I. 開關柜熱管理導論

開關柜可靠性與安全性中溫度監測的重要性

開關柜作為電力分配系統中的關鍵樞紐，其運行的可靠性和安全性至關重要。在眾多影響開關柜性能的因素中，溫度是一個核心參數。研究表明，過熱是開關柜故障的常見原因之一，可能導致設備損壞、意外停機，并引發嚴重的安全隱患，如火災或電弧閃光事故。統計數據指出，大約有四分之一的開關柜故障是由連接松動或局部熱點引起的。因此，對開關柜進行有效的溫度監測，能夠及早發現潛在問題，為預防性維護提供依據，從而避免災難性故障的發生。溫度往往是設備出現問題的首要且最關鍵的指示信號 。

除了安全因素，經濟考量也日益成為推動溫度監測系統應用的重要驅動力。設備故障不僅意味著高昂的維修或更換成本，更會導致生產中斷和計劃外停運，造成巨大的經濟損失。例如，在變壓器監測中應用光纖溫度傳感技術（FOTS）可將意外停機時間和維護成本降低78% ，這一原則同樣適用于開關柜。因此，部署溫度監測系統不應僅僅視為安全合規的措施，更應被看作是對保障運營連續性和優化資產管理的戰略性投資。通過早期預警和干預，可以顯著降低整體運營成本，提升經濟效益。

開關柜熱問題概述

開關柜內部的溫度升高對設備絕緣壽命具有決定性影響。一個廣泛接受的經驗法則是，絕緣材料的平均工作溫度每升高 10°C，其使用壽命便會縮短約一半。這揭示了溫度對開關柜關鍵部件的直接且可量化的損害，不僅僅是突發性故障的風險，更包括設備加速老化和整體使用壽命的縮減。

值得注意的是，開關柜過熱并非總是突發事件，它更常表現為一個漸進的“無聲殺手”。許多故障是緩慢發展的，例如連接點電阻逐漸增大或絕緣材料在持續的、中度升高的溫度下緩慢劣化。這種漸進式的損壞可能在常規的周期性檢查中被忽略，直到絕緣性能顯著下降，設備在面臨電氣應力（如瞬態過電壓或短路電流）時突然失效。因此，與周期性巡檢相比，連續在線監測能夠更有效地捕捉這些緩慢發展的故障跡象，在造成不可逆轉的損壞之前提供預警，這進一步凸顯了連續監測技術的重要性。

II. 理解開關柜過熱

A. 發熱和過熱的主要原因

開關柜內部的熱量主要源于電流流過導體及其連接點時產生的焦耳熱效應，即功率損耗 P=I2R。當這些熱量無法有效散發時，便會導致設備溫度升高，甚至過熱。具體原因可歸納如下：

1. 過載電路和過大電流：當開關柜承載的電氣負荷超過其額定容量時，流經導體和觸點的電流增大，產生的熱量也隨之急劇增加，這是導致過熱的直接原因。
2. 連接松動和高電阻節點：開關柜內部的螺栓連接、插接式觸點等如果出現松動、氧化腐蝕或接觸不良，會導致接觸電阻增大。即使在正常工作電流下，這些高電阻點也會因增大的電阻而產生異常高溫，形成局部熱點。振動、異常操作沖擊等因素都可能導致連接松動。
3. 通風不良和環境溫度過高：開關柜在運行中產生的熱量需要通過充分的通風散熱。如果通風孔道堵塞、冷卻風扇故障或開關柜安裝空間過于密閉，都會阻礙熱量散發，導致內部溫度累積升高 。同時，如果開關柜所處的環境溫度本身就很高，超出了設備的設計允許范圍，也會加速設備過熱。濕度、灰塵和極端溫度等環境因素也會對開關柜的正常運行構成威脅，促使其加速老化和損壞。
4. 元件磨損、老化和絕緣退化：開關柜內的活動部件（如斷路器觸頭）會因操作而磨損，固定連接點也會因長期熱脹冷縮和電化學腐蝕而老化。絕緣材料在高溫、潮濕、化學腐蝕或物理應力作用下會逐漸劣化，絕緣強度下降，泄漏電流增大，進一步產熱。溫度升高會顯著加速絕緣材料的老化進程。
5. 維護措施不足：缺乏定期的清潔、檢查和緊固等維護措施，會導致灰塵積聚（影響散熱并可能導電）、連接松動等問題無法及時發現和處理，從而埋下過熱隱患。
6. 設計缺陷或制造瑕疵：如果開關柜在設計選型、材料選擇或制造工藝上存在缺陷，例如導體截面積不足、散熱設計不合理或連接工藝不良，都可能導致其在正常運行條件下出現過熱。

這些過熱原因并非孤立存在，它們之間常常相互影響，形成惡性循環。例如，一個松動的連接點（原因）導致局部過熱，高溫會加速該連接點附近絕緣材料的老化（原因）。劣化的絕緣可能引發局部放電，產生更多熱量。而較高的環境溫度（原因）則會加劇所有其他產熱問題，降低設備的熱裕度。維護不足（原因）則使得這些問題得以發展而不受控制。因此，對開關柜的熱狀態進行全面評估，需要綜合考慮所有潛在的因素。溫度監測可以作為一種有效的綜合性指標，反映多種潛在問題的存在。

B. 不受控過熱的后果

開關柜過熱若未能得到及時有效的控制，將引發一系列嚴重后果。輕則導致設備性能下降、使用壽命縮短、觸點損壞；重則引發設備故障、意外停機，甚至造成火災、爆炸（如內部電弧故障）等災難性事故，危及人員安全和造成重大經濟損失。特別是絕緣老化后，發生內部電弧故障的概率會急劇增加，其破壞力巨大，可能導致長時間的供電中斷。