談綠色設(shè)計理念在高壓電器制造行業(yè)的運用

上海華東電器集團電氣有限公司 宋邦申

0 前言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)力的迅猛提高，資源的過度消耗和環(huán)境惡化程度的日益加深已經(jīng)引起了社會的廣泛重視，環(huán)境問題也已經(jīng)成為當今社會不容忽視的社會問題。近些年來，世界各國政府和有識之士對此相當重視，我國政府也提出了樹立科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，將構(gòu)建自然環(huán)境和人類社會的和諧發(fā)展作為今后的工作目標。這也使得倡導(dǎo)生產(chǎn)和設(shè)計向資源利用合理化、廢棄物產(chǎn)出少量化方向發(fā)展的綠色設(shè)計理念在經(jīng)濟生活的各個領(lǐng)域應(yīng)運而生了。那么作為經(jīng)濟生活的重要組成部分，高壓電器制造行業(yè)同樣面臨著如何處理好保護環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展和諧共存的問題。本文就綠色設(shè)計理念如何在高壓電器制造行業(yè)中的運用談?wù)剮c看法。

1 綠色設(shè)計的概念

綜合相關(guān)資料信息，我們可以將綠色設(shè)計的概念概括為：綠色設(shè)計（Green Design）是以環(huán)境保護和資源節(jié)約為核心概念的新型工業(yè)設(shè)計方法，它要求在產(chǎn)品的整個生產(chǎn)周期內(nèi)把產(chǎn)品的基本屬性（功能、質(zhì)量、壽命、成本等）和環(huán)境屬性（可拆性、可回收性等）緊密結(jié)合。換句話說，綠色設(shè)計就是以減少（reduce）物資和能源消耗，減少或杜絕（reuse）有害物質(zhì)的排放，提倡產(chǎn)品或零件的方便回收并再生循環(huán)或重新利用（recycle）為目的（簡稱“3R核心”），并強調(diào)全方位對環(huán)境關(guān)注的一種設(shè)計理念。

2 綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別

傳統(tǒng)設(shè)計往往是根據(jù)用戶市場的對產(chǎn)品的需要來設(shè)計，考慮較多的是產(chǎn)品的基本屬性，而不考慮或很少考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，在產(chǎn)品完成使用壽命后就基本成了無用垃圾，回收利用率低，資源浪費嚴重，產(chǎn)生的有害物質(zhì)嚴重污染生態(tài)環(huán)境，也就是所謂的“為使用而設(shè)計”。

綠色設(shè)計則重點考慮在產(chǎn)品的整個生產(chǎn)周期內(nèi)如何做到對環(huán)境的負面影響最小，優(yōu)先考慮的是產(chǎn)品的環(huán)境屬性，而后考慮的才是產(chǎn)品的基本屬性，也就是所謂的“為環(huán)境而設(shè)計”。

3 綠色設(shè)計在高壓電器制造行業(yè)的運用

近些年來，高壓電器產(chǎn)品正朝著小型化、少維護、高可靠、綠色環(huán)保的方向發(fā)展，客戶將會更多地在關(guān)注產(chǎn)品成本（如地價、土建、運行、維護各項成本）的同時關(guān)注產(chǎn)品運行過程中對環(huán)境的影響及處理。因此高壓電器生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)在不僅要去關(guān)心產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，而且也將會更多的關(guān)注產(chǎn)品的社會效益，現(xiàn)就從以下幾個方面談?wù)勛约簩G色設(shè)計理念在高壓電器制造行業(yè)的運用認識：

3.1 綠色材料設(shè)計

由于目前材料的生產(chǎn)成形技術(shù)和工藝水平已經(jīng)相當成熟，各種先進的制造技術(shù)和新材料的也已完全能夠滿足高壓電器產(chǎn)品各方面的要求。因此綠色材料的設(shè)計主要就是材料的選擇和環(huán)保絕緣介質(zhì)的運用，使選擇的材料和絕緣介質(zhì)本身要具有綠色特性。

1）在設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少所用材料的種類，類似的或等效的材料在滿足產(chǎn)品功能的情況下盡量統(tǒng)一，這樣不僅可以降低原材料的采購儲存成本，減少廢棄后的回收處理成本，也可以提高產(chǎn)品的標準化程度，增強同一類型、不同規(guī)格產(chǎn)品零件的互換性。

