一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种户外环网柜内环境控制系统及控制方法，更具体地说，涉及一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法。

背景技术：

户外环网柜(开关柜)在无遮挡的情况下，主要受到内部高温、潮湿和凝露的影响，内部高温会导致绝缘破坏，甚至造成设备起火等问题，容易降低整个系统的稳定性，甚至造成重大安全事故。而凝露和潮湿问题会导致内部绝缘性能下降，各类绝缘缺陷会逐渐发展为击穿，酿成事故。然而，现存的方法注重通过外部电力来解决环网柜散热、除湿和防凝露问题，此种方式存在取电困难、增加设备复杂性等多方面因素，并且不能一次性解决环网柜散热、除湿和防凝露三方面的问题。

目前，环网柜环境控制方式主要存在问题如下：

(1)温/湿度控制：原环网柜上开设面积有限的进排风窗，通过空气的自然对流将外界相对低温的空气置换柜内相对高温空气来达到降低箱内温度的目的。当箱外环境温度较高时，特别是夏季受太阳辐射而导致箱内温度过高时，单靠很有限的自然通风是无法降低箱内温度的，并且易导致灰尘进入。

(2)环网柜除湿、防凝露：

常用的除湿、防凝露处理方法有以下几种：

1、柜内加装电加热器，对设备内部进行加热，通过提高柜内温度来降低柜内空气相对湿度。采用电加热器，对设备内部进行加热，以解决凝露现象，这种方法并不能从根本上消除凝露，原因在于这种方法只是增加空气中水蒸气的不饱和程度，降低空气的相对湿度，并没有将柜内的水汽排出，当遇环境温度突变时，仍可能发生凝露。通过柜内加热来提高柜内不允许出现结露部件的表面温度，使之高于周围空气的露点温度，该加热方式又分为两种形式：一是柜内加装加热器，视情况人工开启或关闭加热器；二是柜内除装有加热器外，再设置凝露传感器，来控制加热器的投切。第一种柜内加装加热器存在以下问题：①柜内温度升高后反而易将柜底地下的水气蒸发上来，使柜内湿度升高；②需人工开启或关闭加热器，不利于站所无人值守的要求；③长期加热能源浪费大。第二种柜内除装有加热器外，再设置凝露传感器存在以下问题：凝露传感器都是被动型动作，有时空气湿度很大，但由于凝露传感器处还没有形成结露，因此加热器不会起动，即有一定的迟后量。

2、柜内加装驱潮剂，如在柜体内悬挂硅胶袋，或者是其他的吸水材料，吸收柜内湿气，来降低开关柜内空气的含湿量。这种方法实际因为其吸水效果有限，且吸收的水分很难排出，所以效果往往并不明显，维护工作量也随之增加。

3、进出电缆缝隙使用胶泥封堵。用胶泥封堵开关柜底部进出电缆缝隙，只可以减少从电缆沟进入到开关柜内的水汽，并无法杜绝。

因此，上述几种处理方法都不能很好地解决开关柜凝露现象。

近年来，也有许多技术人员针对户外环网柜内环境控制提出了许多新的技术方案。如中国专利号zl201710324781.3，申请公布日为2017年8月25日，发明创造名称为：一种环网柜内微环境的控制方法，该申请案涉及一种环网柜内微环境的控制方法，环网柜包括外柜和高压柜，高压柜安装在外柜的内部，高压柜内有电缆联接仓，外柜上部开有排风口；微环境控制器安装在外柜的侧面，通过风机向外柜内送风，风机的送风量由智能控制单元控制，智能控制单元的控制信号来源与传感器；电缆联接仓上设有隔离网通气的流通通道，用于电缆联接仓和外柜之间的空气流通；送风途中部分气流产生横向分流，其余送达环网柜底部通过隔离网进入电缆联接仓并形成外柜内和电缆联接仓一体的空气环境，当风机向环网柜内送风时，置换后的热湿空气从柜顶排风口排出。该申请案通过降低环网柜内外及内部各处的温度梯度，消除了冷表面破坏凝露条件。又如中国专利号zl201721416491.3，授权公告日为2018年4月27日，发明创造名称为：开关柜微正压防潮系统，该申请案涉及一种开关柜微正压防潮系统，包括设置在开关柜内的气压检测器，与开关柜连通的进气管道以及依次设置在进气管道上的空气干燥器、空气过滤器和空气增压机；空气干燥器用于对进入其中的空气进行冷凝式除湿干燥，空气过滤器用于对经过干燥处理的空气进行过滤以除去空气中的杂质，空气增压机用于将经过除杂处理后的空气进行增压后通过进气管道输送至开关柜中；进气管道与开关柜连接的一端设有电磁阀，所述气压检测器、电池阀和空气增压机均与一控制器连接。该申请案通过空气增压机向开关柜中充入干燥、清洁的空气，使开关柜内部始终处于微正压状态，可防止开关柜外部空气进入其中以达到防潮的目的。

