CN103390861A

CN103390861A - 一种电网端子箱除湿装置

Info

Publication number: CN103390861A
Application number: CN2013103387543A
Authority: CN
Inventors: 张重远; 李春燕; 王增超; 高黎明; 王彦波; 张欣; 朱瑞敏; 李昊鸾
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2013-11-13

Abstract

一种电网端子箱除湿装置，它通过单片机控制安装在电网端子箱内的半导体制冷片快速制冷和散热，使湿空气只在半导体制冷片的制冷面上冷凝结露、并随之排至箱外，降低电网端子箱内的湿空气的含湿量。本发明采用半导体制冷片除湿，可在短时间内有效降低端子箱内的相对湿度，防止端子箱内部的绝缘体表面结露，确保端子箱的安全运行。此外，本装置还具有无噪音，无磨损，寿命长、可靠性高、对环境没有污染、体积小、安装和维护方便等优点，易于大范围推广。

Description

一种电网端子箱除湿装置

技术领域

本发明涉及一种用于对变电站的端子箱进行除湿，防止端子箱内部结露的装置，属输配电技术领域。

背景技术

变电站的端子箱是所有现场运行设备的控制回路、保护回路、测量回路、计量回路中模拟量提取的中转设备。确保端子箱运行在健康状态，是供电系统安全、稳定运行的必要条件。

为了保证端子箱的正常运行，除需阻止小动物进入、防水、防锈蚀外，还要防止端子箱受潮。目前，端子箱受潮问题一直没有得到很好解决，这是因为端子箱大部分运行在户外，受天气影响较大，而且它安装在电缆沟附近。为了防水，端子箱的箱门一般都具有良好的密封性能，但这样也会导致其内部的潮气不能快速排出，尤其是在雨季或在空气相对湿度较大的地区。端子箱长期运行在高度潮湿的环境之下，当端子箱内的湿空气达到露点温度时，箱内就很容易结露，致使其绝缘性能下降，严重时绝缘体表面还会产生放电，导致电力设备误动或拒动事故的发生。为了防止端子箱内结露，有的变电站在端子箱内部加装了加热器，希望通过提高端子箱内的温度来阻止水蒸汽凝结，但效果不甚理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种可有效防止端子箱内部元器件表面结露的电网端子箱除湿装置。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种电网端子箱除湿装置，它通过单片机控制安装在电网端子箱内的半导体制冷片快速制冷和散热，使湿空气只在半导体制冷片的制冷面上冷凝结露、并随之排至箱外，降低电网端子箱内的湿空气的含湿量。

上述电网端子箱除湿装置，所述除湿装置由相对湿度传感器、单片机、三极管、继电器和半导体制冷片组成，所述相对湿度传感器的信号输出端接单片机的输入端口，所述三极管与继电器的控制线圈串接后接直流电源，其基极接单片机的控制信号输出端口，所述继电器的常开触点控制半导体制冷片的直流电源。

上述电网端子箱除湿装置，构成中还包括液晶显示器，所述液晶显示器接单片机的PC接口。

一种电网端子箱除湿装置，它由相对湿度传感器、电压跟随器、电压比较器、电位器、三极管、继电器和半导体制冷片组成，所述电压跟随器的输入端经耦合电阻接相对湿度传感器的信号输出端，输出端接电压比较器的一个输入端；所述电位器的两端接直流电压，滑动端输出的基准电压接电压比较器的另一个输入端；所述三极管与继电器的控制线圈串接后接直流电源，其基极接电压比较器的输出端，所述继电器的常开触点控制半导体制冷片的直流电源。

上述电网端子箱除湿装置，构成中还包括模数转换器、译码器和液晶显示器，所述模数转换器的输入端接电压跟随器的输出端，输出端经译码器接液晶显示器。

本发明采用半导体制冷片除湿，可在短时间内有效降低端子箱内的相对湿度，防止端子箱内部的元器件表面结露，确保端子箱的安全运行。它利用冷却除湿原理使端子箱内的湿空气在半导体的制冷面快速凝结成水珠，降低空气湿度，水珠通过收集器和塑料软导管排到端子箱外；同时制冷片的发热面所散发的热量对湿空气进行加热。由于散热面的存在，端子箱内的空气温度不会有大的变化，从而确保湿空气中的水分只在半导体制冷面快速凝结，然后排到端子箱外部。此外，本装置还具有无噪音，无磨损，寿命长、可靠性高、对环境没有污染、体积小、安装和维护方便等优点，易于大范围推广。

附图说明

图1、图2分别是本发明的两种结构的电原理图；

图3是半导体制冷片的结构示意图；

图4是湿空气的相对湿度与温度的曲线图；

图5是单片机控制流程图。

图中各标号为：1、P型半导体；2、金属电极；3、冷端绝缘陶瓷片；4、N型半导体；5、热端绝缘陶瓷片；U1、单片机；U2、相对湿度传感器；U3、模数转换器；U4、译码器；U5、电压跟随器；U6、电压比较器；LCD、液晶显示器；ZL、半导体制冷片；J、继电器；Q、三极管；W、电位器；R、电阻。

具体实施方式

1）基本原理

A.湿空气特性原理

在一定温度下，空气中总的水蒸气含量越多，空气就越潮湿，水蒸气压力越大。如果空气中水蒸气的数目超过某一限量时，多余的水蒸气就会凝结成水从空气中析出。在一定温度条件下，当湿空气中的水蒸气含量达到最大限度时，称湿空气处于饱和状态，亦称为饱和空气。湿空气的相对湿度与温度的关系如所示。

