(qū)線損率為4.9%，滿足線損要求。

根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格，適用于表箱空間內(nèi)的加熱器及配套溫度控制器在300元上下，除濕器價(jià)格約為400元，投入的成本均不高。以浙江省居民用電年階梯電價(jià)為例，第一檔電價(jià)為0.538元/kW?h，則應(yīng)用除濕器比加熱器每天可減少3.16元電費(fèi)損失，能夠明顯減少后期運(yùn)行的成本。

通過(guò)上述分析對(duì)比可以得出，在高濕度且溫度變化大的環(huán)境下，采用加熱器的方案無(wú)法有效解決防凝露問(wèn)題，采用除濕器方案較加熱器方案在除濕功能的適應(yīng)性、改善表箱的溫升水平、節(jié)能降耗等方面都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2 表箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)

沿海地區(qū)集中表箱凝露嚴(yán)重，傳統(tǒng)的表箱中未安裝專門的除濕裝置，由于所處環(huán)境潮濕，外殼密封性不佳，外部水源容易進(jìn)入表箱內(nèi)部，同時(shí)除濕效果難以得到保證。

為保證表箱內(nèi)部干燥、提升除濕效果、降低電能損耗，下面對(duì)集中表箱的材料、結(jié)構(gòu)及工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化，以提高設(shè)備防凝露水平，保證供電的可靠性。圖2所示給出了一種三相（電能表）6表位集中表箱結(jié)構(gòu)示意圖。

1）表箱進(jìn)線室內(nèi)裝低功耗冷凝式除濕器，功率不大于15W，除濕量不小于5mL/h，對(duì)空氣進(jìn)行干燥處理，將表箱內(nèi)部水汽通過(guò)排水管引出至箱體外部，因水量較少，排出的冷凝水可快速蒸發(fā)而不會(huì)在地面產(chǎn)生積水。

圖2 集中表箱結(jié)構(gòu)示意圖

2）表箱采用下方進(jìn)線、側(cè)邊出線并焊接防水彎或下方出線，進(jìn)出線處采用防火封堵，避免外部水源沿電纜孔進(jìn)入表箱。

3）采用冷凝式除濕器防凝露，不需要空氣流通，將表箱外殼防護(hù)等級(jí)提高為IP44，并在門上加裝密封條，減少水汽進(jìn)入，表箱外形尺寸高×寬×深不大于120mm×100mm×65mm，盡可能縮短除濕器工作時(shí)間，在除濕完成后將基本不再耗電，有效降低線損，延長(zhǎng)除濕裝置的使用壽命。

4）表箱進(jìn)線室、計(jì)量室和出線室之間有通風(fēng)通道，除濕器進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口處均留有較大空間，加強(qiáng)表箱內(nèi)空氣對(duì)流，充分發(fā)揮除濕器的最大效果。

5）表箱外殼采用304不銹鋼材料，外殼不進(jìn)行噴漆處理，利用表箱外殼進(jìn)行散熱，以提高電力設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

2.3 除濕效果檢驗(yàn)

根據(jù)濕空氣焓濕圖，當(dāng)環(huán)境溫度為30℃、相對(duì)濕度80%RH時(shí)，干空氣密度為1.165kg/m3，空氣含濕量為21.57g/kg；當(dāng)環(huán)境溫度為10℃、相對(duì)濕度100%RH時(shí)，含濕量為7.63g/kg。表箱尺寸按120mm×100mm×65mm計(jì)算，可計(jì)算得到表箱空氣溫度為30℃、相對(duì)濕度80%RH，表箱內(nèi)物體表面溫度降為10℃時(shí)，產(chǎn)生凝露質(zhì)量為12.67g。采用除濕量5mL/h、功率15W的除濕器，僅需2.5h即可除去表箱內(nèi)凝露，耗電量為0.038kW?h。

結(jié)論

本文針對(duì)沿海地區(qū)集中表箱存在的凝露現(xiàn)象進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)比得出了適用于集中表箱的除濕方式，并提出了針對(duì)性的集中表箱改進(jìn)措施，通過(guò)在舟山地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用證明能夠有效地解決沿海潮濕地區(qū)表箱內(nèi)部凝露問(wèn)題，確保表箱安全運(yùn)行。