工程材料對配電設(shè)備的影響

王　燦

湖南雁能配電設(shè)備有限公司，湖南衡陽　421001

工程材料對配電設(shè)備的影響

王燦

湖南雁能配電設(shè)備有限公司，湖南衡陽421001

產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，首先取決于選用的材料是否適合該產(chǎn)品的使用要求，新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用往往代表著全新的結(jié)構(gòu)與功能能夠得以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)應(yīng)利用原材料的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其缺陷，降低生產(chǎn)成本，遵循“以最低費(fèi)用取得最佳效果”這條市場經(jīng)濟(jì)法則。

工程材料；新材料；節(jié)能

沒有哪個(gè)企業(yè)能離開市場而開展生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)，通過企業(yè)與企業(yè)間的競爭，推動(dòng)社會生產(chǎn)的發(fā)展，是一種客觀的必然。企業(yè)要在競爭中取勝，必須按照消費(fèi)者的需求生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，首先取決于選用的材料是否適合該產(chǎn)品的使用要求。材料是人類賴以生存與發(fā)展、征服與改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基本組成部分。

新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用往往代表著全新的結(jié)構(gòu)與功能能夠得以實(shí)現(xiàn)，從而把人類改造自然的能力提高到一個(gè)新的水平，把人類文明帶進(jìn)一個(gè)新的階段。冶銅技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了奴隸制社會向封建社會的早期過度；鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展極大地推進(jìn)了產(chǎn)業(yè)革命的進(jìn)程。

1　工程材料對配電設(shè)備生產(chǎn)的影響

1.1變壓器鐵芯

市場需求對設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有巨大的影響力，國家節(jié)能減排的市場需求促使鐵芯制作工藝不斷進(jìn)步，進(jìn)而推動(dòng)變壓器生產(chǎn)系列不斷更新。自2000年后國家電網(wǎng)招標(biāo)及私人用戶安裝變壓器多為S11系列，2009年多家生產(chǎn)企業(yè)在長沙簽字承諾不再生產(chǎn)S9系列變壓器，國家電網(wǎng)也不再安裝S9系列變壓器進(jìn)入電網(wǎng)運(yùn)行。國家電網(wǎng)招標(biāo)自2012年開始逐漸加大S13系列變壓器所占比重，并替代S11系列變壓器成為主流需求。世界上最早由美國于20世紀(jì)70年代開始研制非晶合金變壓器，并于20世紀(jì)80年代末實(shí)現(xiàn)了商品化生產(chǎn)。我國通過引進(jìn)專有技術(shù)消化吸收，開發(fā)了適合我國電網(wǎng)運(yùn)行的非晶合金變壓器系列（即S15系列），并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

固態(tài)物質(zhì)按其原子（離子、分子）聚集的組態(tài)，可分為晶體和非晶體兩大類。晶體中的原子呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列，并貫穿晶體的整個(gè)體積；非晶體中的原子只能在幾個(gè)原子尺度的小范圍內(nèi)作有規(guī)則的排列。晶體和非晶體在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化，是晶體的金屬從液態(tài)通過急冷（大約106℃/s），便可具有類似玻璃的某些非晶態(tài)特征，稱為“金屬玻璃”；而非晶態(tài)的玻璃經(jīng)過高溫長時(shí)間加熱又可形成晶體玻璃。合金液僅千分之一秒從1?300℃降到室溫，形成非晶帶材，鐵基非晶合金具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低損耗的特點(diǎn)。

變壓器用非晶合金制作鐵芯比用硅鋼片制作鐵芯，空載損耗（一次側(cè)開路，在二次側(cè)輸入額定電壓測得的功率損耗）和空載電流（一次側(cè)開路，在二次側(cè)輸入額定電壓時(shí)測得的電流）大幅下降。S15系列變壓器空載損耗比S11系下降60%左右，比S13系列下降50%左右。各系列變壓器負(fù)載損耗值是一樣的，每年平均1kVA容量S15系列變壓器比S11系列節(jié)能7.03kW·h，比S13系列節(jié)能3.84kW·h?？紤]電網(wǎng)中運(yùn)行的配電變壓器總?cè)萘浚褂肧15系列變壓器節(jié)能總量將會是一個(gè)巨大的數(shù)字。

由于不同鐵芯材質(zhì)的不同生產(chǎn)工藝，S15系列變壓器與S11、S13系列變壓器相比顯得“矮胖”。非晶合金鐵芯為四個(gè)獨(dú)立鐵芯框在同一平面內(nèi)組成五柱三相，內(nèi)空截面為長方形的繞組套裝在鐵芯靠內(nèi)的三柱上后，將各鐵芯框的接口交互搭接組成殼式結(jié)構(gòu)（即俗稱的“鐵包銅”）器身。由于非晶合金對機(jī)械應(yīng)力非常敏感，在裝配時(shí)必須非常小心，避免碰撞鐵芯造成碎裂掉落影響性能，鐵芯與繞組外部采用“Ω”形的上下夾板，使鐵芯懸掛于繞組上只承受自身重量。