图4是湿空气的相对湿度与温度的曲线图，从图4中可以看出，随着温度的下降，湿空气的相对湿度不断升高，直到当

=100%时，空气达到饱和状态。如果温度继续降低，湿空气将始终处于饱和状态，并有水滴不断析出。

B.半导体制冷片原理

半导体制冷的原理是基于帕尔贴效应。即：在两种不同的导体连接而成的电路回路中，当电流流经两种导体的连接点时，在节点处会产生放热或者吸热的现象。吸热和放热的量与电流的大小成正比，并随着电流的改变而改变。

在任何两种不同的导体连接而成的回路中，当电荷定向运动时会形成电流。由于电荷载体在不同的导体中处于不同的能量级，当电流流经节点时载流子会出现能级跃迁的现象：当由低能级向高能级跃迁时会从外部吸收能量，从高能级向低能级跃迁会放出能量，其表现形式就是在节点处吸热和放热。

图3为半导体制冷片的原理图。为了获得更大的制冷量，使前一级的热端是后一级的冷端，依次相连形成多级半导体制冷器。

C.除湿器工作原理

结合湿空气与温度的特性，本发明基于半导体制冷片的快速制冷特性，利用冷却除湿原理使端子箱内的湿空气在半导体的制冷面快速凝结成水珠，降低空气湿度；同时制冷片的发热面所散发的热量对湿空气进行加热。由于散热面的存在，端子箱内的空气温度不会有大的变化，从而确保湿空气中的水分只在半导体制冷面快速凝结，然后排到端子箱外部。

在本发明中，虽然冷端制冷量和热端发热量大致相当，但由于冷端和热端处于半导体制冷片的两面，可以形成局部对空气的加热和冷却，冷空气和热空气很难快速融合、抵消，这就为冷凝结露的利用奠定了基础。另外，安装一个排风扇可以把热空气快速吹向端子箱其它空间，进一步防止了制冷片局部冷热空气的融合。本发明将冷端、热端同时使用也是完成本发明的必要条件，若只是制冷，端子箱内空间整体温度下降，会在除制冷片制冷面以外的端子箱内部元器件上结露，本发明就失去了意义。提高制冷效果，可扩大其制冷面和散热面的表面积，而且散热的表面积要大于制冷面的表面积。在散热风扇的所用下，其制冷面的温度可快速降低。

本发明可在端子箱侧壁开设排水孔，冷凝水用排水软管导出。

2）硬件电路

A.基于AVR单片机ATmega16控制的电路原理图

总体硬件电路结构图如图1所示：

图中的AVR单片机ATmega16强大的ADC集成单元模块和大电流输出驱动能力可以最大化地简化控制电路。PA1端口可以实时监测相对湿度传感器HM1500的输出值，当端子箱内的空气湿度过大达到单片机U1设定的临界值时，PD5端口输出高电平触发三极管导通，并启动固体继电器J，启动半导体制冷片ZL和安装在电网端子箱上的散热风扇工作。

本发明的硬件电路能够长期稳定运行，实时监测空气的相对湿度值并能可靠触发继电器动作。扩大制冷面积的半导体制冷片可以在较短的时间内有效除湿。

B. 基于电压比较器LM393控制的电路原理图

总体硬件电路结构图如图2所示：

其特征是：只需硬件电路而无需软件编程即可达到与单片机控制相同的效果。通过设置电压比较器LM393的电压比较值可以有效控制输出的高低电平，从而启动、断开触发电路。

该硬件电路可以长期稳定运行，无需软件编程既可实现。在少量加工的条件下可以最优化投资。

3.优点

A.半导体制冷具有高度的可靠性和可维修性；不需要制冷剂，对环境没有污染。

B.制冷器无任何机械运动，无噪音，无磨损，寿命长。

C.冷却速度快，在短时间内可显著降低端子箱内的相对湿度。

D.体积小，易于安装，易于大范围内推广。

Claims

1.一种电网端子箱除湿装置，其特征是，它通过单片机控制安装在电网端子箱内的半导体制冷片快速制冷和散热，使湿空气只在半导体制冷片的制冷面上冷凝结露、并随之排至箱外，降低电网端子箱内的湿空气的含湿量。

2. 根据权利要求1所述的电网端子箱除湿装置，其特征是，所述除湿装置由相对湿度传感器（U2）、单片机（U1）、三极管（Q）、继电器（J）和半导体制冷片（ZL）组成，所述相对湿度传感器（U2）的信号输出端接单片机（U1）的输入端口，所述三极管（Q）的发射极负载为继电器（J）的控制线圈，其基极接单片机（U1）的控制信号输出端口，所述继电器（J）的常开触点控制半导体制冷片（ZL）的直流电源。

3. 根据权利要求2所述电网端子箱除湿装置，其特征是，它还包括液晶显示器（LCD），所述液晶显示器（LCD）接单片机（U1）的PC接口。

4. 一种电网端子箱除湿装置，其特征是，它由相对湿度传感器（U2）、电压跟随器（U5）、电压比较器（U6）、电位器（W）、三极管（Q）、继电器（J）和半导体制冷片（ZL）组成；所述电压跟随器（U5）的输入端经耦合电阻（R）接相对湿度传感器（U2）的信号输出端，输出端接电压比较器（U6）的一个输入端；所述电位器（W）的两端接直流电压，滑动端输出的基准电压接电压比较器（U6）的另一个输入端；所述三极管（Q）的发射极负载为继电器（J）的控制线圈，其基极接电压比较器（U6）的输出端，所述继电器（J）的常开触点控制半导体制冷片（ZL）的直流电源。

5. 根据权利要求4所述电网端子箱除湿装置，其特征是，它还包括模数转换器（U3）、译码器（U4）和液晶显示器（LCD），所述模数转换器（U3）的输入端接电压跟随器（U5）的输出端，输出端经译码器（U4）接液晶显示器（LCD）。