何明?袁帥?佘樂欣?黃煜偉?周佳明

摘要：本文主要圍繞如何就戶外箱體的設(shè)計改進進行闡述，其中包括節(jié)省箱體空間以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)的模塊化多折疊門設(shè)計，對于機箱在戶外惡劣條件下的運行維護工作，模塊化設(shè)計更具便利意義，最后闡述了機箱小型化設(shè)計利于百姓通行，使用新材料更符合環(huán)保社會建設(shè)的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵字：SMC材料；物聯(lián)網(wǎng)；戶外機箱；遠程控制

一、引言

隨著電氣設(shè)備技術(shù)的發(fā)展與進步，戶外電力設(shè)備日益增多，如何保證戶外電力設(shè)備的安全運行，盡量減少對公共綠地的占用和與周圍環(huán)境的適應(yīng)，增加運行維護、儲存、充能電氣設(shè)備的安全性，也成為日常工作中的一個難題。戶外用電箱體在低溫潮濕的環(huán)境下，低溫帶電運行很大概率會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。這不僅會縮短其使用壽命，而且內(nèi)部一些重要的電器設(shè)備、線路等也容易發(fā)生氧化、銹蝕等現(xiàn)象，嚴(yán)重者會直接造成設(shè)備在柜內(nèi)短路、機構(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)備運行溫度適宜[1]。

二 、戶外箱體現(xiàn)況

電力設(shè)備經(jīng)常由于濕度過大而發(fā)生安全事故。每年，國網(wǎng)供電公司所轄變電站都會發(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)濕度過大的原因就顯得十分重要。

（一）凝露現(xiàn)象

戶外電力箱體在實際運行過程中，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。很多時候凝露會慢慢形成積水，在設(shè)備內(nèi)部停留的時間過長，給安全運行的電氣設(shè)備帶來極大的隱患。

（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，為防止小動物進入電力箱，通常將電纜之間的空隙用防火泥封閉起來。在日常的運行維護過程中可以發(fā)現(xiàn)，水蒸氣很容易通過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，而動力箱體防護等級要求一般為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)致進入動力箱體內(nèi)部的水汽不能自行排出[2]。

多年來對電力箱體進行檢修的經(jīng)驗表明，電力箱體內(nèi)濕度過大，會造成設(shè)備銹蝕、局部放電、直流接地、設(shè)備誤動作等事故的發(fā)生。現(xiàn)將其危害情況總結(jié)如下：一是在檢修過程中，應(yīng)注意凝露會造成控制、信號和儲能回路的錯誤動作，從而引起電力箱體的二次端子短路；二是造成線芯對地絕緣電阻降低，最終導(dǎo)致直流接地失效，嚴(yán)重威脅使設(shè)備安全可靠運行的動力電纜，導(dǎo)致控制電纜絕緣性能下降；三是引起二級部件老化、銹蝕現(xiàn)象的發(fā)生，電源箱體中繼電器、接觸器、接線端子等部件中的接片、固定螺絲等金屬部件銹蝕，會導(dǎo)致接線端子接觸不良，在回路中可能導(dǎo)致接線端子發(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、新型戶外箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

（一）戶外箱體特點

戶外箱體要防腐蝕，是戶外箱體最重要的防護要求，對于容易生銹的地方，一是可以將其隱藏起來，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，室外箱體外觀設(shè)計選用不銹鋼材料，箱體采用三角鋼固定。簡單來說就是為了保證室外箱體的穩(wěn)定，加強對箱體門的抗變形能力；室外箱體為了便于線纜電線的布置，加裝了側(cè)把，保證室外箱體內(nèi)部美觀，便于操作和檢修。戶外盒子的材質(zhì)一般都是普通的鋼制或者不銹鋼材質(zhì)，需要定期地對盒子的外殼進行補漆，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)象會在箱體內(nèi)遇到潮濕的環(huán)境而影響設(shè)備的正常運行，這又是為何呢？對于不銹鋼材質(zhì)的箱體來說，雖然不容易生銹，但是焊接點很容易生銹，而且隔熱保溫效果不佳，所以在處理的時候需要做一些應(yīng)對措施[3]。

（二）戶外箱體門板優(yōu)化

戶外箱體門板采用模塊化的小型化設(shè)計，模塊化的設(shè)計用于整個箱體門板上，單廂門寬度設(shè)計為300毫米的寬度，并采用了多重折疊設(shè)計，減少占用公共綠地行為。當(dāng)這類設(shè)備部件出現(xiàn)故障時，使用單位可以通過更換零部件所對應(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)備運維提供了極大的便利。

多重可折疊車門裝置包括機殼、驅(qū)動板組部件、1號閘板部件和2號閘板。機箱內(nèi)部設(shè)置了一個包括驅(qū)動板、驅(qū)動器組件以及第一個驅(qū)動單元在內(nèi)的有容量的置槽；驅(qū)動板與機箱內(nèi)部連接，驅(qū)動板上連接驅(qū)動部件；初段傳動裝置與驅(qū)動板相連，初段傳動裝置與傳動元件相連。第一道閘板組件包括第一道閘板和第二個傳動單元，其中第一道閘板的一面連接著第一個傳動單元的Activity；傳動二單元與傳動二單元活動銜接的一號閘板另一側(cè)相連。當(dāng)折疊式閘門裝置處于開啟狀態(tài)時，在容置槽內(nèi)部收納第一個閘板組件和第二個閘板；當(dāng)折疊門裝置處于閉合狀態(tài)時，1號閘板構(gòu)件與2號閘板延伸出容置槽的距離為1號閘板構(gòu)件疊加2號閘板的寬度[3]。