上述专利申请案在一定程度上解决了户外环网柜内凝露的问题，但因其在进排气风口的设计上不够合理，环网柜内的空气流动存在死角，且对于环网柜底部温度较低的空气无法进行充分利用，在有效进行防潮防凝露的基础上，难以同时兼顾环网柜内快速散热，以使环网柜处于较低的温度水平。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有户外环网柜内环境控制系统存在降温、除湿、防凝露效率低，且降温、除湿、防凝露三者难于同时兼顾的不足，提供一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，采用本发明的技术方案，通过对环网柜进排气风口的合理布置，利用两个进风方向不同的进风口的相互作用，进入的空气通过相互吹散作用在环网柜内四溢，避免了通风死角的问题，并且利用上下分布的两个排风口，上部排风口快速将上扬的高温空气排出，下部排风口进行辅助散热，实现环网柜内快速降温除湿，同时通过降低环网柜内空气的露点温度达到了开关柜内防凝露的目的；并且，利用排风口处的倒吸控制，配合风机作用能够将排风口处的热空气快速排出，降温速度快，除湿效果好，有效防止了环网柜内部凝露，提高了环网柜设备运行的安全性和可靠性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统，包括外柜和安装于外柜内的开关柜，所述的外柜上设有第一排风口、第二排风口、第一进风口和第二进风口，所述的第一排风口设于外柜的柜壁中上方，所述的第二排风口设于外柜的柜壁中下方，且第二排风口与第一排风口位于外柜的同一柜壁面上；所述的第一进风口设于与第一排风口所在柜壁面相对的柜壁面上，所述的第二进风口设于外柜的底部，所述的第一进风口处设有第一风机组，所述的第二进风口处设有第二风机组，且第二风机组连接有与地表大气相连通的通风管道；

还包括控制系统，所述的控制系统包括控制器、设于外柜外部的箱外温/湿度传感器、以及设于外柜内部的箱内温/湿度传感器和热流密度传感器，所述的箱外温/湿度传感器和箱内温/湿度传感器分别与控制器电连接，用于检测外柜内外的温度和湿度；所述的热流密度传感器与控制器电连接，用于检测第一排风口和第二排风口处的热流密度；所述的第一风机组和第二风机组分别与控制器电连接，用于根据外柜内外的温度和湿度信息以及排风口处的热流密度信息来控制第一风机组和第二风机组的开关和运行速度。

更进一步地，所述的外柜内还设有除湿器，所述的除湿器与控制器电连接，由控制器根据外柜内外的温度和湿度信息控制除湿器的开关和运行速度。

更进一步地，所述的除湿器为排水型电子除湿器。

更进一步地，所述的箱外温/湿度传感器设于第一风机组和第二风机组的通风风道内；所述的箱内温/湿度传感器和热流密度传感器均设于第一排风口和第二排风口附近。

更进一步地，所述的第一风机组和第二风机组的结构相同，均包括新风风机和空气过滤网，所述的新风风机和空气过滤网组合为风机机组。

本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统的控制方法，箱外温/湿度传感器、箱内温/湿度传感器和热流密度传感器实时监测外柜内外的温度和湿度以及外柜排风口处的热流密度信息，并将检测得到的信息反馈给控制器，控制器根据上述的温度和湿度、以及热流密度信息控制第一风机组和第二风机组的开关和运行速度；

