環(huán)網(wǎng)柜用防水電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

戴曉梅

（廈門宏發(fā)電聲股份有限公司，福建 廈門 361002）

環(huán)網(wǎng)柜用防水電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

戴曉梅

（廈門宏發(fā)電聲股份有限公司，福建 廈門 361002）

環(huán)網(wǎng)柜用防水電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的技術(shù)原理是通過將電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)周圍控制單元模塊化形成控制盒，并引入環(huán)氧樹脂膠灌膠工藝，使該控制盒達(dá)到密封效果，克服現(xiàn)有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)元件分散，防水性和柜體中因凝露產(chǎn)生的電氣腐蝕而造成可靠性差的技術(shù)問題，從而確保城市配電網(wǎng)穩(wěn)定供電。

防水；電操；控制；環(huán)網(wǎng)柜

隨著國家大力倡導(dǎo)智能電網(wǎng)建設(shè)和配電自動(dòng)化技術(shù)的提高，帶配電自動(dòng)化功能或預(yù)留配電自動(dòng)化接口的戶外環(huán)網(wǎng)柜成為城市配電網(wǎng)改造的熱點(diǎn)需求，而具備電動(dòng)操作及控制功能是該種環(huán)網(wǎng)柜的核心。配網(wǎng)改造中，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜整體的安全防水性能、小型化、簡潔化提出新的要求。

圖1　傳統(tǒng)電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)控制線路

圖2　改良版電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)控制線路

1.設(shè)計(jì)防水電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是

1.1電操機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵控制元件模塊化

傳統(tǒng)的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)關(guān)鍵元器件大多由交流接觸器、中間繼電器、組合端子排、熔斷器、按鈕、行程開關(guān)以及大量連接線等組裝而成，如圖1所示。

這種設(shè)計(jì)與布置存在以下缺陷：二次接線復(fù)雜，接點(diǎn)較多，安裝不方便且容易出錯(cuò)，維護(hù)檢修不方便。

另一種就是經(jīng)過改良的，將交流接觸器、組合端子排、熔斷器等進(jìn)行集成化，采用控制線路板+絕緣導(dǎo)線連接的方式，如圖2所示，目前的施耐德SM6等柜體內(nèi)部的電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)控制均采用這種方式。

這種設(shè)計(jì)與布置雖然克服了接點(diǎn)多雜和檢修不便的問題，采用模塊化的設(shè)計(jì)，主控模塊與輔助開關(guān)仍采用直接連接的方式，不夠簡易，不利于生產(chǎn)組裝和現(xiàn)場(chǎng)安裝。

總結(jié)上述的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在設(shè)計(jì)一種模塊化的環(huán)網(wǎng)柜用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的電氣控制裝置，如圖3所示，包括：包括密封盒及與之配合的密封蓋，控制盒內(nèi)設(shè)有PCB板，該P(yáng)CB板與盒體底部行程一密封空間，該密封空間設(shè)置中間繼電器、熔斷器以及過壓保護(hù)器，中間繼電器、熔斷器以及過壓保護(hù)器均電性連接至PCB板，即將關(guān)鍵控制元器件集成在PCB板上，并進(jìn)行密封?？刂坪袃?nèi)部的導(dǎo)線通過PCB板走線完成，減少了導(dǎo)線連接，外部引線借口采用可插拔端子，插拔式接線端子底座上插接與之配合的插拔式接線端子插頭，將主控模塊與輔助行程開關(guān)分離，有利于生產(chǎn)組裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝更方便，更換也更快捷。

圖3　模塊化電操機(jī)構(gòu)電氣控制裝置

圖4　灌封后的防水電操控制裝置

1.2電操機(jī)構(gòu)的電氣控制部分防水抗凝露特性

環(huán)網(wǎng)柜安裝在戶外箱體中運(yùn)行時(shí)，由于箱體內(nèi)外存在溫差以及水汽的影響，箱內(nèi)容易產(chǎn)生凝露，特別是在潮濕天氣或早晚溫差較大時(shí)尤為嚴(yán)重，于是開關(guān)柜電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的電氣控制部分由于暴露在空氣中，經(jīng)常出現(xiàn)回路燒毀和繼電器觸點(diǎn)進(jìn)水導(dǎo)致開關(guān)誤動(dòng)作或拒動(dòng)。

上述的圖3的方案，如果只是采用密封盒將電操機(jī)構(gòu)的主控部件及線路模塊化裝入，時(shí)間長久后，因溫差產(chǎn)生的凝露在盒體內(nèi)部仍然會(huì)使相關(guān)電子元器件產(chǎn)生腐蝕，可靠性隨時(shí)間下降。

采用環(huán)氧樹脂膠等材料對(duì)設(shè)備內(nèi)的元器件及印制組裝件進(jìn)行整體灌封，是提高電子、電氣設(shè)備的可靠性、安全性常用的一種有效的防護(hù)措施。而灌封材質(zhì)、灌封工藝等的選擇就顯得尤為重要。

