新型環(huán)保通信基站配電柜結(jié)構(gòu)設(shè)計

陳星宇 田仲富

摘 要：在本設(shè)計方案中，為了解決目前大多數(shù)配電柜所采用的“柜體開設(shè)散熱孔陣”進(jìn)行散熱的方式所排出熱量有限并且排熱不及時等問題，同時防止熱氣排出過程中導(dǎo)致可能存在的大氣污染物進(jìn)入配電柜內(nèi)腐蝕電子元器件，以及避免配電柜內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行時受熱產(chǎn)生的有毒有害氣體排入大氣造成污染等環(huán)境問題，基于熱空氣上升原理、電化學(xué)腐蝕理論以及環(huán)保理念設(shè)計一種集散熱、防塵防雨、防電氣元器件受蝕、防排氣污染四大功能為一體的新型環(huán)保通信基站配電柜結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：通信基站;配電柜結(jié)構(gòu);散熱;防塵防水;電化學(xué)腐蝕;環(huán)保

1 研究背景

通信基站是移動通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，移動通信基站的建設(shè)覆蓋面越來越廣，其已經(jīng)成為通信運(yùn)營商投資的熱點(diǎn)。配電柜是通信基站的重要組成部分，對它的研究起到至關(guān)重要的作用。

2 現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀

配電柜內(nèi)安裝的各類電氣元件在運(yùn)行時會發(fā)出大量的熱，若配電柜內(nèi)部的熱量不能及時排出極易使其內(nèi)部溫度快速升高，從而使電氣元件受損。目前現(xiàn)有的配電柜往往通過在柜體上開設(shè)散熱孔的方式來進(jìn)行散熱，但由于散熱孔的孔徑大小與分布有限制，故不能及時排出柜體中的熱量。此外，傳統(tǒng)配電柜在處理散熱時極少考慮通過散熱孔進(jìn)入配電柜內(nèi)的大氣污染物。這些氣體將使電子元器件快速腐蝕，從而使器件功能受到嚴(yán)重的影響甚至損毀。此外，電氣設(shè)備受熱而導(dǎo)致的設(shè)備外部涂層等處的物質(zhì)分解產(chǎn)生的有毒有害氣體若未在經(jīng)過處理的情況下進(jìn)入大氣，在數(shù)量龐大的基站配電柜中經(jīng)過積累，會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問題。傳統(tǒng)配電柜對此方面的改進(jìn)存在缺陷與不足。

3 研究目標(biāo)

根據(jù)熱空氣上升原理，通過在配電柜頂部設(shè)置專門的通風(fēng)口來取代傳統(tǒng)散熱方式中的散熱孔陣，從而能夠達(dá)到使聚集在配電柜上部的熱氣在短時間內(nèi)及時排出的效果，實(shí)現(xiàn)降低配電柜內(nèi)溫度的目的。為了避免來自外界的粉塵通過通風(fēng)口進(jìn)入到配電柜內(nèi)，在通風(fēng)口上方設(shè)置外凸沿和防塵罩的結(jié)構(gòu)。在散熱通道末端與外界大氣相連處增加物理或化學(xué)濾除污染物的裝置結(jié)構(gòu)，使大氣中可能存在的污染物不會進(jìn)入配電柜內(nèi)腐蝕電子元器件造成損壞，同時也能使配電柜內(nèi)電器設(shè)備運(yùn)行時受熱產(chǎn)生的有毒有害氣體不會被排入大氣造成污染，最終實(shí)現(xiàn)散熱通道進(jìn)與出的綠色環(huán)保。

4 創(chuàng)新技術(shù)方案

本文所示技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新在于通信基站配電柜中柜體頂部集散熱、防塵防雨、防電氣元器件受蝕、防排氣污染四大功能為一體的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

散熱：根據(jù)熱空氣上升原理，為了使配電柜上部積聚的熱氣在短時間內(nèi)及時排出，達(dá)到降低配電柜內(nèi)溫度的效果，故在通信基站配電柜的頂板上開設(shè)通風(fēng)口，以取代傳統(tǒng)配電柜中通過打散熱孔形成陣列的方法。散熱過程通過通風(fēng)口直接與外界大氣相連，可以有效解決在頂板或四周打散熱孔陣導(dǎo)致總體有效排熱面積不足的問題。