当外柜外部空气低温、低湿时，且外柜内部温度或湿度高于设定值后，控制器控制第一风机组和/或第二风机组运行来对外柜内部进行通风；当外柜外部空气高温、高湿时，停止对外柜内部进行通风；

当外柜外部空气高温、高湿时，且外柜内部温度或湿度高于设定值后，控制器控制第一风机组和第二风机组同时送入自然风，第一风机组和第二风机组送入的两个不同方向的空气在外柜内交汇并相互吹散四溢，同时高温空气快速从第一排风口和第二排风口向外排出；第一风机组和第二风机组连续加压来使外柜内相对于大气呈正压状态；

当热流密度传感器检测到第一排风口和第二排风口处的热流密度过大时，控制器根据热流密度信息仿真出排风口的出口通风边界条件，并模拟出排风口的通风情况，利用第一风机组和第二风机组加压来使第一排风口和第二排风口形成抽吸作用，快速将周围的热空气排出外柜。

更进一步地，当外柜内部湿度高于设定值后，控制器控制设于外柜内的除湿器来对外柜内部进行除湿。

更进一步地，当外柜内部温度或湿度不高时，控制器选择性地控制第一风机组和第二风机组中的一组运行；并且，控制器根据外柜内部的温度及湿度情况来调节第一风机组和第二风机组风压大小。

更进一步地，所述的控制器通过无线或有线网络与云端服务器进行信息远传，且控制器具有gps定位功能。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，通过对环网柜进排气风口的合理布置，在潮湿、高温状况下，经过两个进风方向不同的风机加压处理，风机吹入的两股气流在环网柜内交汇，互相被吹散，更快的将外部温度较低的空气散布在环网柜各个角落，柜内热空气在上下两个排风口处能迅速排出去，实现环网柜内快速降温除湿，同时通过降低环网柜内空气的露点温度达到了开关柜内防凝露的目的；风机的连续加压能使环网柜内空气压力相对大气呈正压，使得在环网柜底部同电缆井间的空隙处的空气只能从上往下流动，杜绝了封口电缆井湿空气进入环网柜，确保柜内空气的露点温度低于柜内设备表面温度，从而达到除湿以及防凝露的作用；并且，利用排风口处的倒吸控制，配合风机作用能够将排风口处的热空气快速排出，降温速度快，除湿效果好，有效防止了环网柜内部凝露，提高了环网柜设备运行的安全性和可靠性；

(2)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，其外柜内还设有除湿器，除湿器与控制器电连接，由控制器根据外柜内外的温度和湿度信息控制除湿器的开关和运行速度；除湿器优选采用排水型电子除湿器；在环网柜内湿度较高且外部环境也处于高湿环境时，通过除湿器来对环网柜内部空气进行除湿，避免了环网柜内潮湿和凝露；

(3)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，其箱外温/湿度传感器设于第一风机组和第二风机组的通风风道内；箱内温/湿度传感器和热流密度传感器均设于第一排风口和第二排风口附近；温/湿度传感器位置设置合理，能够准确及时地检测到环网柜内外的温度和湿度信息，便于控制系统对环网柜内环境进行控制；

(4)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，其第一风机组和第二风机组的结构相同，均包括新风风机和空气过滤网，新风风机和空气过滤网组合为风机机组，风机机组结构简单紧凑，便于安装，并且对进入环网柜内的空气能够高效过滤，保证环网柜内空气的洁净；