（1）灌封材料

灌封材料是灌封技術(shù)的基礎(chǔ)，灌封工藝的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)依據(jù)材料特性開展。灌封技術(shù)在民用和工業(yè)產(chǎn)品上都有廣泛的應(yīng)用，可選用的材料也是多種多樣的，常用的是各種合成聚合物，其中環(huán)氧樹脂是最具典型的材料。

由于單組份的環(huán)氧樹脂膠在不增韌時(shí)，固化物一般偏脆，抗開裂和抗沖擊的性能比較差，根據(jù)我們以往在互感器產(chǎn)品上的灌封經(jīng)驗(yàn)，選擇了該種阻燃型的5005雙組份環(huán)氧灌封材料，其特性如下：

①適用于一般電子元器件灌封及線路板封閉，可常溫固化，亦可加溫固化。

②常溫固化過程中放熱溫度低，固化物韌性和抗開裂性優(yōu)異。

③固化后表面光亮、憑證、固化物防潮和絕緣性能優(yōu)異。

④阻燃性能通過UL94-V0級(jí)。

從表1可以看出，雙組份配比5005環(huán)氧樹脂膠已將材料固化時(shí)的收縮率由原2%下降至0.5%，極大地減少了內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，對(duì)電氣指標(biāo)尤其是工作頻率的改變降至最小。更由于其黏度低、流動(dòng)性好，灌封時(shí)更容易達(dá)到PCB上的各個(gè)縫隙，可將PCB嚴(yán)密地封裝起來，固化后的粘膠彈性好，能吸收震動(dòng)和抗沖擊。

除此以外，5005雙組份的環(huán)氧樹脂膠明顯絕緣性能更優(yōu)越，抗沖擊性更強(qiáng)。

表1　環(huán)氧樹脂灌封膠的性能及應(yīng)用特性比較表

圖5　

綜合以上分析，我們選擇略勝一籌的5005雙組份環(huán)氧樹脂膠作為灌封材料。

（2）灌封

①灌封方式

灌封的方式有兩種，一是人工灌封，二是利用專用設(shè)備灌封。二者的優(yōu)缺點(diǎn)在于：人工灌封費(fèi)時(shí)費(fèi)力，配方不易精確控制，難以保證批量的一致性。利用灌封設(shè)備則容易批量生產(chǎn)，可靠性相對(duì)高。在前期未形成量產(chǎn)時(shí)，我們采用設(shè)備攪拌配方保證混合和均勻性，先用人工灌封的方式進(jìn)行灌封工藝的測(cè)試。

②配方及灌封管理

雙組份的配方管理（包含比例和用量）和混合的均勻性是灌封工藝的又一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，比例失調(diào)、混合不均勻會(huì)造成配比后的硬度、彈性和附著性的減弱。

幸運(yùn)的是，借鑒以往雙組份環(huán)氧樹脂膠的使用和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合表1的膠參數(shù)，研究后該改進(jìn)型的5005環(huán)網(wǎng)樹脂膠采用制備工藝如下：環(huán)氧樹脂5005A及固化劑5225BX-WX，按照5∶1的重量比計(jì)量，混合均勻后即可進(jìn)行灌封，在室溫下固化1h～1.5h后，觀察灌封膠與PCB表面是否有濕氣和氣泡，如有則采用熱風(fēng)槍加熱5分min進(jìn)行濕氣和氣泡的消除，繼續(xù)室溫固化24h后，產(chǎn)品可進(jìn)行常規(guī)電測(cè)試。

對(duì)上述圖3的電操控制裝置進(jìn)行灌封固化后，所得的實(shí)物如圖4所示。產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試符合GB/T 11022-1999《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求及DL/T 404-2007《3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》的要求。

圖5為模塊化、簡潔化后前后的電操機(jī)構(gòu)對(duì)比。

結(jié)論

隨著行業(yè)發(fā)展，電氣控制單元小型化及產(chǎn)品“三防”能力提升都是一個(gè)系統(tǒng)的工程，除上述問題外還有其他一些關(guān)鍵技術(shù)的解決和思考，如：①電操機(jī)構(gòu)控制裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更簡潔，是否可融合電操機(jī)構(gòu)進(jìn)行一體化，后續(xù)電操單元形成類似單一模塊化的控制裝置，克服現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)模式；②工業(yè)4.0發(fā)展的趨勢(shì)之一是智能化，能否設(shè)計(jì)自帶智能通信和控制模塊，使高低壓開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫連接和遠(yuǎn)程操控，保證配電自動(dòng)化功能的可靠實(shí)施，從而確保城市配電網(wǎng)穩(wěn)定供電。

［1］廈門安達(dá)興電氣集團(tuán)有限公司.智能防水電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)［P］.中國：201320309704.8，2013-11-06.

［2］陳優(yōu)珍.硅樹脂凝膠在鐵路信號(hào)產(chǎn)品灌封中的工藝研究［J］.電子工藝技術(shù)，2009，30（3）：172-174.

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