一、問題背景：為什么防爆柜更難散熱

防爆控制柜為了阻止**性氣體進入殼體，通常采用隔爆型或正壓型結構：

隔爆型：外殼必須承受內(nèi)部**壓力，接縫面間隙極窄，空氣幾乎不流動；

正壓型：需維持高于環(huán)境 50 Pa 的潔凈空氣或惰性氣體，一旦開孔散熱就可能失壓。

這種“既要密封又要散熱”的矛盾，使得傳統(tǒng)電氣柜的“開百葉+風扇”方案直接失效，必須采用特殊技術路徑。

二、熱源分析與熱負荷計算

主要熱源

? 變頻器 IGBT、整流橋（占 55 %～70 %）

? 電源模塊、變壓器、繼電器線圈（15 %～25 %）

? 銅排及導線損耗（5 %～10 %）

熱負荷估算

經(jīng)驗公式：Q=Σ(P×η)

其中 P 為元件功耗，η 為發(fā)熱系數(shù)（IGBT 取 0.95，變壓器 0.3）。

舉例：一臺 37 kW 變頻防爆柜，總功耗約 2.8 kW，則 Q≈2.3 kW。

需在 45 ℃ 環(huán)境溫度下將柜內(nèi)溫度控制在 ≤60 ℃，散熱系統(tǒng)必須帶走 2.3 kW 熱量。

三、五大主流散熱技術

自然散熱 + 擴展壁散熱器

? 通過加大外殼表面積（鋁擠壓型材、波浪板），把熱量直接導到空氣中；

? 適用于 <500 W 的小型柜體；

? 關鍵設計：散熱器與發(fā)熱元件之間用導熱硅脂+壓接，減少界面熱阻。

熱管-散熱片耦合系統(tǒng)（**率**）

技術路徑：元件 → 銅基板 → 熱管 → 外部鋁翅片 → 環(huán)境

? 熱管導熱系數(shù)可達 10 000 W/(m·K)，遠高于鋁 237 W/(m·K)；

? 布置方式：將 IGBT 安裝在柜體后壁，后壁外側焊接“槽形散熱器”，熱管貫穿壁板，把熱量“搬”到隔爆殼外；

? 設計要點：

– 熱管直徑 6～8 mm，6 根并聯(lián)即可帶走 1 kW；

– 翅片面積 A=Q/(h·ΔT)，其中 h≈12 W/(m2·K)（自然對流），ΔT 取 15 K。

強制風冷（防爆風扇 + 風道）

? 在隔爆外殼上設置“防爆呼吸閥”或“防爆格蘭”，安裝 Ex d IIC T4 認證風扇；

? 內(nèi)部風道遵循“下進上出”原則，避免熱短路；

? 過濾棉需耐 250 ℃，并具備阻燃等級 UL94 V-0；

? 適用功率：0.5 kW～3 kW；噪聲控制在 65 dB(A) 以下。

液體冷卻（水冷/油冷）

? 組成：冷卻箱、循環(huán)泵、不銹鋼波紋管、防爆換熱器；

? 冷卻液選用 50 % 乙二醇溶液，冰點 ?35 ℃，防腐蝕；

? 計算示例：若需帶走 2.3 kW，ΔT=10 K，則流量 G=Q/(c·ΔT)=2.3/(3.8×10)=0.06 kg/s≈220 L/h；

? 優(yōu)點：散熱效率高，不受環(huán)境灰塵影響；

? 難點：隔爆殼體需預留 DN25～DN40 的雙層密封格蘭，防止?jié)B漏。

防爆空調(diào)/正壓通風系統(tǒng)（>3 kW 或高溫環(huán)境）

? 正壓型：持續(xù)注入潔凈空氣，排氣口配阻火器，既降溫又防爆；

? 防爆空調(diào)：一體式頂裝空調(diào)，制冷量 1.5 kW～5 kW，防爆標志 Ex db eb mb IIC T4 Gb；

? 需與配電柜 PLC 聯(lián)鎖：溫度≥55 ℃ 啟動制冷，≤45 ℃ 關閉，節(jié)能 25 %。

四、綜合設計流程（可落地的 5 步法）

計算熱負荷 → 2. 選擇散熱方式 → 3. 布局仿真（FloTHERM）→ 4. 樣機溫升試驗 → 5. 定型與認證

? 仿真要點：將隔爆殼體設為“無通風”邊界，熱管/水冷作為“等效熱阻”輸入；

? 試驗標準：GB 3836.1-2021 要求**表面溫度低于 T6（85 ℃）或 T5（100 ℃）。

五、維護與智能監(jiān)控

每月檢查散熱翅片積塵，使用 0.3 MPa 干燥壓縮空氣吹掃；

熱管彎曲角度不得大于 45°，防止工質(zhì)回流受阻；

安裝 2 個 PT100 溫度探頭，分別位于柜體頂部與底部，接入 Modbus-RTU；

當溫差>15 K 或**溫度>58 ℃ 時，后臺 SCADA 推送**，實現(xiàn)預測性維護。

六、結論

防爆控制柜散熱并非單一技術，而是“熱負荷-散熱方式-防爆合規(guī)-維護成本”的系統(tǒng)平衡。

? 小功率：優(yōu)先熱管+散熱片；

? **率：強制風冷或水冷；

? 高功率/高溫：正壓通風或防爆空調(diào)。

通過精準計算、仿真驗證與智能監(jiān)控，可讓隔爆外殼“密不透風”的同時，熱量“悄無聲息”地排出，為危險區(qū)域電氣系統(tǒng)提供長期、可靠的安全保障。