2）優(yōu)先使用可回收、易分解、可循環(huán)利用、低污染的材料。隨著1997年《京都議定書》的通過，現(xiàn)在許多高壓電器制造企業(yè)、科研院所都在研究SF6氣體的替代物，以減少SF6氣體的使用量，而且現(xiàn)在已經(jīng)取得了極大的進步。一些高壓電器制造企業(yè)已經(jīng)不再使用或盡量減少使用限制排放的SF6氣體作為開關(guān)設(shè)備的絕緣介質(zhì)，而推出了使用SF6/N2混合氣體或高壓壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的高壓開關(guān)設(shè)備。如國外7.2～24kV中壓充氣柜C-GIS采用普通壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)品已有很多；采用干燥凈化壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的72.5～145kV高壓瓷柱式VCB，84kV罐式VCB等高壓電器產(chǎn)品也由日本AE帕瓦株式會社研發(fā)成功，并已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化；使用很少SF6絕緣介質(zhì)的126kV瓷柱式真空斷路器在我國也已經(jīng)有許多企業(yè)都已完成了型式試驗。對于使用絕緣介質(zhì)比較多的氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）使用SF6/N2混合氣體作為絕緣介質(zhì)的第二代產(chǎn)品已經(jīng)由西門子公司開發(fā)多年，并已經(jīng)具有了很好的工程運行經(jīng)驗，準備采用高品質(zhì)壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的第三代GIL的探索和研究也已經(jīng)取得很大的進展。

3）由于任何產(chǎn)品都不可能可以無限期的使用，因此為了產(chǎn)品完成使命后便于回收，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，對于設(shè)計產(chǎn)品所用零件的材料要注明其型號、規(guī)格、種類以及所采用的填料等相關(guān)內(nèi)容，特別是作為高壓電器產(chǎn)品絕緣材料廣泛應(yīng)用的樹脂、塑料等絕緣材料。例如：現(xiàn)在許多綠色環(huán)保、小型化的全固體絕緣的中壓開關(guān)柜采用了環(huán)氧樹脂等材料作為絕緣材料或絕緣包覆，

3.2 模塊化、標準化設(shè)計

模塊化、標準化設(shè)計是指在一定范圍內(nèi)，在對不同類型、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列的功能模塊，通過模塊的不同組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需要，如ABB環(huán)網(wǎng)開關(guān)的上部單元結(jié)構(gòu)，KYN28A開關(guān)柜的手車結(jié)構(gòu)。模塊化、標準化的結(jié)構(gòu)不僅有利于產(chǎn)品的制造和裝配，更有利于產(chǎn)品的維護。因此我們在進行高壓電器產(chǎn)品設(shè)計時，也應(yīng)盡可能將各部件設(shè)計成相對獨立的功能模塊，這樣綠色設(shè)計和模塊化的結(jié)合，就可以滿足電力市場對高壓電器產(chǎn)品功能屬性和環(huán)境屬性的要求。

3.3 面向制造和裝配的工藝設(shè)計

在我們設(shè)計過程中應(yīng)考慮到產(chǎn)品應(yīng)更容易制造和裝配，并且在產(chǎn)品的制造和裝配過程中應(yīng)對環(huán)境無污染或少污染，所需能源和資源最少。

1）采用合理的新型加工方法（如激光加工、少/無切削加工、激光焊接、超聲波焊接、快速成形技術(shù)等等），優(yōu)化工藝設(shè)計方案，避免不必要的二次加工，降低原材料的消耗，減少廢料；2）進行高壓電器行業(yè)資源的整合，提高零配件的標準化程度，鼓勵和提倡由專門企業(yè)實現(xiàn)對高壓電器產(chǎn)品專用零配件的生產(chǎn)，減少廢次品，提高產(chǎn)品合格率，節(jié)約成本，降低能耗。從中壓領(lǐng)域到高壓領(lǐng)域許多產(chǎn)品都實現(xiàn)了部件的市場化，如VS1型斷路器機構(gòu)的零部件，12kV負荷開關(guān)的零部件，瓷柱式斷路器和GIS產(chǎn)品的斷路器所采用的操作機構(gòu)等等。3）生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量減少使用對環(huán)境或操作者有影響或危害的物質(zhì)，采用必要的防護或預(yù)防措施，促進人類與環(huán)境，經(jīng)濟與環(huán)境的和諧共存；4）對于差別不大、功能相似的零部件，在不影響其性能的情況，可以考慮設(shè)計成相同的結(jié)構(gòu)，也許只需要簡單地增加幾個孔或者尺寸有所變化，不僅可以提高產(chǎn)品的標準化程度，更有利于產(chǎn)品的裝配。

