【摘要】本文從油田需求的角度，對(duì)電氣機(jī)柜在設(shè)計(jì)時(shí)候需要考慮到的因素進(jìn)行了分析。而后從外觀設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、安全性能設(shè)計(jì)等多個(gè)方面展開(kāi)了對(duì)電氣機(jī)柜具體設(shè)計(jì)方案的論述。

【關(guān)鍵詞】電氣設(shè)備；電氣機(jī)柜；環(huán)境；安全；結(jié)構(gòu)

一、生產(chǎn)中電氣機(jī)柜的性能要求

目前，油田中所用到的電氣機(jī)柜種類(lèi)多樣，包括了開(kāi)關(guān)箱、變頻柜、配電箱、火災(zāi)報(bào)警裝置等等。環(huán)境對(duì)電氣機(jī)柜的質(zhì)量提出了很高的要求，既要防范風(fēng)雨天氣，同時(shí)也要能夠防止沙塵的進(jìn)入，同時(shí)又要阻止周?chē)?dòng)物的干擾，同時(shí)箱內(nèi)工作升高要能保證其及時(shí)散去，即要求機(jī)柜上面要有開(kāi)孔，同時(shí)也要保證其能夠屏蔽一些電磁的干擾。對(duì)于機(jī)柜里面的零件要求，必須要保證其能夠防止腐蝕，一些金屬材質(zhì)的零件在使用之前，要能夠及時(shí)除掉標(biāo)稱(chēng)的油漬和銹跡，保證其外表的干凈，然后對(duì)其噴射防腐蝕的漆。

對(duì)于被防止在室外的電氣機(jī)柜，無(wú)論是單純裸露在室外，還是被埋在地下，亦或是被架空，都需要用IP和IK兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行衡量。

IP是指無(wú)論何種電氣設(shè)備，都要求其外殼能夠很好地保護(hù)自己不被外來(lái)的異物侵入，影響到里面帶電部分的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也能夠起到很好的防水的效果。等級(jí)的表示通常用字母“IP”，并且在這個(gè)字母后面加上兩個(gè)數(shù)字和一些字母。第一個(gè)數(shù)字和字母表示了該電氣設(shè)備能夠?qū)θ艘约捌鋬?nèi)部零件產(chǎn)生的保護(hù)；第二個(gè)數(shù)字以及字母能夠表示機(jī)柜的外殼能夠?qū)λ姆雷o(hù)。IK用來(lái)表示該機(jī)器的外殼能夠抵制外來(lái)器械碰撞的等級(jí)，表示方法同“IP”一樣，同樣用字母和數(shù)字組成。

二、電氣設(shè)備機(jī)柜的具體設(shè)計(jì)方法

（一）環(huán)境的設(shè)計(jì)

環(huán)境的不同，對(duì)電氣設(shè)備機(jī)柜容易產(chǎn)生各種各樣的影響。電氣設(shè)備所處的環(huán)境種類(lèi)多樣，大體可以分為自然界的環(huán)境、工業(yè)環(huán)境以及一些特殊種類(lèi)的環(huán)境。在自然界環(huán)境當(dāng)中，空氣濕度、沙塵暴情況、大氣的氣壓、溫度等等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。以我國(guó)的大港油田為例，該油田所處的維度所對(duì)應(yīng)的氣候是暖溫帶。根據(jù)我國(guó)大陸性氣候的特征，大港油田的自然環(huán)境表現(xiàn)為四季分明，溫度中等，年降水量夏多冬少，夏天會(huì)出現(xiàn)水澇、春天會(huì)出現(xiàn)春旱等現(xiàn)象。在這樣的情況下，需要對(duì)電氣設(shè)備的元器件、外殼的材料都進(jìn)行設(shè)計(jì)，用以防止周邊自然環(huán)境對(duì)其帶來(lái)的影響。

對(duì)于電氣機(jī)柜材料的選擇，要能夠與周邊溫度、濕度、干燥程度等等指標(biāo)相互吻合，使其能夠適應(yīng)自然界環(huán)境的變化。在正常情況下，電氣機(jī)柜對(duì)周邊環(huán)境的溫度是低于55攝氏度，一天的平均溫度不能夠超出35攝氏度，溫度最低不能夠低于零下10攝氏度；對(duì)于大氣濕度的要求，必須保持在20%至80%之間，不能夠產(chǎn)生凝露的現(xiàn)象。若是該電氣機(jī)柜是安裝在室內(nèi)的環(huán)境當(dāng)中，必須保證周邊環(huán)境的干凈、清潔，不會(huì)出現(xiàn)任何的導(dǎo)電現(xiàn)象，不會(huì)產(chǎn)生劇烈的晃動(dòng)與碰撞。若是周?chē)沫h(huán)境無(wú)法達(dá)到工作指標(biāo)的要求，就需要及時(shí)與用戶進(jìn)行溝通，進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。在一些特殊的環(huán)境當(dāng)中，比如海邊，機(jī)柜的材料設(shè)置要能夠保證其有較強(qiáng)的抗鹽霧的腐蝕能力。

對(duì)于機(jī)柜的防水功能設(shè)計(jì)，主要從機(jī)柜的整體結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。比如在機(jī)柜外部結(jié)構(gòu)的接縫處要能用密封膠條給它粘貼住，同時(shí)該密封膠條的選擇要能夠抵制高溫、氧化環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生的影響，在電氣機(jī)柜的通風(fēng)口處，加入濾網(wǎng)，能夠過(guò)濾到更多的灰塵，達(dá)到了防塵的效果。

（二）電氣機(jī)柜安全方面的設(shè)計(jì)

