地铁车辆电气屏柜工作湿度研究与改善

万 帆，贾继云，刘 聪

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

地铁车辆电气屏柜内布置了各控制系统相关电气设备，电气设备的运作对环境湿度具有一定的要求。对于处于湿度较大的地区，为降低电气屏柜内空气湿度，保障电气设备正常工作，电气屏柜中需增添一定量的干燥剂，放置在屏柜下部合适位置。干燥剂在电气屏柜中的应用对城轨车辆正常运营具有一定的意义，本文以华南地区某地铁车辆项目为例，分析了干燥剂在电气屏柜中的用量。

1 地铁车辆空调与通风系统

地铁车辆具有空调与通风系统，每节车厢布置2台空调机组。一般空调机组采用两端送风、端部回风型式。空调通风系统的设计将保证整个客室内均匀的空气分配，客室内各处风速基本一致，气流流动合理，送入客室的冷风与客室内的空气充分混合，以形成均匀的温度场和速度场，给乘客以舒适的环境。车辆在正常行驶时，客室内的温度小于或等于27℃，相对湿度小于或等于65%，能满足电气设备的正常运行。

而当车辆较长时间置于库内时，车辆内部直接和外部环境相通，较高的空气相对湿度会对车载设备造成影响。同样，对于车外屏柜，比如车下低压箱或蓄电池箱等，自然环境就是工作环境，增加适量的干燥剂以降低电气屏柜工作空气湿度，可以对电气设备起到预防保护作用。

2 车载电气设备工作环境

在裸露的自然环境下，气候条件会对电气设备的正常工作产生一定的影响，比如灰尘、湿度、温度等。车载电气设备的工作环境具有相关的标准规定，国际标准IEC 60077-1999铁路应用-机车车辆电气设备中规定了设备工作环境条件，该标准具体规定参照国际标准 IEC62498-1，标定范围包括机车车载电气、机电和电子设备的使用，以及以下环境参数：高度、温度、湿度、空气流动、雨雪和冰雹、冰、太阳辐射、闪电、污染、振动和冲击、电磁干扰环境、供应系统特性等。其中第4章第4条中明确规定湿度应考虑外部湿度水平：年平均：小于或等于75%相对湿度；一年持续30 d：相对湿度75%～95%；不定期其他天：相对湿度95%～100%。

另外，任何的水气凝结将不会导致工作故障。因此，车载电气设备可以满足短时间的高湿度环境，且需满足年平均小于或等于75%相对湿度环境。

3 电气屏柜设备对工作环境的要求

地铁车辆电气屏柜内安装了大量的电气元件和其他车载设备，比如断路器、继电器、接触器、数字量输入输出模块、PIS主机、事件记录仪、诊断仪、端子排等。这些设备的正常运作才能保证城轨车辆的正常运营行驶，而像继电器由于具有标准化程度高、灵敏度高、通用性好、控制功率小等优点，使得地铁列车电路控制多半采用继电器控制[1]。屏柜车载电气元件若出现故障，会造成列车救援、清客和晚点等情况，给地铁运营服务质量带来不同程度的影响。所以保证城轨车辆电气设备的工作环境对城轨车辆的运营至关重要。

以端子排为例，特殊的气候条件会对端子排中弹簧的长期稳定性造成影响，而在气候试验中会将这些气候条件在实验室中模拟出来。依据标准IEC/EN 60068-2-42中规定要求，端子排的工作气候湿度条件不超过75%。

通过调研查阅，部分低压电气设备对工作环境中湿度的要求(见表1)。由此可知，城轨车辆常见低压电气设备比如客室车载监控主机、车载网络交换机、LCU机箱、中继器等运行湿度范围在95%以下的环境中，端子排及继电器的工作气候湿度条件小于或等于75%。可以了解到城轨车辆主要低压电气设备的设计大多数基于铁路标准IEC60077、IEC60571、IEC60068和 IEC62498对工作环境湿度的要求。

表1 部分低压电气设备对湿度的要求

4 华南地区自然地理环境

华南地区位于中国最南部，北与华中地区、华东地区相接，南面包括辽阔的南海和南海诸岛，属于亚热带季风气候。春季常有低温阴雨、对强流、春旱等，天气多变；夏季高温多雨，气象灾害多；秋季少雨干旱；冬季低温干冷，降水少。整年平均相对湿度达77%，一年中3-8月平均相对湿度可达到80%～82%，局部地区的实时相对湿度能达到95%～100%。

总体上来说，华南地区雨量充沛，雨季出现在每年的4-9月，雨季持续时间长，且高温、暴雨、雷雨、台风等气象天气常有发生，年平均湿度较高。

5 干燥剂的应用

干燥剂也称吸附剂，能够去除潮湿物质中的水分，对被保护物质起除湿、防潮、防霉及干燥等作用。干燥剂按其功能常分为两类：物理干燥剂和化学干燥剂。物理干燥剂是通过物理吸附水，将水分子吸附在自身的结构中进行干燥，比较常见的有活性碳、硅胶、活性氧化铝等；化学干燥剂是通过自身与水分子相结合，与之发生化学反应生成另外一种物质进行干燥，比较常见的有生石灰、氯化钙、硫酸钙等[2]。特殊物品环境中湿气的管控对产品质量保障具有重要的意义，也对产品良率的控制具有积极的推动。目前，干燥剂广泛应用于家具、服装、食品、药品、集成电路、精密仪器、电子产品、图书字画等领域。

变色硅胶干燥剂呈不规则球状，主要成分为二氧化硅，颜色随湿度不同而变化，是一种高活性吸附材料。硅胶干燥剂最适合的吸湿环境为室温(21℃～32℃)，硅胶的吸水率可达31%～37%以上。硅胶干燥剂由于其吸附性高、热稳定性好、化学性质稳定等特点，决定了其在诸多领域难以替代[3]。

6 干燥剂用量分析

鉴于城轨车辆结构的特殊性，电气屏柜与内装中顶空间是相连通的，故内装包围的空间包含两部分，一部分为电气屏柜空间，另一部分为中顶空间。以中间车为例，对其电气屏柜所需硅胶干燥剂用量分析如下。

单个电气屏柜空间为1.6 m3；中顶空间为23.19 m3；中间车内装包围总空间为：4个电气屏柜空间+中顶空间=4×1.6+23.19=29.59 m3。根据干燥剂推荐使用剂量，建议1 m3使用1 250 g干燥剂，故中间车需要使用的干燥剂为：29.59×1 250=36 987.5 g。因此每个电气屏柜内需要设置的干燥剂为：36 987.5/4≈9 247 g。干燥剂的规格为1 000 g/袋，每个电气屏柜至少需要放置10袋。

其他车上的电气屏柜干燥剂计算方法类似。

7 结语

干燥剂广泛应用于各行各业，对产品质量的保障具有重要的意义。华南地区年平均湿度高，雨季时节空气相对湿度能达到95%以上，空气湿度远远超出了铁路标准及设备自身对环境的要求，设备设计安装时需要考虑空气湿度对电气设备的影响。分析可知，该项目中间车电气屏柜需要放置10包该规格变色硅胶干燥剂，降低柜内空气相对湿度，以改善电气设备工作环境。