新型戶(hù)外箱體優(yōu)化設(shè)計(jì)

何明?袁帥?佘樂(lè)欣?黃煜偉?周佳明

摘要：本文主要圍繞如何就戶(hù)外箱體的設(shè)計(jì)改進(jìn)進(jìn)行闡述，其中包括節(jié)省箱體空間以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)的模塊化多折疊門(mén)設(shè)計(jì)，對(duì)于機(jī)箱在戶(hù)外惡劣條件下的運(yùn)行維護(hù)工作，模塊化設(shè)計(jì)更具便利意義，最后闡述了機(jī)箱小型化設(shè)計(jì)利于百姓通行，使用新材料更符合環(huán)保社會(huì)建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵字：SMC材料；物聯(lián)網(wǎng)；戶(hù)外機(jī)箱；遠(yuǎn)程控制

一、引言

隨著電氣設(shè)備技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，戶(hù)外電力設(shè)備日益增多，如何保證戶(hù)外電力設(shè)備的安全運(yùn)行，盡量減少對(duì)公共綠地的占用和與周?chē)h(huán)境的適應(yīng)，增加運(yùn)行維護(hù)、儲(chǔ)存、充能電氣設(shè)備的安全性，也成為日常工作中的一個(gè)難題。戶(hù)外用電箱體在低溫潮濕的環(huán)境下，低溫帶電運(yùn)行很大概率會(huì)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。這不僅會(huì)縮短其使用壽命，而且內(nèi)部一些重要的電器設(shè)備、線(xiàn)路等也容易發(fā)生氧化、銹蝕等現(xiàn)象，嚴(yán)重者會(huì)直接造成設(shè)備在柜內(nèi)短路、機(jī)構(gòu)卡死、故障跳閘等意外情況的發(fā)生。目前一般采用智能恒溫恒濕系統(tǒng)調(diào)節(jié)室外電力箱體，以防止室外電力箱體凝露產(chǎn)生，以保持箱體內(nèi)設(shè)備運(yùn)行溫度適宜[1]。

二 、戶(hù)外箱體現(xiàn)況

電力設(shè)備經(jīng)常由于濕度過(guò)大而發(fā)生安全事故。每年，國(guó)網(wǎng)供電公司所轄變電站都會(huì)發(fā)生二次系統(tǒng)直流接地短路故障，原因是箱體受潮，甚至發(fā)生過(guò)二次端子擊穿，電纜燒損導(dǎo)致匯控箱內(nèi)凝露滴落的嚴(yán)重事故。因此，尋找電力設(shè)備內(nèi)濕度過(guò)大的原因就顯得十分重要。

（一）凝露現(xiàn)象

戶(hù)外電力箱體在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，雨水較多的地區(qū)以及晝夜溫差較大的地區(qū)，由于氣候、環(huán)境、工作條件等原因，設(shè)備內(nèi)很容易出現(xiàn)凝露、水珠甚至是積水等現(xiàn)象。很多時(shí)候凝露會(huì)慢慢形成積水，在設(shè)備內(nèi)部停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，給安全運(yùn)行的電氣設(shè)備帶來(lái)極大的隱患。

（二）凝露原因及危害

一般認(rèn)為不嚴(yán)格封堵電力箱底及電纜溝渠而引起濕氣侵入是導(dǎo)致凝露的重要原因。一般柜體與電力箱基直接相連，為防止小動(dòng)物進(jìn)入電力箱，通常將電纜之間的空隙用防火泥封閉起來(lái)。在日常的運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，水蒸氣很容易通過(guò)電氣箱底座的一些空隙上到電氣箱內(nèi)，加上夏天雨水比較多，溫度也比較高，而動(dòng)力箱體防護(hù)等級(jí)要求一般為IPX4及以上，其設(shè)備本體密封性好，缺少空氣流通條件，所以導(dǎo)致進(jìn)入動(dòng)力箱體內(nèi)部的水汽不能自行排出[2]。

多年來(lái)對(duì)電力箱體進(jìn)行檢修的經(jīng)驗(yàn)表明，電力箱體內(nèi)濕度過(guò)大，會(huì)造成設(shè)備銹蝕、局部放電、直流接地、設(shè)備誤動(dòng)作等事故的發(fā)生?，F(xiàn)將其危害情況總結(jié)如下：一是在檢修過(guò)程中，應(yīng)注意凝露會(huì)造成控制、信號(hào)和儲(chǔ)能回路的錯(cuò)誤動(dòng)作，從而引起電力箱體的二次端子短路；二是造成線(xiàn)芯對(duì)地絕緣電阻降低，最終導(dǎo)致直流接地失效，嚴(yán)重威脅使設(shè)備安全可靠運(yùn)行的動(dòng)力電纜，導(dǎo)致控制電纜絕緣性能下降；三是引起二級(jí)部件老化、銹蝕現(xiàn)象的發(fā)生，電源箱體中繼電器、接觸器、接線(xiàn)端子等部件中的接片、固定螺絲等金屬部件銹蝕，會(huì)導(dǎo)致接線(xiàn)端子接觸不良，在回路中可能導(dǎo)致接線(xiàn)端子發(fā)熱異常甚至斷路，更有可能造成火災(zāi)等意外事故的發(fā)生。

