防止开关柜内部凝露的有效方法

高压开关柜作为电能分配设备在电网运行中起着非常主要的浸染，而开关柜的绝缘能力是开关柜能否安全稳定运行的主要成分。
高压开关柜的绝缘能力除了本身的设计、材料和质量成分外，柜内运行环境的温度、湿度和凝露等恶劣环境成分引起的开关柜绝缘事件屡有发生。

开关柜长期运行履历表明，柜内凝露的产生会导致内部绝缘性能低落，各种绝缘毛病会逐渐发展为击穿，酿成事件，对区域电力系统的稳定性有主要影响。
因此，办理开关柜凝露对开关柜安全运行及电网稳定十分主要。

当前，高压开关柜的构造日趋小型化，内部构造紧凑、带电体的相间及对地间隔缩小，因此对环境成分等哀求相对较高。
由于制造、运行环境等缘故原由，现有开关柜多采取底板开透风口，后板和顶板密封的设计，加上运行条件差，电缆沟内部积水严重而且透风不畅，特殊是在相对湿度较大的沿海省份，温度较高时水汽会上升至母线室而无法排出，温度降落时随意马虎在金属和绝缘材料表面涌现凝露进而导致爬电征象的发生。

在高湿度环境中，空气介质的绝缘性能大大低落，同时高压电极在高湿度环境中非常随意马虎发生局部放电；固体绝缘材料在高湿度环境下，其绝缘性能发生很大变革，在局部放电影响下，固体绝缘材料的老化随意马虎加速，而固体绝缘材料的电老化和环境老化常日是不可逆的。

放电产生的高能量会使空气中的氧气被电离产生臭氧，其溶于水后具有很强的氧化性，从而加速绝缘材料的老化，使放电区域扩散。
这一过程又会产生更多的臭氧，形成一个恶性循环。
当材料的绝缘性能低落到一定程度时就会形成短路，终极导致事件发生。
因此，开关柜长期在高湿度、高污染环境中运行存在很大的绝缘故障隐患。

凝露的危害紧张表示在开关柜内部电力设备的箱体内，如端子箱、开关机构箱等。
气温降落且湿度较大时极易在箱体内部形成凝露，形成的水珠会附着在其内部的金属和塑料部分上，对设备造成的危害紧张有以下几点：

（1）在端子箱。
机构箱内二次接线端子排上形成的露水对端子排上的金属导电部位造成堕落，堕落较重或混入灰尘等其他杂质后易造成交直流短路接地，直流接地对开关柜的稳定运行造成了极大的危害。
实际运行履历表明，直流接地多是有水附着在带电部位上造成的，而且更严重的凝露会造成端子排上两根二次线之间的短接，如果恰好是开关跳闸回路则会立即引起开关误动作，造成停电事件。

（2）在开关或刀开关操动机构上形成的凝露会堕落机构内的金属部件，影响机构的利用寿命，乃至因锈蚀而造成机构卡涩，导致接地开关或隔离开关在分合时机构不能运行到位，如果因此使得开关动静触头慢分慢合，则会酿成极大的电力事件，尤其是开关久未操作时锈蚀征象会更加严重。

（3）开关柜一样平常更看重透风，以是室内温度、湿度立室外环境影响较大，而柜内绝缘子多没考虑防水性，在其上有凝露的话会降落其绝缘性，乃至可能导致爬电或闪络征象，严重影响设备正常运行。
尤其是有的设备处于停运状态，其内部温度更低，更易在其表面形成凝露，此时一旦送电，将极易发生事件。

目前的仿真剖析中，仅仅关注开关柜内部的温度分布，对付开关柜内温度、湿度耦合打算的数值仿照研究关注较少。

为了明确开关柜内部凝露的形成过程，西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室、国网陕西省电力公司电力科学研究院的研究职员采取COMSOL Multiphysics软件建立了三维高压开关柜电磁场-温度场-湿度场耦合打算模型，打算了开关柜在导体正常事情流过大电流时内部元件的温度分布，同时仿真研究开关柜在外界环境相对湿度为0.8时的湿气扩散过程，得到开关柜内部元件的相对湿度分布。

图1 开关柜三维仿真模型

图2 开关柜内部温度分布

图3 开关柜内部相对湿度的稳态分布

图5 增加加热装置后开关柜内部温度分布

仿真结果表明，断路器触头盒表面温度较低，湿度分布较高时，极易发生凝露。
此外，通过仿真剖析创造采取加热和透风装置可以有效降落触头盒的表面湿度，提高触头盒表面温度，是一种可以减少开关柜内部元件凝露发生的有效方法。
加热和透风装置的最优支配办法为同时安装在靠近触头盒和套管的开关柜柜壁上，对付降落触头盒表面凝露的效果优于设置单一的加热或透风装置。

图6 选取的触头盒和套管表面

图9 增加透风装置后开关柜内部相对湿度分布

研究职员末了得到以下结论：

1）开关柜内部的母排温度升高最快，三相触头盒温度分布不屈均，远离隔板的触头盒温度升高（最高为308K）均低于靠近隔板的触头盒温度升高（最高为318K），紧张是由于远离隔板的触头盒与空气打仗面历年夜，易于散热。
2）绝缘材料的吸湿要快于金属材料，触头盒因其局部的中空构造不易排湿，因此其表面相对湿度更高，更随意马虎形成凝露。
3）增加透风装置可以有效地降落触头盒表面的相对湿度；局部增加加热装置可以有效提高触头盒表面的温度，二者合营可以大大降落触头盒发生凝露的概率。
4）加热装置和透风装置的最优安装位置均为同时靠近触头盒和套管的开关柜柜壁上，对付降落触头盒表面凝露的效果优于设置单一的加热或透风装置。

以上研究成果揭橥在2019年第24期《电工技能学报》，论文标题为“高压开关柜温湿度分布的三维数值仿照研究”，作者为李元、薛建议、任双赞、刘晶、张冠军。