新型环保通信基站配电柜结构设计

陈星宇 田仲富

摘 要：在本设计方案中，为了解决目前大多数配电柜所采用的“柜体开设散热孔阵”进行散热的方式所排出热量有限并且排热不及时等问题，同时防止热气排出过程中导致可能存在的大气污染物进入配电柜内腐蚀电子元器件，以及避免配电柜内电气设备运行时受热产生的有毒有害气体排入大气造成污染等环境问题，基于热空气上升原理、电化学腐蚀理论以及环保理念设计一种集散热、防尘防雨、防电气元器件受蚀、防排气污染四大功能为一体的新型环保通信基站配电柜结构。

关键词：通信基站;配电柜结构;散热;防尘防水;电化学腐蚀;环保

1 研究背景

通信基站是移动通信网络中的关键基础设施，随着移动通信网络业务的蓬勃发展，移动通信基站的建设覆盖面越来越广，其已经成为通信运营商投资的热点。配电柜是通信基站的重要组成部分，对它的研究起到至关重要的作用。

2 现有技术现状

配电柜内安装的各类电气元件在运行时会发出大量的热，若配电柜内部的热量不能及时排出极易使其内部温度快速升高，从而使电气元件受损。目前现有的配电柜往往通过在柜体上开设散热孔的方式来进行散热，但由于散热孔的孔径大小与分布有限制，故不能及时排出柜体中的热量。此外，传统配电柜在处理散热时极少考虑通过散热孔进入配电柜内的大气污染物。这些气体将使电子元器件快速腐蚀，从而使器件功能受到严重的影响甚至损毁。此外，电气设备受热而导致的设备外部涂层等处的物质分解产生的有毒有害气体若未在经过处理的情况下进入大气，在数量庞大的基站配电柜中经过积累，会产生严重的环境问题。传统配电柜对此方面的改进存在缺陷与不足。

3 研究目标

根据热空气上升原理，通过在配电柜顶部设置专门的通风口来取代传统散热方式中的散热孔阵，从而能够达到使聚集在配电柜上部的热气在短时间内及时排出的效果，实现降低配电柜内温度的目的。为了避免来自外界的粉尘通过通风口进入到配电柜内，在通风口上方设置外凸沿和防尘罩的结构。在散热通道末端与外界大气相连处增加物理或化学滤除污染物的装置结构，使大气中可能存在的污染物不會进入配电柜内腐蚀电子元器件造成损坏，同时也能使配电柜内电器设备运行时受热产生的有毒有害气体不会被排入大气造成污染，最终实现散热通道进与出的绿色环保。

4 创新技术方案

本文所示技术的关键创新在于通信基站配电柜中柜体顶部集散热、防尘防雨、防电气元器件受蚀、防排气污染四大功能为一体的结构，如图1所示。

散热：根据热空气上升原理，为了使配电柜上部积聚的热气在短时间内及时排出，达到降低配电柜内温度的效果，故在通信基站配电柜的顶板上开设通风口，以取代传统配电柜中通过打散热孔形成阵列的方法。散热过程通过通风口直接与外界大气相连，可以有效解决在顶板或四周打散热孔阵导致总体有效排热面积不足的问题。

防尘防雨：在保证散热效果的同时需要避免外部的粉尘、雨水等通过通风口进入到配电柜内，故在通风口向外延伸与配电柜的柜体顶板相连形成外凸沿时，在其上设置用于防粉尘的防尘罩，从而在增加散热效果的同时又能有良好的防尘效果，保证了配电柜内部电气设备的清洁。为了使灰尘、雨水等更不易进入配电柜内，可将外凸沿的截面设置为由斜坡面与水平面组合形成的斜坡台阶状，斜坡面的坡度与级数可以根据具体情况灵活设置。同时，为了热气能够顺利地流通，将防尘罩下凸沿的截面做成与外凸沿相适配的斜坡台阶状，且设置多个用于支撑防尘罩的支撑柱，进而在防尘罩与外凸沿之间形成散热通道，使其一端与通风口连通，另一端与外界连通。由此，一方面能够避免外凸沿与下凸沿上的雨水通过通风口进入配电柜中，另一方面也使散热通道进行了多次折弯迂回，从而能够抵挡大量的粉尘进入，增强防尘效果。

防电气元器件受蚀：在考虑粉尘与水气进入配电柜会对内部电气元件造成影响之外，大气污染物造成电子元器件腐蚀的影响也非常致命，而电子器件腐蚀失效是以金属腐蚀为主[1]。即使在大气环境中存在浓度极低的SO2、SO3、H2S、NOx等有害气体，也会对电子设备造成严重腐蚀与故障。电气设备中常用的金属为铜，经研究[2]表明，H2S气体可能是导致电气设备中铜质元件产生腐蚀现象的主要因素。

首先，可在配电柜的散热通道末端安装物理或化学过滤装置，如图2所示。当基站所处的自然环境不同时，此处理装置有所不同：若基站所在地的大气中某种性质的污染物浓度明显多于其他种类，或者温、湿度有着显著特征时，应当以主要污染物为首要解决目标制定方案。其次，通过限定外凸沿斜坡台阶状的斜坡面级数可以控制热气最终到达散热通道末端的温度，确保不会由于温度过高引起附加化学反应。

防排气污染：除了考虑外界污染气体对于配电柜内部电气设备的影响，电气设备在长期运行时受热会产生有毒有害气体。最方便有效的方法为物理吸附。例如采用固体颗粒吸附剂，可在大气物进入具有多次折弯迂回的散热通道之前吸附绝大部分的水分与有害气体污染物。当基站所处环境为明显干燥，或过于潮湿，或过度偏酸或偏碱时，也可采用化学试剂，使目标物质与化学试剂产生反应。

5 结束语

本设计的改进不仅可以用于通信基站配电柜，也适用于其他电气系统与设备的外壳保护装置。相比于传统配电柜，本设计完成了以下两个方面的改进：

1、配电柜顶板的通风口向外多次折弯迂回延伸与柜体顶板相连形成外凸沿，在其上遮罩与斜坡台阶状的外凸沿相适配的防尘罩，然后外凸沿与防尘罩之间形成散热通道。从而在增加散热效果的同时又能防止灰尘，保证配电柜内电气元件的清洁;

2、在散热通道末端与外界大气相连处增加物理或化学滤除污染物的装置结构，既使大气污染物不会进入配电柜腐蚀电子元器件，也能使配电柜内电器设备运行时受热产生的有毒有害气体不会被排入大气造成污染，实现绿色环保。

参考文献：

[1]史训涛，柯清派，黎智，陈川，揭敢新，王俊.配网自动化设备腐蚀加速试验研究[J].环境技术，2020，38（05）：31-34+38.

[2]易亚文，陈自然，朱海，王涛，陈川，杨阳.水力发电厂电气设备铜材元件的腐蚀原因[J].腐蚀与防护，2021，42（04）：62-66+72.