开关柜为什么会发热？温度监测

I. 开关柜热管理导论

开关柜可靠性与安全性中温度监测的重要性

开关柜作为电力分配系统中的关键枢纽，其运行的可靠性和安全性至关重要。在众多影响开关柜性能的因素中，温度是一个核心参数。研究表明，过热是开关柜故障的常见原因之一，可能导致设备损坏、意外停机，并引发严重的安全隐患，如火灾或电弧闪光事故。统计数据指出，大约有四分之一的开关柜故障是由连接松动或局部热点引起的。因此，对开关柜进行有效的温度监测，能够及早发现潜在问题，为预防性维护提供依据，从而避免灾难性故障的发生。温度往往是设备出现问题的首要且最关键的指示信号 。

除了安全因素，经济考量也日益成为推动温度监测系统应用的重要驱动力。设备故障不仅意味着高昂的维修或更换成本，更会导致生产中断和计划外停运，造成巨大的经济损失。例如，在变压器监测中应用光纤温度传感技术（FOTS）可将意外停机时间和维护成本降低78% ，这一原则同样适用于开关柜。因此，部署温度监测系统不应仅仅视为安全合规的措施，更应被看作是对保障运营连续性和优化资产管理的战略性投资。通过早期预警和干预，可以显著降低整体运营成本，提升经济效益。

开关柜热问题概述

开关柜内部的温度升高对设备绝缘寿命具有决定性影响。一个广泛接受的经验法则是，绝缘材料的平均工作温度每升高 10∘C，其使用寿命便会缩短约一半。这揭示了温度对开关柜关键部件的直接且可量化的损害，不仅仅是突发性故障的风险，更包括设备加速老化和整体使用寿命的缩减。

值得注意的是，开关柜过热并非总是突发事件，它更常表现为一个渐进的“无声杀手”。许多故障是缓慢发展的，例如连接点电阻逐渐增大或绝缘材料在持续的、中度升高的温度下缓慢劣化。这种渐进式的损坏可能在常规的周期性检查中被忽略，直到绝缘性能显著下降，设备在面临电气应力（如瞬态过电压或短路电流）时突然失效。因此，与周期性巡检相比，连续在线监测能够更有效地捕捉这些缓慢发展的故障迹象，在造成不可逆转的损坏之前提供预警，这进一步凸显了连续监测技术的重要性。

II. 理解开关柜过热

A. 发热和过热的主要原因

开关柜内部的热量主要源于电流流过导体及其连接点时产生的焦耳热效应，即功率损耗 P=I2R。当这些热量无法有效散发时，便会导致设备温度升高，甚至过热。具体原因可归纳如下：

1. 过载电路和过大电流：当开关柜承载的电气负荷超过其额定容量时，流经导体和触点的电流增大，产生的热量也随之急剧增加，这是导致过热的直接原因。
2. 连接松动和高电阻节点：开关柜内部的螺栓连接、插接式触点等如果出现松动、氧化腐蚀或接触不良，会导致接触电阻增大。即使在正常工作电流下，这些高电阻点也会因增大的电阻而产生异常高温，形成局部热点。振动、异常操作冲击等因素都可能导致连接松动。
3. 通风不良和环境温度过高：开关柜在运行中产生的热量需要通过充分的通风散热。如果通风孔道堵塞、冷却风扇故障或开关柜安装空间过于密闭，都会阻碍热量散发，导致内部温度累积升高 。同时，如果开关柜所处的环境温度本身就很高，超出了设备的设计允许范围，也会加速设备过热。湿度、灰尘和极端温度等环境因素也会对开关柜的正常运行构成威胁，促使其加速老化和损坏。
4. 元件磨损、老化和绝缘退化：开关柜内的活动部件（如断路器触头）会因操作而磨损，固定连接点也会因长期热胀冷缩和电化学腐蚀而老化。绝缘材料在高温、潮湿、化学腐蚀或物理应力作用下会逐渐劣化，绝缘强度下降，泄漏电流增大，进一步产热。温度升高会显著加速绝缘材料的老化进程。
5. 维护措施不足：缺乏定期的清洁、检查和紧固等维护措施，会导致灰尘积聚（影响散热并可能导电）、连接松动等问题无法及时发现和处理，从而埋下过热隐患。
6. 设计缺陷或制造瑕疵：如果开关柜在设计选型、材料选择或制造工艺上存在缺陷，例如导体截面积不足、散热设计不合理或连接工艺不良，都可能导致其在正常运行条件下出现过热。

这些过热原因并非孤立存在，它们之间常常相互影响，形成恶性循环。例如，一个松动的连接点（原因）导致局部过热，高温会加速该连接点附近绝缘材料的老化（原因）。劣化的绝缘可能引发局部放电，产生更多热量。而较高的环境温度（原因）则会加剧所有其他产热问题，降低设备的热裕度。维护不足（原因）则使得这些问题得以发展而不受控制。因此，对开关柜的热状态进行全面评估，需要综合考虑所有潜在的因素。温度监测可以作为一种有效的综合性指标，反映多种潜在问题的存在。

B. 不受控过热的后果

开关柜过热若未能得到及时有效的控制，将引发一系列严重后果。轻则导致设备性能下降、使用寿命缩短、触点损坏；重则引发设备故障、意外停机，甚至造成火灾、爆炸（如内部电弧故障）等灾难性事故，危及人员安全和造成重大经济损失。特别是绝缘老化后，发生内部电弧故障的概率会急剧增加，其破坏力巨大，可能导致长时间的供电中断。