3.4 均衡的長壽命設(shè)計

實現(xiàn)產(chǎn)品各部件使用壽命的均衡是綠色設(shè)計的一項基本原則。雖然在我們高壓電器產(chǎn)品的設(shè)計或制造過程中，使所有元件或部件達到完全相同或相似的長壽命是不可能的，但在設(shè)計時可以考慮使一些重要元件模塊具有較長的壽命，而使易損壞、壽命相對較短的模塊易于更換，同時對一些關(guān)鍵的模塊可以考慮設(shè)計成易于檢測和維修的結(jié)構(gòu)；同時應(yīng)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用各種先進的設(shè)計理論和產(chǎn)品技術(shù)預(yù)測，使設(shè)計出的產(chǎn)品能滿足當前和相當一段時間內(nèi)的市場需求，最大限度減少產(chǎn)品過時，近而節(jié)約資源。

3.5 可拆卸性和可回收性設(shè)計

可拆卸性、可回收性的設(shè)計是指在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，我們都要考慮到設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)易于拆卸，使用不同材料的零件應(yīng)可以方便的分離開來，以利于產(chǎn)品的循環(huán)再用、回收再生和降解。其原則就是鼓勵企業(yè)減少材料種類，提高材料和零件的兼容性，允許使用可重復(fù)使用的零部件，使用不需要特殊工具連接的連接件，鼓勵用戶進行循環(huán)利用等等。采用合適的包裝形式，提倡采用通用包裝、可反復(fù)使用包裝形式，包裝廢棄物應(yīng)能可降解處理，同時開發(fā)新的包裝材料，實現(xiàn)用最少的材料來滿足各種包裝；提高必須工裝或通用工裝的利用率，應(yīng)盡量將其設(shè)計成通用類型。采用合理的經(jīng)濟杠桿鼓勵企業(yè)和用戶在產(chǎn)品安裝完成后對包裝和工裝予以回收，以降低成本，減少資源浪費。

3.6 計算機輔助設(shè)計技術(shù)的運用

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在高壓電器產(chǎn)品的設(shè)計過程得以廣泛運用，利用PRO/E等三維建模技術(shù)可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，極大程度地減少設(shè)計反復(fù)；利用ANSYS等有限元分析軟件給產(chǎn)品的設(shè)計提供了有利的保障，解決了僅僅依靠人工計算無法解決的一系列問題，如高壓電場分布、零件的機械強度等問題。通過以上幾個方面的設(shè)計運用，高壓電器產(chǎn)品整個生產(chǎn)周期將會形成一個綠色的閉環(huán)系統(tǒng)（見圖1），對環(huán)境的負面影響也將達到最低。

4 結(jié)束語

綠色設(shè)計作為一種新的設(shè)計方法在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的認可與重視，并且在企業(yè)也得到了很好的運用和推廣。綠色設(shè)計技術(shù)不僅保護了環(huán)境、減少了資源浪費，同時也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。它體現(xiàn)的是企業(yè)的綠色形象，強調(diào)的是全局和長遠利益。因此，基于綠色設(shè)計的技術(shù)，高壓電器制造企業(yè)如果在重視產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性的同時，也重視產(chǎn)品的綠色環(huán)保性，將會明顯提升高壓電器產(chǎn)品的市場競爭力，為企業(yè)創(chuàng)造良好的條件和機遇。同時政府也應(yīng)大力宣傳科學發(fā)展觀，使建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會深入人心，通過政策法規(guī)鼓勵和扶持綠色設(shè)計理念在企業(yè)的推廣運用，同時加強為企業(yè)培養(yǎng)綠色設(shè)計管理人才和設(shè)計人才。