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分析了充电设施产生凝露的机理和危害以及防凝露设计和结果分析

2019年11月07日 文章来源:网络整理 热度:92℃ 作者:刘英

许继电源有限公司的研究人员高庆勇、房相成、陈伟明、刘艳敏、王晓磊,在2018年第1期《电气技术》杂志上撰文指出,电动汽车充电设施直接安装于户外,随着户外环境的温度、湿度迅速变化,在充电设施壳体表面会产生凝露现象。

分析了产生凝露的机理和对电气设备的危害,提出了四种户外充电设施的防凝露设计方案,通过高低温箱模拟凝露试验,验证四种设计方案的防凝露效果。为充电设施提供了最佳的防凝露方案,保证内部电气设备运行的安全性与可靠性,对类似的户外产品防凝露设计具有重要的指导意义。

近年来,全球能源危机和环境危机突显,国家大力倡导发展新能源汽车,电动汽车技术取得了显著的进步。电动汽车行业发展需要高效便捷、安全稳定的充电服务,充电设施正是新能源汽车发展的基石。

国家发改委于2015年10月印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》中提出了到2020年新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,可满足500万辆电动汽车充电需求的总体目标[1]。

截至2016年国家电网公司建设的“六纵六横两环”高速公路快充网络已形成,平均间距不超过50公里。并于2017年1月19日宣布,本年度计划建设充电桩2.9万台,将于年内形成“九纵九横两环”的高速公路快充网络;到2020年,高速公路快充网络将覆盖202个城市、3.6万公里,“彻底解决电动汽车充电难问题”[2]。

充电站分布区域广泛,在中原地带,因温差较小、湿度较低,产生凝露时间相对较少,但在沿海地带及西北区域因湿度较高或昼夜温差较大等问题,更容易形成凝露。

凝露对电气设备主要有以下危害:1)凝露滴至内部金属件上,引起零件锈蚀[3];2)凝露滴至电气元件上,引起元件短路、爆炸等问题;3)电气元件长时间运行在高湿环境中,会缩短元件使用寿命;4)在潮湿环境中更易形成霉变等不良现象。

在设备运行过程中,上述任何一个问题都会引起较大的安全问题,缩短产品的运行寿命,因此必须解决湿度引起的凝露问题,确保设备运行在一个合理的湿度环境下。

1凝露产生原理

空气主要由干空气、水汽、尘埃组成。通常湿度是指空气中水蒸气的含量,可以用相对湿度、绝对湿度、饱和湿度表示。饱和湿度是单位体积的空气在一定温度条件下所能包含的水汽量的最大限度;绝对湿度是一定体积的空气中水蒸气的质量,单位是g/m3;而相对湿度即绝对湿度与饱和湿度的比值。

饱和湿度与空气温度有关,温度越高,所含水分越多。30%~60%的相对湿度是对于一般电气设备比较适宜的[4]。如果保持空气绝对湿度不变,降低空气温度,温度降低到一定值时空气中湿度会达到饱和,继续降温,空气中水分就会析出,这种有液态水析出的现象称为“凝露”。露点温度是含湿量和大气压力保持不变的前提下能使空气相对湿度达到100%的温度[5]。

试验室条件下的凝露现象主要包括两种情况。一种是出现在升温阶段,升温过程中壳体表面温度低于环境温度,壳体外表面的空气遇到低于露点温度的产品表面时,水气会凝结在壳体外壁,形成凝露。

另一种是出现在降温阶段,外部环境先降温,所以壳体内壁比内部空气温度低,如果壳体内壁温度达到内部空气的露点温度,壳体内壁就会形成凝露。

通常我们要解决的凝露问题主要是第二种,避免内壁产生凝露影响内部电气元件性能。凝露是温度与湿度共同作用的结果,一般以下2种情况更容易产生凝露:1)? 环境湿度高,气候温差大;2)?? 机柜底部电缆沟未封堵,电缆沟有水;

我国地域辽阔,气候差异巨大,在沿海环境湿度大,西北地区温差变化大,此类区域一般更易产生凝露[6]。

2电气设备防凝露设计

目前电气行业内处理湿气、凝露等问题的方法有在柜体内部加装电加热器、风机、除湿器等,有着各自的优缺点,应根据具体产品特性选用最佳除湿方案。

2.1加热除湿(湿度控制器+加热器)

加热器通过加热空气,增加空气含湿量,降低空气的相对湿度,利用加热后的空气密度较小,会上浮至上方,冷空气下降至下方,从而达到整个空间内部都充满热气体,空气加热后体积加大,会从出风口将空气排至外部[7]。

实际上加热器没有能够真正意义上除湿,只是对设备内部的空气加热,进而降低产品内部的相对湿度。空气中的湿度只是被过热蒸发,变成 “过热蒸汽”的形式,如果没有及时采取必要的措施,过热蒸汽被冷凝后,设备内部的空气湿度还会恢复到原来的状态。等于是一个一直在循环的除湿方案,适用于含有通风孔的设备。

2.2除湿器除湿

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