(5)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，其摒弃了传统通过施行柜内加热等防凝露措施，而是通过降低柜内空气含湿量来降低柜内空气的露点温度，使空气的露点温度低于不允许出现凝露部件的表面温度，达到防凝露的目的；一方面，通过新风风机的作用平衡太阳辐射热传导至环网柜内的热量，确保设备在安全的环境温度下运行；另一方面，充分利用环网柜外气象条件，将环网柜外相对低湿空气置换环网柜内相对高湿空气，来控制环网柜内空气的湿度；还有，经新风风机给环网柜内加压，杜绝了电缆沟湿空气进入环网柜，加之环网柜内空气湿度的控制，降低了环网柜内空气的含湿量，确保环网柜内空气的露点温度低于环网柜内柜壁及设备表面温度，从而达到环网柜内防凝露的目的；

(6)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，当外柜内部温度或湿度不高时，控制器选择性地控制第一风机组和第二风机组中的一组运行；控制器根据外柜内部的温度及湿度情况来调节第一风机组和第二风机组风压大小；通过上述智能控制，达到节约能源的效果，合理地利用资源；

(7)本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，其控制器通过无线或有线网络与云端服务器进行信息远传，且控制器具有gps定位功能，这样运维人员可以在任何地点、任何时间实时了解环网柜的运行环境情况，第一时间掌握环网柜遭破坏的信息。及时发现问题，快速处理，大大提高了环网柜设备运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统的结构示意图；

图2为本发明中的第一风机组和第二风机组的结构示意图；

图3为本发明中的控制系统的原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、外柜；2、开关柜；3、第一排风口；4、第二排风口；5、第一进风口；6、第二进风口；7、第一风机组；8、第二风机组；9、通风管道；10、箱外温/湿度传感器；11、箱内温/湿度传感器；12、热流密度传感器；13、控制器；14、除湿器；15、新风风机；16、空气过滤网。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1、图2和图3所示，本实施例的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统，摒弃了传统通过施行柜内加热等防凝露措施，而是通过降低柜内空气含湿量来降低柜内空气的露点温度，使空气的露点温度低于不允许出现凝露部件的表面温度，达到防凝露的目的。如图1所示，在环网柜结构上，其包括外柜1和安装于外柜1内的开关柜2，开关柜2中的线缆通过底部的电缆沟与外部连接，外柜1上设有第一排风口3、第二排风口4、第一进风口5和第二进风口6，第一排风口3设于外柜1的柜壁中上方，第二排风口4设于外柜1的柜壁中下方，且第二排风口4与第一排风口3位于外柜1的同一柜壁面上；第一进风口5设于与第一排风口3所在柜壁面相对的柜壁面上，第二进风口6设于外柜1的底部，第一进风口5处设有第一风机组7，第二进风口6处设有第二风机组8，且第二风机组8连接有与地表大气相连通的通风管道9。两个进风口可分别从侧面和底部两个方向进风，进入环网柜内的两股空气交汇后相互吹散，使温度较低的空气弥散在环网柜内，且温度较高的空气从上下两个排风口排出。环网柜柜内空气状态主要由夏季长时间高温辐射造成，柜内较为封闭的环境导致柜内的空气温度持续升高，形成一股热空气，由于热空气的密度比冷空气的密度要低，因此热空气大部分往开关柜2顶部上升，风机吹入的自然风温度偏低，徘徊于环网柜底部，第一排风口3位于中上部可以快速、有效的降低环网柜内的温度，第二排风口4位于中下部主要起到辅助散热的效果。通过对环网柜进排气风口的合理布置，在潮湿、高温状况下，经过两个进风方向不同的风机加压处理，风机吹入的两股气流在环网柜内交汇，互相被吹散，更快的将外部温度较低的空气散布在环网柜各个角落，柜内热空气在上下两个排风口处能迅速排出去，实现环网柜内快速降温除湿，同时通过降低环网柜内空气的露点温度达到了开关柜内防凝露的目的；风机的连续加压能使环网柜内空气压力相对大气呈正压，使得在环网柜底部同电缆井间的空隙处的空气只能从上往下流动，杜绝了封口电缆井湿空气进入环网柜，确保柜内空气的露点温度低于柜内设备表面温度，从而达到除湿以及防凝露的作用。

