轨道车辆电气柜防结露设计分析

王英+施晓芳+庄政杰

摘 要：我国幅员辽阔，南北温度差异很大，温度范围可达-40℃～40℃，尤其是冬季，在东北极端低温可达-45℃，为满足乘客乘坐舒适，车内温度始终需保持在23℃左右，由于车内外温差巨大，有时会导致车内某些部位结露，形成冷凝水，对车辆造成损坏，尤其是电气柜内，将给车辆电气控制及行车安装带来极大隐患。

关键词：电气柜；隔热；冷凝水；防结露；轨道交通

中图分类号：U26 文献标志码：A

Abstract： China is a vast country， The north-south temperature is very different， the temperature range can be from -40 ℃ to 40 ℃ ， especially in winter， in the northeast of china，the extreme low temperature can reach to -45 ℃， in order to meet passenger comfort， the temperature inside the car always needs to keep 23 ℃ or so， because the difference of temperature between inside and outside is huge， sometimes condensates into dew on surfaces of some cabinets， damages to the vehicle， especially in electric cabinet， it will take harm to the driving safety.

Keywords： electrical cabinet； thermal insulation； condensate water； prevent coacervation； rail transportation

1 结露问题的提出

电气柜是轨道车辆的重要部分，在电气柜内集合了车辆信号、网络、空调、乘客信息等众多系统的大脑（主机），还汇集了大量的车辆控制用的继电器、接觸器和低压供配电用的端子排、连接器等，可以说电气柜及其内部的设备集合体就是轨道车辆电气化、智能化的核心。而恰恰是在此部位，为了满足安装强度的需求，结构的限制，导致该处成为车体防寒、隔热的薄弱环节。尤其在冬季的北方高寒地带，水蒸气就会在一些表面凝结，形成结露，当形成的结露较多时，聚集到一定程度就会形成较大水滴，在本身重力和车辆振动冲击力的情况下有可能滴落到电气设备上损坏设备，给行车安全造成隐患。因此，对车辆的结露原因和防结露技术进行研究是很有必要的。

2 结露的原理

物体的热量传递主要包括3类：传导（固体之间的热量传递）、对流（固体表面与流体间的热量传递）、辐射（物体表面与不直接接触的周围物体间的热量传递）。对于轨道车辆的传热，主要是车内外温差引起的，热传递形式主要是传导和对流，例如当列车运行时，列车与冷空气就形成了热对流，而车体与电气柜之间通过金属安装座形成热传导。

在冬季，车辆外部温度很低，而车内始终保持人体的舒适温度，温差巨大。根据热传递的基本理论，凡是有温差的地方，就有热量转移的发生。当高温物体向低温物体传递热量时，在一定湿度下达到环境空气中的露点温度，就会产生该湿度下低温物体表面的结露。由于电气柜安装结构的需要，必须直接安装于车体C型槽上或安装于焊接在车体上的安装座上，而车体防寒材在这些地方无法布置，会出现断点，车外的低温会随着电气柜的安装座和螺栓传递到电气柜骨架上，进而传递给其他设备，这些部位的表面温度低于电气柜区域空气的露点温度时，就会形成依附于低温表面的凝结液体，即结露。

由于柜体骨架和柜内设备都不是亲水材料构成，凝结液在凝结表面会形成一颗颗小液珠，随着结露过程的进行，这些小液珠会逐渐长大，到一定尺寸后，在重力的影响下超过界面力或在车辆冲击和震动情况下，它们便会随机地沿凝结表面滚落，沿途与相遇的液珠汇合形成更大的液滴，而且又清扫了相应路线上的表面区域，这些清扫过后的表面区域又会形成新的结露，循环往复，使得电气柜区域湿度增加，进而加重结露的形成。

3 结露对电气设备的影响

3.1 降低电气设备的绝缘强度或短路

凝结的水滴掉落到电气件表面，会使设备的绝缘电阻降低，特别是遇有灰尘的设备，灰尘吸附水分后，会使设备的泄露电流大大增加，甚至绝缘击穿。如果水滴滴落到接触体上会造成短路。

3.2 金属腐蚀

凝结的水滴对电气柜柜体、电气设备中的导电金属都具有腐蚀作用，尤其是结露导致湿度增加，会加快金属的腐蚀，严重降低设备的性能和使用寿命。

4 设计对策

防止电气柜内结露可以从两方面进行，一是减少热量交换，降低车外低温向车内的传递，避免结露的形成；二是使用亲水材料，在低温表面低于露点温度时，允许形成凝结液体，但润湿角θ<90°，凝结液体在表面会形成一层完整的液膜，然后被亲水材料吸附，从而避免形成一个一个的液滴。

（1）减少热量的交换可以从结构上进行改善设计，例如可以在电气柜与车体安装座之间增加非金属过渡件，利用非金属导热系数低的特点减缓低温向车内的传递，如图1所示的结构。

图1所示为电气柜安装件，中间部分为橡胶材质，正反两面为金属材质，整体注塑成型。其中，正面为一L型角铁，起到加强筋的作用；反面有两块金属板，中间由橡胶隔开，两块金属板分别连接电气柜骨架和车体上的安装座，如图2所示。

通过这种结构首先将电气柜骨架和车体安装座分开，利用橡胶导热系数低的特点减缓了车外温度向车内的传递，同时也能满足安装的要求。

（2）在有易产生结露部位涂防结露涂料。防结露涂料的机理主要在于其吸湿性，即防结露涂料所形成的涂膜具备两个特征：一是具备一定的厚度（吸湿体积）；二是涂膜是多孔的，其内部具有连通的孔隙能够容纳表面吸附的冷凝水。这样，当空气中的水蒸气因为温差而在涂膜表面凝结时，水分就被吸附在涂膜中，从而防止表面露珠的出现，达到防结露的目的。当电气柜内外温差发生变化，空气中的相对湿度降低时，涂膜中的水分就会蒸发到空气中，并逐步趋于干燥，然后准备下一次吸附、蒸发，如此反复，达到长期防结露的目的。

结语

对于在冬季高寒地区运行的车辆，电气柜冷凝结露问题不可忽视，给电气柜内各设备提供一个温湿度适宜的环境是设备正常工作和列车安全运行的必要条件，尤其是运行速度较高的线路，根据对流传热理论，速度越高，流体（气体）的掺混就越强烈，对流传热就越强，低温向车内传递的就越快，结露的可能性就越大，所以充分考虑车体结构和运行环境，结合以上两种方式进行合理的防结露设计很重要。

参考文献

[1]张思青，何士华.水电站供排水管道结露机理及处理技术[J].水利水电科技进展，2003（5）：48-50.

[2]杨世铭.传热学[M].北京：高等教育出版社，1989.endprint