1.接地

無(wú)論是機(jī)柜的四周框架結(jié)構(gòu)，還是可以被拆卸下來(lái)的門(mén)，亦或是其它的一些零部件，都需要有專(zhuān)門(mén)的接地螺絲，這樣才能夠保證該設(shè)備能夠連續(xù)性地保持接地。

在設(shè)計(jì)機(jī)柜的過(guò)程中，要能夠嚴(yán)格區(qū)分功能地和保護(hù)地的種類(lèi)，并且使兩者分開(kāi)，保持相互之間的絕緣，保證邊緣危險(xiǎn)地帶的安全性。

接地線的選擇應(yīng)當(dāng)選擇黃藍(lán)兩種顏色的導(dǎo)線，在四周要防止一些安全的圖表，引起他人的注意。

2.元件的冷卻

有的元器件需要對(duì)其進(jìn)行熱設(shè)計(jì)，主要包括以下幾種功率二、三級(jí)管，開(kāi)關(guān)管、變壓器、電容器、功率比較大的電阻、電子模塊等等。根據(jù)元器件工作的四周環(huán)境的可靠程度、條件是否穩(wěn)定、設(shè)備負(fù)載電荷的大小以及在工作中散發(fā)熱量的多少，都需要對(duì)電氣機(jī)柜進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。在散熱方式的選擇方面，盡可能地選擇元器件的自行冷卻的方法，如果采用自行能卻仍然無(wú)法保證元器件能夠降溫，則可以采取外力來(lái)對(duì)其進(jìn)行風(fēng)冷或者水冷的方法，強(qiáng)制性地降溫。

如果對(duì)設(shè)備散熱的要求比較高，可以在設(shè)備具體某個(gè)部位加入進(jìn)出風(fēng)口，來(lái)保證內(nèi)外通風(fēng)的順暢，達(dá)到很好的散熱效果，保證該設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，提高運(yùn)行的效率。在對(duì)散熱風(fēng)扇、排風(fēng)進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，要能夠考慮到四周的沙塵、小動(dòng)物會(huì)對(duì)其帶來(lái)的損害，要適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┍Ｗo(hù)的設(shè)置。

（三）電磁屏蔽的設(shè)置

根據(jù)干擾源可以分為電、磁以及電磁三種，屏蔽也可以分為對(duì)應(yīng)的三種情況。對(duì)于電屏蔽來(lái)說(shuō)，其主要針對(duì)的是因?yàn)殡娙菪择詈蠒?huì)產(chǎn)生的電流的干擾。在電屏蔽的設(shè)計(jì)時(shí)候，需要保證接地電阻值的最小化，因?yàn)殡S著數(shù)值的減少，屏蔽的效果會(huì)逐漸增強(qiáng)；在對(duì)磁屏蔽的材料進(jìn)行選材的時(shí)候，需要考慮到干擾源的頻率。當(dāng)干擾源的頻率比較低，可以采用鐵磁材料來(lái)對(duì)其進(jìn)行屏蔽，這些材料往往需要選擇一些磁導(dǎo)率比較高，同時(shí)要有比較低的磁阻。當(dāng)干擾源的頻率比較高，鐵磁性的材料就不能符合要求，因?yàn)槠浯艑?dǎo)率比較低，會(huì)影響到屏蔽的效果，同時(shí)也會(huì)增加不必要的損耗，因此在該種情況下，一般會(huì)使用良導(dǎo)體的材料取而代之；在干擾源為高頻的情況下，通常適用電磁屏蔽的方法。金屬的外表具有反射的功能，而金屬的外部又具有吸收電磁輻射的功能。該種屏蔽材料通常采用良導(dǎo)體來(lái)制作。波阻抗與金屬阻抗之間的比值，直接影響到反射的效果。前者的數(shù)值越大，其反射的效果也會(huì)越大。因此一般反射的是電場(chǎng)，而不反射磁場(chǎng)，這就導(dǎo)致了很多頻率比較低的磁場(chǎng)很難得到屏蔽。同樣，材料的磁導(dǎo)率也會(huì)影響到電磁波的衰退程度。在電廠當(dāng)中，導(dǎo)電率同材料的衰退成正比。在磁場(chǎng)當(dāng)中，導(dǎo)磁率同材料也同樣呈現(xiàn)正比。因此，材料應(yīng)當(dāng)選擇比較厚的，才能夠保證屏蔽的效果。

（四）外觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)柜設(shè)計(jì)通常有如下幾個(gè)方面的要求：第一，布局要合理，方便人們的使用和日常維護(hù)工作的開(kāi)展；第二，機(jī)柜的造型要簡(jiǎn)單大方，色彩要鮮艷協(xié)調(diào)，方面運(yùn)行人員對(duì)其監(jiān)控工作的開(kāi)展；第三，機(jī)身縫隙的焊接之處，要能夠保證其密封性，不能夠出現(xiàn)裂紋，或者明顯的展現(xiàn)氣孔。要保證外表的平整。第四，機(jī)柜內(nèi)部各個(gè)零件要固定到位，并且對(duì)其進(jìn)行加固的設(shè)計(jì)，不能夠出現(xiàn)一些松動(dòng)的現(xiàn)象。一些可以拆卸的裝置，要能夠保證其方便拆卸，并且卸去之后機(jī)柜仍的質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

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[3]余建祖等.電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)及分析技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，2008

作者簡(jiǎn)介

徐寅飛（1986-），男（漢族），就職于杭州電力設(shè)備制造有限公司，負(fù)責(zé)高低壓電氣設(shè)備開(kāi)發(fā)，助理工程師職稱(chēng)，2009年年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)，主要從事智能電網(wǎng)、電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)。機(jī)械工程機(jī)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。2009年就職于杭州電力設(shè)備制造有限公司，助理工程師職稱(chēng)。