三、新型戶(hù)外箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

（一）戶(hù)外箱體特點(diǎn)

戶(hù)外箱體要防腐蝕，是戶(hù)外箱體最重要的防護(hù)要求，對(duì)于容易生銹的地方，一是可以將其隱藏起來(lái)，也可以設(shè)置排氣口，加入智能除濕器；二是作業(yè)板材選用絕緣、防靜電性能較好的材料，室外箱體外觀(guān)設(shè)計(jì)選用不銹鋼材料，箱體采用三角鋼固定。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是為了保證室外箱體的穩(wěn)定，加強(qiáng)對(duì)箱體門(mén)的抗變形能力；室外箱體為了便于線(xiàn)纜電線(xiàn)的布置，加裝了側(cè)把，保證室外箱體內(nèi)部美觀(guān)，便于操作和檢修。戶(hù)外盒子的材質(zhì)一般都是普通的鋼制或者不銹鋼材質(zhì)，需要定期地對(duì)盒子的外殼進(jìn)行補(bǔ)漆，防止盒子的外殼生銹。而箱體的隔熱保溫效果不佳，冷凝現(xiàn)象會(huì)在箱體內(nèi)遇到潮濕的環(huán)境而影響設(shè)備的正常運(yùn)行，這又是為何呢？對(duì)于不銹鋼材質(zhì)的箱體來(lái)說(shuō)，雖然不容易生銹，但是焊接點(diǎn)很容易生銹，而且隔熱保溫效果不佳，所以在處理的時(shí)候需要做一些應(yīng)對(duì)措施[3]。

（二）戶(hù)外箱體門(mén)板優(yōu)化

戶(hù)外箱體門(mén)板采用模塊化的小型化設(shè)計(jì)，模塊化的設(shè)計(jì)用于整個(gè)箱體門(mén)板上，單廂門(mén)寬度設(shè)計(jì)為300毫米的寬度，并采用了多重折疊設(shè)計(jì)，減少占用公共綠地行為。當(dāng)這類(lèi)設(shè)備部件出現(xiàn)故障時(shí)，使用單位可以通過(guò)更換零部件所對(duì)應(yīng)模塊的方式，自行修復(fù)設(shè)備故障，從而使設(shè)備維修更加方便且高效，也為設(shè)備運(yùn)維提供了極大的便利。

多重可折疊車(chē)門(mén)裝置包括機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)板組部件、1號(hào)閘板部件和2號(hào)閘板。機(jī)箱內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)包括驅(qū)動(dòng)板、驅(qū)動(dòng)器組件以及第一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元在內(nèi)的有容量的置槽；驅(qū)動(dòng)板與機(jī)箱內(nèi)部連接，驅(qū)動(dòng)板上連接驅(qū)動(dòng)部件；初段傳動(dòng)裝置與驅(qū)動(dòng)板相連，初段傳動(dòng)裝置與傳動(dòng)元件相連。第一道閘板組件包括第一道閘板和第二個(gè)傳動(dòng)單元，其中第一道閘板的一面連接著第一個(gè)傳動(dòng)單元的Activity；傳動(dòng)二單元與傳動(dòng)二單元活動(dòng)銜接的一號(hào)閘板另一側(cè)相連。當(dāng)折疊式閘門(mén)裝置處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，在容置槽內(nèi)部收納第一個(gè)閘板組件和第二個(gè)閘板；當(dāng)折疊門(mén)裝置處于閉合狀態(tài)時(shí)，1號(hào)閘板構(gòu)件與2號(hào)閘板延伸出容置槽的距離為1號(hào)閘板構(gòu)件疊加2號(hào)閘板的寬度[3]。

對(duì)于箱體折疊式門(mén)板來(lái)說(shuō)，平開(kāi)門(mén)比較耐用，開(kāi)關(guān)依靠合頁(yè)或煙斗鉸接，開(kāi)關(guān)過(guò)程不需要太大的力氣，即使老化，更換起來(lái)也比較方便。但是，向外開(kāi)比較占地方，不太合適空間不大的房間，戶(hù)外箱體的體積越小，安裝和維護(hù)起來(lái)就越方便；而對(duì)于戶(hù)外應(yīng)用來(lái)說(shuō)，多重折疊門(mén)能有效節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，所以更為合適。