S15系列變壓器繞組套裝后，鐵芯框的接口交互搭接遠(yuǎn)比S11、S13系列鐵芯的插片工序便捷，但繞組的方形結(jié)構(gòu)比S11、S13系列的圓形、橢圓形結(jié)構(gòu)不便分散應(yīng)力，抗變形能力要差。即使S15系列變壓器節(jié)能效果明顯，但價(jià)格比S11、S13系列高出較多，較大的一次性投入目前仍是阻礙S15系列變壓器廣泛使用的一大障礙。如何克服這些不足，使S15系列變壓器普及化，是當(dāng)前設(shè)計(jì)的重要課題。

1.2絕緣材料

DMD絕緣紙全稱聚酯薄膜聚酯纖維非織布柔軟復(fù)合箔，是由一層聚酯薄膜涂以粘合劑，一面為聚酯纖維非織布復(fù)合，軋光而成的一種復(fù)合絕緣材料制品。DMD絕緣紙具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、介電性能和較高的耐熱性能，白色B級DMD絕緣紙耐溫130℃，0.2mm厚度擊穿電壓≥9kV，而電纜紙為8kV/mm，點(diǎn)膠紙為8.8kV/mm。

在繞組繞制前準(zhǔn)備工作中，DMD絕緣紙只需根據(jù)繞組高度統(tǒng)一裁剪寬度，每層電磁線之間只需準(zhǔn)備1張；電纜紙、點(diǎn)膠紙混用一般需按不同寬度裁剪，每層電磁線之間至少需3張以上。在變壓器繞組的繞制中，采用DMD絕緣紙代替電纜紙、點(diǎn)膠紙作為繞組層間絕緣，能大大減少準(zhǔn)備繞組絕緣材料的工作量，同時(shí)也杜絕了人為疏忽少放絕緣紙影響產(chǎn)品耐壓性能的隱患。

繞組電磁線接頭焊接位置和高壓繞組引線出頭焊接位置的絕緣處理，通過對絕緣紙的新應(yīng)用方式來提高工作效率，采用絕緣紙做好的紙筒套住焊接位置，比過去用絕緣紙包扎速度更快、效果更好。

1.3電表箱

作為電力設(shè)施到戶的終端，凡是需要用電都要安裝電表。為了對帶電位置進(jìn)行安全防護(hù)，阻止竊電者觸及計(jì)量裝量，每戶都需要一個(gè)電表箱來保護(hù)電表。SMC、PC等阻燃工程塑料的應(yīng)用則為電表箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了很大改變，工程塑料電表箱與傳統(tǒng)鐵和不銹鋼電表箱相比，重量輕、體積小、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的絕緣性、密封性和耐腐蝕性。

料的加工工藝更有利于功能結(jié)構(gòu)的簡化設(shè)計(jì)，電器元件的安裝位置、導(dǎo)線的走線槽等能與箱體一次性澆注成形，在表箱背面形成的凹槽、突起結(jié)構(gòu)又能起到加強(qiáng)筋的效果，一個(gè)電表箱澆注成形只需幾分鐘。箱蓋采用全透明設(shè)計(jì)，方便清晰讀數(shù)抄表和及時(shí)觀察到箱內(nèi)的各類異?，F(xiàn)象，從而提前排除隱患，實(shí)現(xiàn)安全用電。塑料的絕緣性使電表箱內(nèi)的電器元件帶電部位能與箱體距離更小，從而使箱體更小巧。塑料電表箱采用模塊化設(shè)計(jì)，有各種表位數(shù)表箱，在表位數(shù)選擇上更靈活多變?？蓡蜗浒惭b使用，也可將整個(gè)計(jì)量回路集裝于一體化封閉箱內(nèi)，由總控制箱進(jìn)線多箱拼裝使用。

相對于塑料表箱，金屬表箱的生產(chǎn)時(shí)間長，潮濕天氣外殼凝露嚴(yán)重，外部只能看到電表讀數(shù)區(qū)域，內(nèi)部空間利用不夠充分，外殼接地故障可能導(dǎo)致觸電事故。正因?yàn)檫@些優(yōu)勢，塑料電表箱逐漸了成為目前市場上的主流產(chǎn)品。

2　結(jié)論

使用新材料或?qū)υ胁牧喜捎眯率褂梅椒ǎ玫乩迷牧系膬?yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其缺陷，降低生產(chǎn)成本，遵循“以最低費(fèi)用取得最佳效果”這條市場經(jīng)濟(jì)法則，設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品是設(shè)計(jì)人員不變的努力方向。

［1］周鳳云，楊可傳.工程材料及應(yīng)用［D］.北京：華中理工大學(xué)出版社，1999.

［2］丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)［D］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.

TU5

A

1674-6708（2016）166-00176-01

王燦，中級工程師，研究方向?yàn)楣I(yè)工程。