對于箱體折疊式門板來說，平開門比較耐用，開關(guān)依靠合頁或煙斗鉸接，開關(guān)過程不需要太大的力氣，即使老化，更換起來也比較方便。但是，向外開比較占地方，不太合適空間不大的房間，戶外箱體的體積越小，安裝和維護起來就越方便；而對于戶外應(yīng)用來說，多重折疊門能有效節(jié)省空間的設(shè)計，所以更為合適。

（三）戶外箱體新材料應(yīng)用

SMC復(fù)合材料的主要原材料由GF（特殊紗線），UP（不飽和樹脂），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，通常用于堅固、耐磨、保溫、絕緣等特點的汽車工業(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，改變了原來防爆電器設(shè)備外殼以鋼材和鋁材為主的特點，同時克服了鋼材和鋁材的笨重、碰撞時易產(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，使產(chǎn)品在使用過程中不會產(chǎn)生火花，從而保證基材使用時間長且穩(wěn)定。由于SMC材料具有抗腐蝕、質(zhì)量輕、操作簡單、工程設(shè)計靈活、機械性能可與某些金屬材料相媲美等特點，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、門板等，由廣安檢測第三方認(rèn)證，阻燃等級V0級，能夠全面滿足電氣設(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。

（四）防雨水設(shè)計

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，箱螺孔位于旋板對邊緣，采用防雨式設(shè)計，箱螺孔與旋板接合處為防雨式設(shè)計。這個過程不僅可以增加密封防水的可靠性，還可以簡化過程。

要求殼體骨架采用帶導(dǎo)流槽的門框四周防水式設(shè)計，并在導(dǎo)流槽與門板貼合的位置上增加防水膠條，以保證雨水從導(dǎo)流槽流出而不會進入殼體內(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）戶外接地設(shè)計

對設(shè)備進行有效保護，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，也保障了電磁兼容性。防護接地的作用是對雷電防護、靜電防護等裝置的安全起到保護作用。穩(wěn)定的電位基準(zhǔn)提供給訊號電壓或系統(tǒng)電壓，從而對干擾信號和屏蔽式接地功能起到了有效的抑制作用。此外，對接地的有效保護應(yīng)在機箱的設(shè)計中進行，這樣才能防止對低水平信號的干擾。

保護接地的匯流排，機柜應(yīng)選用截面面積大于50mm2的銅作為接地排，表面可鍍錫，以增強其防蝕性能。在機柜中，全部用銅線連接地面的各個電器部件的接地點，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；機柜門、蓋板、機殼、機架等結(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，必須采用專門的屏蔽電纜來夾合，以便安裝。

四、新型戶外箱體的城市環(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，戶外設(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)，以實現(xiàn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。對于戶外設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)尺寸，IEC共制定了三項標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都在最后的征求意見稿階段：

（1）IEC61969－2《戶外機箱及機柜的協(xié)調(diào)尺寸》；

（2）IEC61969－2－1《戶外機柜尺寸詳細規(guī)范》；

（3）IEC61969－2－2《戶外機箱尺寸詳細規(guī)范》。

在上述標(biāo)準(zhǔn)文件的基礎(chǔ)上，大膽創(chuàng)新機箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計和用料；新材料的運用使機箱整體結(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。從視覺效果上看，尺寸較小的戶外機箱與周邊環(huán)境的融合度較好，不會顯得突兀。

一般情況下，室外機箱多安置在人行道旁，便于運維人員對機箱經(jīng)常維護和檢修。但維修保養(yǎng)時，打開平開門會對來往于人行道的車輛和人群造成影響，在夜間或雨季等惡劣視線條件下，極易造成人員傷害，而使用模塊化多折疊式門設(shè)計，在維修機箱時不會阻礙人行道的通行，同時也大大避免了平開門所帶來的困擾。

（二）構(gòu)建環(huán)境友好型社會

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

戶外機箱的小型化與環(huán)保型設(shè)計十分吻合，小型化代表的是對長期發(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)保材料對自然也更友好，利于廢棄后自然降解。

五、結(jié)束語

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

其次，本文對戶外箱體進行了改進設(shè)計，即節(jié)省箱體空間又縮小箱體體積的模塊化多折疊門設(shè)計，而對于機箱在戶外惡劣條件下的運行維護工作，模塊化的設(shè)計更具便利意義；最后闡述了機箱小型化設(shè)計利于百姓通行，使用新材料更符合環(huán)保社會建設(shè)的現(xiàn)實意義。

作者單位：何明 袁帥 佘樂欣 黃煜偉 周佳明

深圳供電局有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]陳新喜.基于物聯(lián)網(wǎng)的戶外便攜式環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（01）：128-130.

[2]李學(xué)妨，何春紅，吳秋玫，等.普洱地區(qū)配電網(wǎng)戶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.

[3]尉鑌，李震宇，王海鵬，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的配網(wǎng)戶外箱柜預(yù)警遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子器件， 2021，44（05）：1198-1203.

[4]吳新虎.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的SPD實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2021.

[5]杜威，潘苗.物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].江蘇電機工程，2013，32（04）：81-84.