地鐵車輛電氣屏柜工作濕度研究與改善

萬 帆，賈繼云，劉 聰

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

地鐵車輛電氣屏柜內(nèi)布置了各控制系統(tǒng)相關(guān)電氣設(shè)備，電氣設(shè)備的運作對環(huán)境濕度具有一定的要求。對于處于濕度較大的地區(qū)，為降低電氣屏柜內(nèi)空氣濕度，保障電氣設(shè)備正常工作，電氣屏柜中需增添一定量的干燥劑，放置在屏柜下部合適位置。干燥劑在電氣屏柜中的應(yīng)用對城軌車輛正常運營具有一定的意義，本文以華南地區(qū)某地鐵車輛項目為例，分析了干燥劑在電氣屏柜中的用量。

1 地鐵車輛空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)

地鐵車輛具有空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)，每節(jié)車廂布置2臺空調(diào)機組。一般空調(diào)機組采用兩端送風(fēng)、端部回風(fēng)型式?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計將保證整個客室內(nèi)均勻的空氣分配，客室內(nèi)各處風(fēng)速基本一致，氣流流動合理，送入客室的冷風(fēng)與客室內(nèi)的空氣充分混合，以形成均勻的溫度場和速度場，給乘客以舒適的環(huán)境。車輛在正常行駛時，客室內(nèi)的溫度小于或等于27℃，相對濕度小于或等于65%，能滿足電氣設(shè)備的正常運行。

而當(dāng)車輛較長時間置于庫內(nèi)時，車輛內(nèi)部直接和外部環(huán)境相通，較高的空氣相對濕度會對車載設(shè)備造成影響。同樣，對于車外屏柜，比如車下低壓箱或蓄電池箱等，自然環(huán)境就是工作環(huán)境，增加適量的干燥劑以降低電氣屏柜工作空氣濕度，可以對電氣設(shè)備起到預(yù)防保護作用。

2 車載電氣設(shè)備工作環(huán)境

在裸露的自然環(huán)境下，氣候條件會對電氣設(shè)備的正常工作產(chǎn)生一定的影響，比如灰塵、濕度、溫度等。車載電氣設(shè)備的工作環(huán)境具有相關(guān)的標準規(guī)定，國際標準IEC 60077-1999鐵路應(yīng)用-機車車輛電氣設(shè)備中規(guī)定了設(shè)備工作環(huán)境條件，該標準具體規(guī)定參照國際標準 IEC62498-1，標定范圍包括機車車載電氣、機電和電子設(shè)備的使用，以及以下環(huán)境參數(shù)：高度、溫度、濕度、空氣流動、雨雪和冰雹、冰、太陽輻射、閃電、污染、振動和沖擊、電磁干擾環(huán)境、供應(yīng)系統(tǒng)特性等。其中第4章第4條中明確規(guī)定濕度應(yīng)考慮外部濕度水平：年平均：小于或等于75%相對濕度；一年持續(xù)30 d：相對濕度75%～95%；不定期其他天：相對濕度95%～100%。

另外，任何的水氣凝結(jié)將不會導(dǎo)致工作故障。因此，車載電氣設(shè)備可以滿足短時間的高濕度環(huán)境，且需滿足年平均小于或等于75%相對濕度環(huán)境。

3 電氣屏柜設(shè)備對工作環(huán)境的要求

地鐵車輛電氣屏柜內(nèi)安裝了大量的電氣元件和其他車載設(shè)備，比如斷路器、繼電器、接觸器、數(shù)字量輸入輸出模塊、PIS主機、事件記錄儀、診斷儀、端子排等。這些設(shè)備的正常運作才能保證城軌車輛的正常運營行駛，而像繼電器由于具有標準化程度高、靈敏度高、通用性好、控制功率小等優(yōu)點，使得地鐵列車電路控制多半采用繼電器控制[1]。屏柜車載電氣元件若出現(xiàn)故障，會造成列車救援、清客和晚點等情況，給地鐵運營服務(wù)質(zhì)量帶來不同程度的影響。所以保證城軌車輛電氣設(shè)備的工作環(huán)境對城軌車輛的運營至關(guān)重要。

以端子排為例，特殊的氣候條件會對端子排中彈簧的長期穩(wěn)定性造成影響，而在氣候試驗中會將這些氣候條件在實驗室中模擬出來。依據(jù)標準IEC/EN 60068-2-42中規(guī)定要求，端子排的工作氣候濕度條件不超過75%。

