沿海地区集中表箱凝露现象分析及防治措施研究
国网浙江省电力有限公司舟山供电公司的研究人员肖隆恩、李勋，在2019年第11期《电气技术》杂志上撰文指出，集中表箱内部受潮产生凝露，会使电气设备绝缘性能下降，引发设备绝缘击穿造成短路等故障，影响供电可靠性。
针对沿海地区集中表箱凝露现象严重这一问题，本文对凝露产生的原因进行了探讨，对加热除湿法、冷凝除湿法应用于集中表箱的优缺点进行了分析比较，并提出了集中表箱防凝露的改进措施，最后对除湿效果进行了验证，经实践应用证明该研究对集中表箱凝露现象防治具有一定的实际效果和指导意义。
集中表箱是广泛应用于380V及以下低压电能计量的箱型成套装置，包括进线室、计量室、出线室等独立空间，用于低压用户计量和分配电能。
随着城市化进程的加快，许多小区住宅和商铺的集中表箱安装在地下室及强电井等潮湿环境中，受气候、温度、湿度、负荷等因素的影响，尤其是沿海地区特殊高湿、盐雾环境，导致许多表箱内部凝露严重，长期布满水珠，降低了设备绝缘水平，影响其机械、电气性能，经过一段时间的使用后，容易发生因爬电击穿引起的设备短路烧毁故障。
本文从沿海地区集中表箱存在的问题出发，对现有技术方案进行针对性的研究和改进，为集中表箱的使用提供新的思路和参考。
1 凝露产生的条件
凝露是由于高湿的气体在遇到低温物体时，达到露点温度而在其表面液化的现象。在电力系统中，凝露是指各种机构箱、配电柜和开关柜等电气设备的柜体内部设备温度下降到露点温度以下时，设备表面发生水珠凝结的现象。
我国各地气候条件差异很大，受气温、海拔、降水等条件的影响，我国湿度变化多样。沿海地区普遍具有高温、高湿、高盐分的海洋性气候特点，以地处沿海的舟山为例，因空气湿度偏大，季节、昼夜更替时，湿度变化较大，相对内陆地区更容易出现凝露现象。
根据现场测量，舟山地区在雨季强电井内空气湿度最高可达99%RH以上。由于盐雾重、污秽程度较高，电气设备在潮湿环境中更容易发生短路故障，近年来已经给电网的安全稳定运行带来了较大威胁。
根据湿空气焓湿图，可以得到在一个标准大气压条件下露点温度、环境温度与相对湿度的关系，如图1所示。从图1曲线可以看出：开始形成凝露的物体表面温度始终低于环境温度，在一定的温度条件下，空气中的相对湿度越高，露点温度越接近环境空气温度，越容易出现凝露。例如表箱内的空气温度为20℃、相对湿度90%RH时，表箱内物体表面凝露的温度为18.3℃，也就是说1.7℃的温差就会造成表箱内部凝露。
图1 露点温度、环境温度与相对湿度曲线
在高湿度且温度变化大的季节（如春季）和地区，当外部环境温度较快降低时，集中表箱内的温度因空气的导热系数低（约0.025）呈缓慢降低，但箱体为钢材（导热系数约50），其温度会很快随着外部环境温度的降低而迅速降低，在高湿环境下，箱体很容易因为其表面温度稍低于箱内空气温度，满足温差条件而形成凝露。
表箱内外温差保持不变时，箱内温度一定，则箱体内壁温度也一定，其对应的饱和含湿量也就相同，此时，若相对湿度越大，则空气所包含的水分越多，更易在温度相同的箱体内壁达到饱和而析出水分，凝露形成时间更短；而当相对湿度一定时，温差越大，高温的空气遇到箱体内壁时也更易形成凝露。因此，可以通过减小温差、降低相对湿度及将设备温度控制在露点温度以上的方法防止凝露现象产生。
2 防凝露措施研究
2.1 除湿方案比较
为保证沿海地区集中表箱的安全运行，需采取措施防止表箱内部产生凝露，避免因高湿环境引起绝缘击穿。当前集中表箱设备未应用除湿装置，参考开关柜等电气设备的凝露防治方式，使用的除湿方法主要有加热除湿法和冷凝除湿法。下面对集中表箱中两种除湿方案的应用进行比较。
1）采用加热器防凝露。开关柜或其他电气空间防凝露，目前多采用的是加热器方案，即通过加热需防凝露空间的空气温度，使该空间内的物体表面温度和空气温度都始终高于外部空气，以破坏露点形成条件的方式实现防凝露。
但因为集中表箱采用的是与外部环境空气交换率较低的结构，通过加热的方法去除表箱内空气中的大部分湿气耗时较长，而且当表箱内空气湿度达到过饱和状态或高湿度条件下发生温度的剧烈变化时，表箱内就有可能出现凝露现象。
加热器主要通过传导方式给表箱加热，将加热器安装在进线室，则距离较远的计量室、出线室等空间在环境温度较快降低时无法获得保持温度所需要的足够的热量，因此很容易下降到露点温度而凝露。
加热器功率通常在50W以上，由于表箱与外界存在一定的空气交换，因此需要循环加热以排除水汽，除湿所需的电能损耗较大，实际使用效果并不理想，长期运行导致加热器使用寿命一般不长，而且可能会因温度过高造成开关设备绝缘老化等问题。