如图1和图3所示，在控制系统方面，控制系统包括控制器13、设于外柜1外部的箱外温/湿度传感器10、以及设于外柜1内部的箱内温/湿度传感器11和热流密度传感器12，箱外温/湿度传感器10和箱内温/湿度传感器11分别与控制器13电连接，用于检测外柜1内外的温度和湿度；热流密度传感器12与控制器13电连接，用于检测第一排风口3和第二排风口4处的热流密度；第一风机组7和第二风机组8分别与控制器13电连接，用于根据外柜1内外的温度和湿度信息以及排风口处的热流密度信息来控制第一风机组7和第二风机组8的开关和运行速度。环网柜内环境通过智能控制，实现了设备的智能管理功能，利于站所无人值守的要求。控制系统利用环网柜外空气温湿度随时间变化的规律和环网柜的围护结构具有对箱外空气温度、湿度变化的衰减作用，再通过两个排风口和不同方位进风风机加压以及排风口处的倒吸设置，实现了当环网柜外空气低温、低湿时运行通风，当环网柜外空气高温、高湿时停止通风，达到将环网柜外相对低温空气和低湿空气置换环网柜内相对高温空气或相对高湿空气，来控制环网箱内空气的温度和湿度。控制器13根据热流密度信息仿真出排风口的出口通风边界条件，并模拟出排风口的通风情况，利用第一风机组7和第二风机组8加压来使第一排风口3和第二排风口4形成抽吸作用，快速将周围的热空气排出外柜1，降温速度快，除湿效果好，有效防止了环网柜内部凝露，提高了环网柜设备运行的安全性和可靠性。

另外，在本实施例中，外柜1内还设有除湿器14，除湿器14与控制器13电连接，由控制器13根据外柜1内外的温度和湿度信息控制除湿器14的开关和运行速度，在环网柜内湿度较高且外部环境也处于高湿环境时，通过除湿器14来对环网柜内部空气进行除湿，避免了环网柜内潮湿和凝露。上述的除湿器14优选采用排水型电子除湿器，便于除湿器将凝水排出。为了保证环网柜内外温湿度检测的精确性，箱外温/湿度传感器10设于第一风机组7和第二风机组8的通风风道内，箱内温/湿度传感器11和热流密度传感器12均设于第一排风口3和第二排风口4附近；上述的温/湿度传感器位置设置合理，能够准确及时地检测到环网柜内外的温度和湿度信息，便于控制系统对环网柜内环境进行控制，并且，可以更容易以及方便监测环网柜高温或潮湿状况，以便管理人员合理、有效消除隐患，让整个环网柜系统安全稳定运行。此外，为了便于加工制作，如图2所示，在本实施例中，上述的第一风机组7和第二风机组8的结构相同，均包括新风风机15和空气过滤网16，新风风机15和空气过滤网16组合为风机机组，风机机组结构简单紧凑，便于安装，并且对进入环网柜内的空气能够高效过滤，保证环网柜内空气的洁净。

根据温度传感器测得的数据可知，环网柜内高温的空气状态主要夏季置于室外的高温产生的温升引起柜内空气温度上升，由柜外进入的灰尘和水气使柜内空气呈现温度高、湿度大、积灰多的状况，形成环网柜内上述空气状态的原因是夏季户外散发出来的热量使柜内的空气温度升高，形成一股热空气；由于热空气的密度比冷空气的密度要低，因此热空气往开关柜顶部上升，从而在柜内形成一股自下而上的气流，导致柜内底部形成一个负压区，柜外空气将从柜体下部二个通道补入柜内，一是由于开关柜柜壁、柜门存在缝隙，柜外箱内空气会从此补入柜内，二是由进排风口补入空气。基于上述原因，环网柜的风机控制方式对于降温除湿和防凝露具有重要影响。