（三）戶(hù)外箱體新材料應(yīng)用

SMC復(fù)合材料的主要原材料由GF（特殊紗線(xiàn)），UP（不飽和樹(shù)脂），低縮助劑，MD（填充物），多種助劑等組成，即采用不飽和聚酯玻璃鋼介入法制的片狀模塑，通常用于堅(jiān)固、耐磨、保溫、絕緣等特點(diǎn)的汽車(chē)工業(yè)及電氣工業(yè)。防爆電器設(shè)備殼體的產(chǎn)品采用SMC復(fù)合材料，改變了原來(lái)防爆電器設(shè)備外殼以鋼材和鋁材為主的特點(diǎn)，同時(shí)克服了鋼材和鋁材的笨重、碰撞時(shí)易產(chǎn)生火花、產(chǎn)品本身耐化學(xué)性好、致密性好、防化學(xué)滲透性好等缺點(diǎn)，使產(chǎn)品在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生火花，從而保證基材使用時(shí)間長(zhǎng)且穩(wěn)定。由于SMC材料具有抗腐蝕、質(zhì)量輕、操作簡(jiǎn)單、工程設(shè)計(jì)靈活、機(jī)械性能可與某些金屬材料相媲美等特點(diǎn)，使SMC材料適于殼體產(chǎn)品中的耐爆電氣設(shè)備，但防爆電器設(shè)備殼體產(chǎn)品采用SMC復(fù)合材料，目前在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。

采用SMC材料，再經(jīng)高溫高壓一體化成型的電力箱體頂蓋、門(mén)板等，由廣安檢測(cè)第三方認(rèn)證，阻燃等級(jí)V0級(jí)，能夠全面滿(mǎn)足電氣設(shè)備防爆阻燃要求，具有標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

（四）防雨水設(shè)計(jì)

箱體接合部采用防水膠條密封，箱螺孔與旋板螺孔相連，箱螺孔下緣與旋板接合處設(shè)有走水槽，箱螺孔位于旋板對(duì)邊緣，采用防雨式設(shè)計(jì)，箱螺孔與旋板接合處為防雨式設(shè)計(jì)。這個(gè)過(guò)程不僅可以增加密封防水的可靠性，還可以簡(jiǎn)化過(guò)程。

要求殼體骨架采用帶導(dǎo)流槽的門(mén)框四周防水式設(shè)計(jì)，并在導(dǎo)流槽與門(mén)板貼合的位置上增加防水膠條，以保證雨水從導(dǎo)流槽流出而不會(huì)進(jìn)入殼體內(nèi)部，為了保證頂蓋的防雨性能，減少雨水浸入箱內(nèi)，箱身沿與頂蓋下沿形成了不小于20mm的落差。

（五）戶(hù)外接地設(shè)計(jì)

對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)，不僅具有屏蔽、防雷擊、防靜電等功能，而且在保證生活安全的同時(shí)，也保障了電磁兼容性。防護(hù)接地的作用是對(duì)雷電防護(hù)、靜電防護(hù)等裝置的安全起到保護(hù)作用。穩(wěn)定的電位基準(zhǔn)提供給訊號(hào)電壓或系統(tǒng)電壓，從而對(duì)干擾信號(hào)和屏蔽式接地功能起到了有效的抑制作用。此外，對(duì)接地的有效保護(hù)應(yīng)在機(jī)箱的設(shè)計(jì)中進(jìn)行，這樣才能防止對(duì)低水平信號(hào)的干擾。

保護(hù)接地的匯流排，機(jī)柜應(yīng)選用截面面積大于50mm2的銅作為接地排，表面可鍍錫，以增強(qiáng)其防蝕性能。在機(jī)柜中，全部用銅線(xiàn)連接地面的各個(gè)電器部件的接地點(diǎn)，每一塊金屬件也要接上，每一塊金屬件的電阻都在0.1以下；機(jī)柜門(mén)、蓋板、機(jī)殼、機(jī)架等結(jié)構(gòu)部件在保證連續(xù)地接入電器的基礎(chǔ)上，最后再接入接地排布，這樣的地線(xiàn)連接才是可靠的[4]。

要使接地匯流排：要接入?yún)R流排連接的電纜屏蔽層；當(dāng)屏蔽電纜數(shù)目很多時(shí)，必須采用專(zhuān)門(mén)的屏蔽電纜來(lái)夾合，以便安裝。

