一種新的電氣控制柜散熱方法開發應用

李金偉　盧瑾　朱毓航　桂肖雄　李瑞東

摘要：本文針對打葉復烤生產線高濃度粉塵環境中電氣控制柜柜內溫度控制和粉塵污染控制難以兼顧的問題，提出并設計了一套采取引進室外新風進行電控柜溫度控制的散熱方法，杜絕室內環境含塵氣體附著電氣元件，提高電氣元件的使用壽命。

關鍵詞：打葉復烤 電氣控制柜 散熱 室外新風

一、常規解決方法分析

目前，常見的電氣控制柜散熱解決方法主要有風扇散熱、和空調系統散熱，其中空調系統又分為一體式空調和中央空調。打葉復烤線通常采用傳統風扇散熱方式，依靠在電控柜柜體上安裝的微型過濾器、風扇將柜外生產環境空氣引入柜內進行通風降溫；也有部分復烤企業采用空調系統進行柜體內外熱量交換，實現電氣控制柜柜內溫度控制。

二、存在問題

以上散熱方式在正常生產環境都能達到溫度控制要求，但在粉塵濃度較高，生產環境惡劣的條件下還存在一些問題。采用風扇散熱，過濾網并不能完全阻絕細小粉塵進入柜內，并且在環境溫度較高時達不到預期的降溫效果；采用空調系統，對電控柜降溫效果明顯，但存在冷凝水、進風灰塵堵塞、制冷劑泄露、高額的造價，以及的大量維修工作等不可避免的弊病。

三、一種新的解決方法

通過上述分析，可以更具針對性的解決目前存在的諸多問題。即必須在將“外部潔凈冷空氣”用相對較高的風速度和較大的風量往電控柜內部吹，同時以相對低的風速和較小的風量將電控柜內部熱空氣往外排，從而在電控柜內部形成一定的“正壓”效果，在解決了電控柜的散熱問題的同時，完全杜絕了車間現場的空氣和粉塵進入到電控柜內部、杜絕粉塵微粒對電控柜內電器元器件造成危害。

（一）散熱原理和方案設計

在進風風機作用下隨風管進入到電控柜內部的“潔凈冷空氣”氣源選擇方面，必須從車間外部選取。由于車間外部空氣溫度相對較低，而且受污染程度較低，在潔凈冷空氣進入電控柜內部后，電控柜內部得到散熱的同時不會增加電控柜內部的粉塵污染。如下圖所示：

首先，雖然車間外部空氣相對車間內部潔凈，但是同樣存在微量的灰塵，如果進風口不進行防塵的處理，長期使用過程中，微量灰塵進入到電控柜內部積累后同樣會影響電氣元件的使用。所以在風機進風口處需安裝特殊的防護裝置，用以過濾空氣中的微量的灰塵。

其次，車間外部空氣濕度隨天氣變化而變化。在夏季多雨季節，空氣濕度極大，如果濕度過大的空氣進入到電控柜內部，雖然可以解決電控柜降溫問題，但同時會影響電氣元件的使用壽命，且大大增加故障率。所以在風機進風口需要安裝特殊的加熱除濕裝置，用以過濾空氣中的過多的水分。

