電氣設(shè)備的機柜設(shè)計探析

【摘要】本文從油田需求的角度，對電氣機柜在設(shè)計時候需要考慮到的因素進行了分析。而后從外觀設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、安全性能設(shè)計等多個方面展開了對電氣機柜具體設(shè)計方案的論述。

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

一、生產(chǎn)中電氣機柜的性能要求

目前，油田中所用到的電氣機柜種類多樣，包括了開關(guān)箱、變頻柜、配電箱、火災報警裝置等等。環(huán)境對電氣機柜的質(zhì)量提出了很高的要求，既要防范風雨天氣，同時也要能夠防止沙塵的進入，同時又要阻止周圍小動物的干擾，同時箱內(nèi)工作升高要能保證其及時散去，即要求機柜上面要有開孔，同時也要保證其能夠屏蔽一些電磁的干擾。對于機柜里面的零件要求，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，要能夠及時除掉標稱的油漬和銹跡，保證其外表的干凈，然后對其噴射防腐蝕的漆。

對于被防止在室外的電氣機柜，無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兩個標準對其進行衡量。

IP是指無論何種電氣設(shè)備，都要求其外殼能夠很好地保護自己不被外來的異物侵入，影響到里面帶電部分的運轉(zhuǎn)，同時也能夠起到很好的防水的效果。等級的表示通常用字母“IP”，并且在這個字母后面加上兩個數(shù)字和一些字母。第一個數(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；第二個數(shù)字以及字母能夠表示機柜的外殼能夠?qū)λ姆雷o。IK用來表示該機器的外殼能夠抵制外來器械碰撞的等級，表示方法同“IP”一樣，同樣用字母和數(shù)字組成。

二、電氣設(shè)備機柜的具體設(shè)計方法

（一）環(huán)境的設(shè)計

環(huán)境的不同，對電氣設(shè)備機柜容易產(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的環(huán)境。在自然界環(huán)境當中，空氣濕度、沙塵暴情況、大氣的氣壓、溫度等等都會對其產(chǎn)生影響。以我國的大港油田為例，該油田所處的維度所對應的氣候是暖溫帶。根據(jù)我國大陸性氣候的特征，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，夏天會出現(xiàn)水澇、春天會出現(xiàn)春旱等現(xiàn)象。在這樣的情況下，需要對電氣設(shè)備的元器件、外殼的材料都進行設(shè)計，用以防止周邊自然環(huán)境對其帶來的影響。

對于電氣機柜材料的選擇，要能夠與周邊溫度、濕度、干燥程度等等指標相互吻合，使其能夠適應自然界環(huán)境的變化。在正常情況下，電氣機柜對周邊環(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。若是該電氣機柜是安裝在室內(nèi)的環(huán)境當中，必須保證周邊環(huán)境的干凈、清潔，不會出現(xiàn)任何的導電現(xiàn)象，不會產(chǎn)生劇烈的晃動與碰撞。若是周圍的環(huán)境無法達到工作指標的要求，就需要及時與用戶進行溝通，進行重新設(shè)計。在一些特殊的環(huán)境當中，比如海邊，機柜的材料設(shè)置要能夠保證其有較強的抗鹽霧的腐蝕能力。

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

（二）電氣機柜安全方面的設(shè)計

1.接地

無論是機柜的四周框架結(jié)構(gòu)，還是可以被拆卸下來的門，亦或是其它的一些零部件，都需要有專門的接地螺絲，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)計機柜的過程中，要能夠嚴格區(qū)分功能地和保護地的種類，并且使兩者分開，保持相互之間的絕緣，保證邊緣危險地帶的安全性。

接地線的選擇應當選擇黃藍兩種顏色的導線，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

有的元器件需要對其進行熱設(shè)計，主要包括以下幾種功率二、三級管，開關(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)備負載電荷的大小以及在工作中散發(fā)熱量的多少，都需要對電氣機柜進行合理的設(shè)計。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法保證元器件能夠降溫，則可以采取外力來對其進行風冷或者水冷的方法，強制性地降溫。

如果對設(shè)備散熱的要求比較高，可以在設(shè)備具體某個部位加入進出風口，來保證內(nèi)外通風的順暢，達到很好的散熱效果，保證該設(shè)備能夠穩(wěn)定運行，提高運行的效率。在對散熱風扇、排風進行設(shè)置的時候，要能夠考慮到四周的沙塵、小動物會對其帶來的損害，要適當?shù)丶尤胍恍┍Ｗo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，屏蔽也可以分為對應的三種情況。對于電屏蔽來說，其主要針對的是因為電容性耦合會產(chǎn)生的電流的干擾。在電屏蔽的設(shè)計時候，需要保證接地電阻值的最小化，因為隨著數(shù)值的減少，屏蔽的效果會逐漸增強；在對磁屏蔽的材料進行選材的時候，需要考慮到干擾源的頻率。當干擾源的頻率比較低，可以采用鐵磁材料來對其進行屏蔽，這些材料往往需要選擇一些磁導率比較高，同時要有比較低的磁阻。當干擾源的頻率比較高，鐵磁性的材料就不能符合要求，因為其磁導率比較低，會影響到屏蔽的效果，同時也會增加不必要的損耗，因此在該種情況下，一般會使用良導體的材料取而代之；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體來制作。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，其反射的效果也會越大。因此一般反射的是電場，而不反射磁場，這就導致了很多頻率比較低的磁場很難得到屏蔽。同樣，材料的磁導率也會影響到電磁波的衰退程度。在電廠當中，導電率同材料的衰退成正比。在磁場當中，導磁率同材料也同樣呈現(xiàn)正比。因此，材料應當選擇比較厚的，才能夠保證屏蔽的效果。

（四）外觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計

對于機柜設(shè)計通常有如下幾個方面的要求：第一，布局要合理，方便人們的使用和日常維護工作的開展；第二，機柜的造型要簡單大方，色彩要鮮艷協(xié)調(diào)，方面運行人員對其監(jiān)控工作的開展；第三，機身縫隙的焊接之處，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，機柜內(nèi)部各個零件要固定到位，并且對其進行加固的設(shè)計，不能夠出現(xiàn)一些松動的現(xiàn)象。一些可以拆卸的裝置，要能夠保證其方便拆卸，并且卸去之后機柜仍的質(zhì)量不會產(chǎn)生影響。

參考文獻

[1]余金澤等.大港油田采油五廠電能信息管理系統(tǒng).中國石油和化工，2008，2（4）：53～55

[2]《電子設(shè)備機箱·機柜·控制臺設(shè)計手冊》編委會.電子設(shè)備機箱·機柜·控制臺設(shè)計手冊，化學工業(yè)出版社，2012.4.

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

作者簡介

徐寅飛（1986-），男（漢族），就職于杭州電力設(shè)備制造有限公司，負責高低壓電氣設(shè)備開發(fā)，助理工程師職稱，2009年年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學，主要從事智能電網(wǎng)、電氣產(chǎn)品設(shè)計。機械工程機自動化專業(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。