户外电力机柜通风散热与防水防尘的矛盾解决分析研究

对于户外电力机柜而言，如单独考虑散热、防尘、防水其中一项或者两项都是比较好实现的。但对于采用强制风冷的户外机柜而言，需要同时满足散热，防尘和防水的要求则相对比较难以实现。本文将介绍如何解决通风散热与防水防尘防潮之间的矛盾。






随着电力行业的发展，越来越多的电气机柜要求能够直接在户外使用。由于在户外使用环境下，机柜面对的环境相当恶劣，这也对机柜的散热和防尘防水提出了很高的要求。

目前户外电力机柜产生故障很重要的一个原因就是散热，防尘防水失效导致的。据统计:电子设备的失效原因中有55％是由于温度过高引起的;对电力电子产品而言，工作温度每升高10C，器件的失效会增加一个数量级

目前常用的散热方式有自然散热、液冷，换热器、空调、强制风冷等几种方案。以上几种方案适用场景各有不同。由于风扇风冷具有能够适用于功耗较大的电力设备，安装组护方便，成本低的优点，所以本文主要针对采用风扇强制风冷这种户外电力机柜。

户外机柜的防护等一般都要求达到＂IP54”或以上，根搭《G4208-2008外壳防护等级》的要求，机柜需达到防尘和防喷水。


对户外电力机柜而言，散热和防尘防水都是必须要同时去综合考量的。由于强制风冷和防尘防水本身就相互矛盾，所以在设计中常常很难找到一个合适的平衡点。本文通过对目前典型的户外机柜散热和防护结构的分析，总结出一种防尘防水与通风散热一体化，运维方便，散热效果好的户外机柜解决方案。

典型户外机柜散热和防尘防水结构介绍

目前大部分户外机柜都采用“下进风、上出风”散热方式设计即进风口设计在机柜的底部或者下部，系统风机布置在机柜顶部或上部位置。

此类机柜防水结构为进风口在机柜底部和门板下部。进风口因隐在下面，雨水无法进入，不需要在单独设计防水结构;门板下部的的进风口一般设计为百叶窗式结构，同时在百叶窗内部在增加一个防水挡板结构，或者进风口采用迷宫式防水。顶部出风口设计专门的防水顶罩，顶罩内部有迷宫式的防水结构。

此类机柜的防尘主要通过在机柜底部进风口安装初效过滤棉。以上列出的只是“下进风、上出风这种散热方式最常见的一种，其他结构上可能略有不同，但总体基本一致的。总结此类散热方式的机柜，我们发现以下间题

1)为了防水、在机柜的出风口一般都会做述宫式的防水结构。但也造成出风口风阻增加，影响系统散热性能。

2)为了防尘，进风口会增加滤棉。同样也增加了系统风阻影响散热。而且滤棉本身要定期维护，且运维不便利，甚至需要关停设备进行维护，增加了后期的维护成本。


3)出风口处只做了防水结构，没有棉，设备没有运行或者做防尘测试时也会进尘。如在出风口处也做防尘滤棉结构，则系统阻力太大，散热无法清足要求。

4)电感、变压器这类器件质量大，布置时一般在机柜底部;IGBT这类器件质量较小，发热量大，一般会布置在上部。但电感、变压器这类器件允许温升较高，IGBT这类器件対温度比较感，属于热敏感器件。这样的布置造成冷风经底部进风口进来后先给电感、变压器这些器件散热，加热后的空气然后才经过散热器给1GBT散热。


实际上是，因为这些电气设备箱体内，因为对环境要求很高，既不能进水，也不能进沙尘粉尘，或者不能进潮气，因为市面上没有一款既满足通风散热的同时，又可以防水，又可以防沙滤尘，又可以防潮的产品，所以只能无奈的将电气箱体设计成密闭的，里面放一台工业空凋进行冷却，然后不开进风口了。自从有了综合一体化防护通风过滤装置（防护等级IP54、IP65）问世之后，在通风，防尘，净化方面做到有保证之后，结构设计工程师们就可以大胆的在箱体上开进风口了，也大大提高了设备在恶劣环境中的使用寿命。


本装置为专利叶片和过滤器一体化设计，可阻挡雨水，沙尘，水雾进入室内，过滤装置的打开方式为抽插式，可实现上下左右方式抽出，实现轻易取下滤网清洗更换滤料。目前国内各大电力电子龙头企业均在应用。同时也成为风电场SVG室防水防尘防潮改造的标配。