綜上所述，需要在進風口處安裝百葉窗、空氣過濾棉、鐵絲網、除濕裝置等進風保障措施。經過以上裝置過濾后的空氣方能用于電控柜降溫。

（二）功能實現

1.散熱功能

A進風方面，在電控柜頂部開孔安裝風管連接到外部進風風機，系統運行時進風風機將外部潔凈冷空氣以較高的風速度和壓力隨風管吹從電控柜頂部吹進電控柜。

B出風方面，采用傳統風扇散熱的過濾器風扇改裝調整使用，使風扇扇葉轉動方向轉變，在系統運行時過濾器風扇將從電控柜內部將污濁空氣排到車間中電控柜外部。

C相鄰的電控柜組共用同一套降溫系統，風機和控制系統共用。

2.防塵功能

電控柜降溫功能相對容易實現，但在電控柜降溫的同時需要做到防塵功能，故而如何持電控柜內部相對電控柜外部的所行成的“正壓”效果是問題的關鍵所在。

A生產間歇進行設備保養時。車間灰塵量出現峰值，如果降溫系統停止運行，則灰塵極易隨電控柜縫隙進入到電控柜內部，從而造成對電控柜內部電氣元件的傷害。故電控柜降溫系統和生產線電控系統的電源不能通過同一個空開控制。確保在生產間歇進行設備保養時，降溫除塵系統保持運行，且進出風量需要調整到較高風速運行，保持進風風速大于出風風速，保持電控柜內部“正壓”效應。

B打葉復烤線正常運行時。電控柜柜門門正常處于關閉狀態，進風風機以較高風速度和壓力將車間外部的潔凈冷空氣吹入電控柜內部，同時出風風機以相對于進氣風機相對偏小的壓力和風速度將電控柜內部熱空氣排除到電控柜外部，在兩者風速的差距下，電控柜內部始終相對外部保持著較小的“正壓”效果，在保證電控柜散熱效果的同時也杜絕了車間內灰塵進入到電控柜內部對電氣元件的傷害。

C打葉復烤線出現運行故障時。需要打開電控柜門進行維修維護工作，此時車間氣溫較高、粉塵量較大，為避免車間內的熱空氣和粉塵大量進入到電控柜內，此時進風風機必須持續運行，且需要以較高風速和壓力往電控柜內送風，此時電控柜內外的“正壓”效果相對減弱，但由于進風風速較大，故而依然存在并能保持“正壓”狀態，依然可以防止車間內的熱空氣和粉塵進入電控柜損壞電氣元件的幾率。

3.控制系統

該系統控制功能采用西門子S7-400PLC集成實現。

1.系統配備Pt100鉑熱電阻和4-20mA溫度變送器，最終由AI模擬量采集單元采集后參與計算和控制。

2.系統配備壓力變送器，實時檢測電控柜內部氣壓狀態。

3.系統風機采用變頻器控制。

4.每組控柜內部均安裝溫度檢測單元和壓力檢測單元，并通過屏蔽信號電纜連接到主電控柜內部的PLC信號輸入模塊，當PLC檢測到其中任何一組電控柜內部溫度超高時，均調整該電控系統下的進風風機至高頻率運行，增加進風量，迅速降低電控柜內部溫度，當溫度恢復到安全溫度以下后風機恢復到低速運行。

三、實際運用效果

（一）電柜散熱裝置運行正常，柜內溫度明顯降低，目前柜內溫度在35℃以下，順利達成柜內溫度不超過40℃的目標，且溫度較均衡。

（二）實現了風機頻率自動控制、柜內溫度自動監測調節，柜內氣壓自動監測調節。

（三）由于進風風量風速大于排風風量風速，電柜內呈微正壓狀態，電柜內含塵量大大減少，電氣元件故障損壞率大幅減少。

四、總結

通過采用新的散熱除塵方法后，電柜溫度處在可控狀態，散熱效率較高，同時避免灰塵污染，提高電氣元件使用壽命，取得較好的實際使用效果。

1.系統的散熱效果顯著；

2.電控柜內部相對電控柜外部保持著較小的“正壓”效果，杜絕了車間內粉塵和高溫空氣進入到電控柜后污染對電氣元件的傷害；

3.在保證散熱效果的同時相鄰電控柜組共用一套散熱系統，且系統的主體僅為風機、管路和少量電氣元件，所以系統建設成本低；

4.項目建成投入使用后，正常保養情況下，維修維護工作量和成本低；

5.風機采用變頻調速控制，可以根據溫度高低調整風速大小，控制效果更佳；

6.系統不會新增如空調系統的冷凝水和冷凝劑泄露等次生危害；

7.系統安裝溫度檢測、壓力檢測單元和HMI人機接口設備等，從HMI界面上可以更直觀的了解系統動態，同時系統控制溫度和風機頻率等參數還可以根據實際情況在HMI界面上修改設定，更加靈活。