防塵防雨：在保證散熱效果的同時需要避免外部的粉塵、雨水等通過通風(fēng)口進(jìn)入到配電柜內(nèi)，故在通風(fēng)口向外延伸與配電柜的柜體頂板相連形成外凸沿時，在其上設(shè)置用于防粉塵的防塵罩，從而在增加散熱效果的同時又能有良好的防塵效果，保證了配電柜內(nèi)部電氣設(shè)備的清潔。為了使灰塵、雨水等更不易進(jìn)入配電柜內(nèi)，可將外凸沿的截面設(shè)置為由斜坡面與水平面組合形成的斜坡臺階狀，斜坡面的坡度與級數(shù)可以根據(jù)具體情況靈活設(shè)置。同時，為了熱氣能夠順利地流通，將防塵罩下凸沿的截面做成與外凸沿相適配的斜坡臺階狀，且設(shè)置多個用于支撐防塵罩的支撐柱，進(jìn)而在防塵罩與外凸沿之間形成散熱通道，使其一端與通風(fēng)口連通，另一端與外界連通。由此，一方面能夠避免外凸沿與下凸沿上的雨水通過通風(fēng)口進(jìn)入配電柜中，另一方面也使散熱通道進(jìn)行了多次折彎迂回，從而能夠抵擋大量的粉塵進(jìn)入，增強(qiáng)防塵效果。

防電氣元器件受蝕：在考慮粉塵與水氣進(jìn)入配電柜會對內(nèi)部電氣元件造成影響之外，大氣污染物造成電子元器件腐蝕的影響也非常致命，而電子器件腐蝕失效是以金屬腐蝕為主[1]。即使在大氣環(huán)境中存在濃度極低的SO2、SO3、H2S、NOx等有害氣體，也會對電子設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕與故障。電氣設(shè)備中常用的金屬為銅，經(jīng)研究[2]表明，H2S氣體可能是導(dǎo)致電氣設(shè)備中銅質(zhì)元件產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象的主要因素。

首先，可在配電柜的散熱通道末端安裝物理或化學(xué)過濾裝置，如圖2所示。當(dāng)基站所處的自然環(huán)境不同時，此處理裝置有所不同：若基站所在地的大氣中某種性質(zhì)的污染物濃度明顯多于其他種類，或者溫、濕度有著顯著特征時，應(yīng)當(dāng)以主要污染物為首要解決目標(biāo)制定方案。其次，通過限定外凸沿斜坡臺階狀的斜坡面級數(shù)可以控制熱氣最終到達(dá)散熱通道末端的溫度，確保不會由于溫度過高引起附加化學(xué)反應(yīng)。

防排氣污染：除了考慮外界污染氣體對于配電柜內(nèi)部電氣設(shè)備的影響，電氣設(shè)備在長期運(yùn)行時受熱會產(chǎn)生有毒有害氣體。最方便有效的方法為物理吸附。例如采用固體顆粒吸附劑，可在大氣物進(jìn)入具有多次折彎迂回的散熱通道之前吸附絕大部分的水分與有害氣體污染物。當(dāng)基站所處環(huán)境為明顯干燥，或過于潮濕，或過度偏酸或偏堿時，也可采用化學(xué)試劑，使目標(biāo)物質(zhì)與化學(xué)試劑產(chǎn)生反應(yīng)。

5 結(jié)束語

本設(shè)計的改進(jìn)不僅可以用于通信基站配電柜，也適用于其他電氣系統(tǒng)與設(shè)備的外殼保護(hù)裝置。相比于傳統(tǒng)配電柜，本設(shè)計完成了以下兩個方面的改進(jìn)：

1、配電柜頂板的通風(fēng)口向外多次折彎迂回延伸與柜體頂板相連形成外凸沿，在其上遮罩與斜坡臺階狀的外凸沿相適配的防塵罩，然后外凸沿與防塵罩之間形成散熱通道。從而在增加散熱效果的同時又能防止灰塵，保證配電柜內(nèi)電氣元件的清潔;

2、在散熱通道末端與外界大氣相連處增加物理或化學(xué)濾除污染物的裝置結(jié)構(gòu)，既使大氣污染物不會進(jìn)入配電柜腐蝕電子元器件，也能使配電柜內(nèi)電器設(shè)備運(yùn)行時受熱產(chǎn)生的有毒有害氣體不會被排入大氣造成污染，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

[1]史訓(xùn)濤，柯清派，黎智，陳川，揭敢新，王俊.配網(wǎng)自動化設(shè)備腐蝕加速試驗(yàn)研究[J].環(huán)境技術(shù)，2020，38（05）：31-34+38.

[2]易亞文，陳自然，朱海，王濤，陳川，楊陽.水力發(fā)電廠電氣設(shè)備銅材元件的腐蝕原因[J].腐蝕與防護(hù)，2021，42（04）：62-66+72.