四、新型戶(hù)外箱體的城市環(huán)境適應(yīng)性

（一）節(jié)省空間

在涉及設(shè)備內(nèi)外安裝尺寸時(shí)，戶(hù)外設(shè)備的柜體為保證設(shè)備的互換性和兼容性，與其他電工電子設(shè)備一樣，必須執(zhí)行一定的尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。對(duì)于戶(hù)外設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸，IEC共制定了三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都在最后的征求意見(jiàn)稿階段：

（1）IEC61969－2《戶(hù)外機(jī)箱及機(jī)柜的協(xié)調(diào)尺寸》；

（2）IEC61969－2－1《戶(hù)外機(jī)柜尺寸詳細(xì)規(guī)范》；

（3）IEC61969－2－2《戶(hù)外機(jī)箱尺寸詳細(xì)規(guī)范》。

在上述標(biāo)準(zhǔn)文件的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和用料；新材料的運(yùn)用使機(jī)箱整體結(jié)構(gòu)尺寸更緊湊，占地面積更小，使得人行道路面積和綠化隔離帶面積更為寬裕。從視覺(jué)效果上看，尺寸較小的戶(hù)外機(jī)箱與周邊環(huán)境的融合度較好，不會(huì)顯得突兀。

一般情況下，室外機(jī)箱多安置在人行道旁，便于運(yùn)維人員對(duì)機(jī)箱經(jīng)常維護(hù)和檢修。但維修保養(yǎng)時(shí)，打開(kāi)平開(kāi)門(mén)會(huì)對(duì)來(lái)往于人行道的車(chē)輛和人群造成影響，在夜間或雨季等惡劣視線(xiàn)條件下，極易造成人員傷害，而使用模塊化多折疊式門(mén)設(shè)計(jì)，在維修機(jī)箱時(shí)不會(huì)阻礙人行道的通行，同時(shí)也大大避免了平開(kāi)門(mén)所帶來(lái)的困擾。

（二）構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)

環(huán)境友好社會(huì)是指建立低消耗的生產(chǎn)體系、適度消費(fèi)的生活體系、持續(xù)循環(huán)的資源環(huán)境體系、不斷創(chuàng)新的技術(shù)體系以及國(guó)際貿(mào)易和金融體系。不同于極端的人類(lèi)中心論和激進(jìn)的生態(tài)中心論，在核心價(jià)值觀(guān)上，它是以促進(jìn)人的身體健康、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)為宗旨，旨在人與自然和諧。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式來(lái)看，環(huán)保社會(huì)以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為模式，以綠色GDP為標(biāo)準(zhǔn)，以經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)和諧為政治制度，以政治文明為核心，強(qiáng)調(diào)適度發(fā)展和適度消費(fèi)，反對(duì)低效臃腫的官僚組織，避免腐敗現(xiàn)象的發(fā)生，是環(huán)保社會(huì)發(fā)展的核心，通過(guò)倡導(dǎo)環(huán)保責(zé)任，以環(huán)保促進(jìn)建設(shè)社會(huì)民主法制以及社會(huì)公正[5]。

戶(hù)外機(jī)箱的小型化與環(huán)保型設(shè)計(jì)十分吻合，小型化代表的是對(duì)長(zhǎng)期發(fā)展，消耗更少的有利資源。而新材料的使用不但減少了運(yùn)維人員檢修次數(shù)，也減少了資源的消耗，綠色環(huán)保材料對(duì)自然也更友好，利于廢棄后自然降解。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了包括金屬材質(zhì)外殼生銹問(wèn)題、不銹鋼材質(zhì)焊點(diǎn)生銹問(wèn)題、箱體外觀(guān)面積積水嚴(yán)重等問(wèn)題在內(nèi)的當(dāng)前戶(hù)外箱體在使用過(guò)程中遇到的一些情況，其中涉及一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，對(duì)戶(hù)外箱體普遍遇到的凝露問(wèn)題也做了詳細(xì)的介紹，包括凝露造成的一些危害；

其次，本文對(duì)戶(hù)外箱體進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，即節(jié)省箱體空間又縮小箱體體積的模塊化多折疊門(mén)設(shè)計(jì)，而對(duì)于機(jī)箱在戶(hù)外惡劣條件下的運(yùn)行維護(hù)工作，模塊化的設(shè)計(jì)更具便利意義；最后闡述了機(jī)箱小型化設(shè)計(jì)利于百姓通行，使用新材料更符合環(huán)保社會(huì)建設(shè)的現(xiàn)實(shí)意義。

作者單位：何明 袁帥 佘樂(lè)欣 黃煜偉 周佳明

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參? 考? 文? 獻(xiàn)

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[2]李學(xué)妨，何春紅，吳秋玫，等.普洱地區(qū)配電網(wǎng)戶(hù)外箱智能化防凝露技術(shù)研究[J].設(shè)備管理與維修， 2021（22）：129-131.

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