根据国家电网公司规定，公变台区线损率允许范围在0～7%之间，随着近年房地产产业的发展，大量新建小区入住率偏低，对台区线损合格率造成了一定影响。台区线损率为
（1）
式中：R为台区线损率；A为台区供电量；Y为台区售电量。
以舟山一交付2年的小区为例，该小区58幢配电室2号变压器容量为800kVA，平均每日供电量为78kW·h，台区用电量为74.49kW·h，平均台区线损率为4.5%。由于该台区下接有25个集中表箱，如安装功率为50W的加热器，以每个集中表箱中的加热器每天运行5h计算，则日耗电量为6.25kW·h，台区线损率高达11.6%，超出了规定的线损范围，不利于节能经济运行和提高电能质量。
2）采用除湿器防凝露。
除湿器将空气中的水汽冷凝后通过水管排出表箱，可以直接降低表箱内单位体积空气的含水量，通过降低湿度达到有效破坏露点形成条件的目的。同样参照图1，表箱内的空气温度为20℃、相对湿度40%RH时，物体表面的露点温度为6.0℃，即表箱内物体表面温度与空气温度的温差要达到14℃才会出现凝露，这在日常运行中很少发生，从而有效实现防凝露的目的。
除湿器利用热电半导体制冷除湿，将加热后的空气冷却形成液态水，冷热端热平衡，等效于非发热源，基本不会引起除湿空间温度上升，可有效避免开关设备绝缘老化等问题。同时热电冷凝除湿技术还具有体积小、稳定性能高、无需制冷剂和干燥剂、环境友好等优点。
采用15W的冷凝式除湿器，可确保1m3除湿空间的湿度保持在45%RH以下，除湿能效高，可减少配网电能损耗。仍以上述台区计算，由于除湿器完成一次除湿后即可基本不再耗电，每个集中表箱中除湿器按每天运行1h计算，则日耗电量为0.375kW·h，台区线损率为4.9%，满足线损要求。
根据市场价格，适用于表箱空间内的加热器及配套温度控制器在300元上下，除湿器价格约为400元，投入的成本均不高。以浙江省居民用电年阶梯电价为例，第一档电价为0.538元/kW·h，则应用除湿器比加热器每天可减少3.16元电费损失，能够明显减少后期运行的成本。
通过上述分析对比可以得出，在高湿度且温度变化大的环境下，采用加热器的方案无法有效解决防凝露问题，采用除湿器方案较加热器方案在除湿功能的适应性、改善表箱的温升水平、节能降耗等方面都有着明显的优势。
2.2 表箱结构改进
沿海地区集中表箱凝露严重，传统的表箱中未安装专门的除湿装置，由于所处环境潮湿，外壳密封性不佳，外部水源容易进入表箱内部，同时除湿效果难以得到保证。
为保证表箱内部干燥、提升除湿效果、降低电能损耗，下面对集中表箱的材料、结构及工艺等方面进行优化，以提高设备防凝露水平，保证供电的可靠性。图2所示给出了一种三相（电能表）6表位集中表箱结构示意图。
1）表箱进线室内装低功耗冷凝式除湿器，功率不大于15W，除湿量不小于5mL/h，对空气进行干燥处理，将表箱内部水汽通过排水管引出至箱体外部，因水量较少，排出的冷凝水可快速蒸发而不会在地面产生积水。
图2 集中表箱结构示意图
2）表箱采用下方进线、侧边出线并焊接防水弯或下方出线，进出线处采用防火封堵，避免外部水源沿电缆孔进入表箱。
3）采用冷凝式除湿器防凝露，不需要空气流通，将表箱外壳防护等级提高为IP44，并在门上加装密封条，减少水汽进入，表箱外形尺寸高×宽×深不大于120mm×100mm×65mm，尽可能缩短除湿器工作时间，在除湿完成后将基本不再耗电，有效降低线损，延长除湿装置的使用寿命。
4）表箱进线室、计量室和出线室之间有通风通道，除湿器进风口、出风口处均留有较大空间，加强表箱内空气对流，充分发挥除湿器的最大效果。
5）表箱外壳采用304不锈钢材料，外壳不进行喷漆处理，利用表箱外壳进行散热，以提高电力设备的运行可靠性。
2.3 除湿效果检验
根据湿空气焓湿图，当环境温度为30℃、相对湿度80%RH时，干空气密度为1.165kg/m3，空气含湿量为21.57g/kg；当环境温度为10℃、相对湿度100%RH时，含湿量为7.63g/kg。表箱尺寸按120mm×100mm×65mm计算，可计算得到表箱空气温度为30℃、相对湿度80%RH，表箱内物体表面温度降为10℃时，产生凝露质量为12.67g。采用除湿量5mL/h、功率15W的除湿器，仅需2.5h即可除去表箱内凝露，耗电量为0.038kW·h。
本文针对沿海地区集中表箱存在的凝露现象进行了研究，通过对比得出了适用于集中表箱的除湿方式，并提出了针对性的集中表箱改进措施，通过在舟山地区的实际应用证明能够有效地解决沿海潮湿地区表箱内部凝露问题，确保表箱安全运行。