在本实施例中，上述的用于户外环网柜内降温防凝露系统的控制方法如下：

箱外温/湿度传感器10、箱内温/湿度传感器11和热流密度传感器12实时监测外柜1内外的温度和湿度以及外柜1排风口处的热流密度信息，并将检测得到的信息反馈给控制器13，控制器13根据上述的温度和湿度、以及热流密度信息控制第一风机组7和第二风机组8的开关和运行速度；

当外柜1外部空气低温、低湿时，且外柜1内部温度或湿度高于设定值后，控制器13控制第一风机组7和/或第二风机组8运行来对外柜1内部进行通风；当外柜1外部空气高温、高湿时，停止对外柜1内部进行通风；

当外柜1外部空气高温、高湿时，且外柜1内部温度或湿度高于设定值后，控制器13控制第一风机组7和第二风机组8同时送入自然风，第一风机组7和第二风机组8送入的两个不同方向的空气在外柜1内交汇并相互吹散四溢，同时高温空气快速从第一排风口3和第二排风口4向外排出；第一风机组7和第二风机组8连续加压来使外柜1内相对于大气呈正压状态，使得在环网柜底部同电缆井间的空隙处的空气只能从上往下流动，杜绝了封口电缆井湿空气进入环网柜，确保柜内空气的露点温度低于柜内设备表面温度，解决了环网柜除湿以及防凝露的问题；

当热流密度传感器12检测到第一排风口3和第二排风口4处的热流密度过大时，控制器13根据热流密度信息仿真出排风口的出口通风边界条件，并模拟出排风口的通风情况，利用第一风机组7和第二风机组8加压来使第一排风口3和第二排风口4形成抽吸作用，快速将周围的热空气排出外柜1。排风口处的具体倒吸设置为：通过控制器13的后台监测，监测到排风口处热流密度过大，则仿真软件将排风口自动设置为出口通风边界条件，出口通风边界条件用于模拟出口通风情况，并给定一个损失系数和环境(出口)压力和温度，这种边界条件状态能够达到一种抽吸效果，将排风口周围的热空气排出环网柜外，从而加速环网柜内散热速度。经试验验证，这种方式可以快速使柜内高温的状况得到改善，在8分钟内能将环网柜内温度下降30℃，使环网柜能安全、稳定运行。

另外，当外柜1内部湿度高于设定值后，控制器13控制设于外柜1内的除湿器14来对外柜1内部进行除湿。当外柜1内部温度或湿度不高时，控制器13选择性地控制第一风机组7和第二风机组8中的一组运行；并且，控制器13根据外柜1内部的温度及湿度情况来调节第一风机组7和第二风机组8风压大小。通过上述智能控制，达到节约能源的效果，合理地利用资源。而且，控制器13通过无线或有线网络与云端服务器进行信息远传，且控制器13具有gps定位功能，这样运维人员可以在任何地点、任何时间实时了解环网柜的运行环境情况，第一时间掌握环网柜遭破坏的信息。及时发现问题，快速处理，大大提高了环网柜设备运行的安全性和可靠性。

本发明的一种用于户外环网柜内降温防凝露系统及其控制方法，其摒弃了传统通过施行柜内加热等防凝露措施，而是通过降低柜内空气含湿量来降低柜内空气的露点温度，使空气的露点温度低于不允许出现凝露部件的表面温度，达到防凝露的目的；一方面，通过新风风机的作用平衡太阳辐射热传导至环网柜内的热量，确保设备在安全的环境温度下运行；另一方面，充分利用环网柜外气象条件，将环网柜外相对低湿空气置换环网柜内相对高湿空气，来控制环网柜内空气的湿度；还有，经新风风机给环网柜内加压，杜绝了电缆沟湿空气进入环网柜，加之环网柜内空气湿度的控制，降低了环网柜内空气的含湿量，确保环网柜内空气的露点温度低于环网柜内柜壁及设备表面温度，从而达到环网柜内防凝露的目的；并且，利用排风口处的倒吸控制，配合风机作用能够将排风口处的热空气快速排出，降温速度快，除湿效果好，有效防止了环网柜内部凝露，提高了环网柜设备运行的安全性和可靠性。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。