通過調(diào)研查閱，部分低壓電氣設(shè)備對工作環(huán)境中濕度的要求(見表1)。由此可知，城軌車輛常見低壓電氣設(shè)備比如客室車載監(jiān)控主機、車載網(wǎng)絡(luò)交換機、LCU機箱、中繼器等運行濕度范圍在95%以下的環(huán)境中，端子排及繼電器的工作氣候濕度條件小于或等于75%?？梢粤私獾匠擒壾囕v主要低壓電氣設(shè)備的設(shè)計大多數(shù)基于鐵路標準IEC60077、IEC60571、IEC60068和 IEC62498對工作環(huán)境濕度的要求。

表1 部分低壓電氣設(shè)備對濕度的要求

4 華南地區(qū)自然地理環(huán)境

華南地區(qū)位于中國最南部，北與華中地區(qū)、華東地區(qū)相接，南面包括遼闊的南海和南海諸島，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。春季常有低溫陰雨、對強流、春旱等，天氣多變；夏季高溫多雨，氣象災(zāi)害多；秋季少雨干旱；冬季低溫干冷，降水少。整年平均相對濕度達77%，一年中3-8月平均相對濕度可達到80%～82%，局部地區(qū)的實時相對濕度能達到95%～100%。

總體上來說，華南地區(qū)雨量充沛，雨季出現(xiàn)在每年的4-9月，雨季持續(xù)時間長，且高溫、暴雨、雷雨、臺風(fēng)等氣象天氣常有發(fā)生，年平均濕度較高。

5 干燥劑的應(yīng)用

干燥劑也稱吸附劑，能夠去除潮濕物質(zhì)中的水分，對被保護物質(zhì)起除濕、防潮、防霉及干燥等作用。干燥劑按其功能常分為兩類：物理干燥劑和化學(xué)干燥劑。物理干燥劑是通過物理吸附水，將水分子吸附在自身的結(jié)構(gòu)中進行干燥，比較常見的有活性碳、硅膠、活性氧化鋁等；化學(xué)干燥劑是通過自身與水分子相結(jié)合，與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成另外一種物質(zhì)進行干燥，比較常見的有生石灰、氯化鈣、硫酸鈣等[2]。特殊物品環(huán)境中濕氣的管控對產(chǎn)品質(zhì)量保障具有重要的意義，也對產(chǎn)品良率的控制具有積極的推動。目前，干燥劑廣泛應(yīng)用于家具、服裝、食品、藥品、集成電路、精密儀器、電子產(chǎn)品、圖書字畫等領(lǐng)域。

變色硅膠干燥劑呈不規(guī)則球狀，主要成分為二氧化硅，顏色隨濕度不同而變化，是一種高活性吸附材料。硅膠干燥劑最適合的吸濕環(huán)境為室溫(21℃～32℃)，硅膠的吸水率可達31%～37%以上。硅膠干燥劑由于其吸附性高、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，決定了其在諸多領(lǐng)域難以替代[3]。

6 干燥劑用量分析

鑒于城軌車輛結(jié)構(gòu)的特殊性，電氣屏柜與內(nèi)裝中頂空間是相連通的，故內(nèi)裝包圍的空間包含兩部分，一部分為電氣屏柜空間，另一部分為中頂空間。以中間車為例，對其電氣屏柜所需硅膠干燥劑用量分析如下。

單個電氣屏柜空間為1.6 m3；中頂空間為23.19 m3；中間車內(nèi)裝包圍總空間為：4個電氣屏柜空間+中頂空間=4×1.6+23.19=29.59 m3。根據(jù)干燥劑推薦使用劑量，建議1 m3使用1 250 g干燥劑，故中間車需要使用的干燥劑為：29.59×1 250=36 987.5 g。因此每個電氣屏柜內(nèi)需要設(shè)置的干燥劑為：36 987.5/4≈9 247 g。干燥劑的規(guī)格為1 000 g/袋，每個電氣屏柜至少需要放置10袋。

其他車上的電氣屏柜干燥劑計算方法類似。

7 結(jié)語

干燥劑廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，對產(chǎn)品質(zhì)量的保障具有重要的意義。華南地區(qū)年平均濕度高，雨季時節(jié)空氣相對濕度能達到95%以上，空氣濕度遠遠超出了鐵路標準及設(shè)備自身對環(huán)境的要求，設(shè)備設(shè)計安裝時需要考慮空氣濕度對電氣設(shè)備的影響。分析可知，該項目中間車電氣屏柜需要放置10包該規(guī)格變色硅膠干燥劑，降低柜內(nèi)空氣相對濕度，以改善電氣設(shè)備工作環(huán)境。