談綠色設計理念在高壓電器制造行業的運用

上海華東電器集團電氣有限公司 宋邦申

0 前言

隨著現代社會經濟的快速發展，生產力的迅猛提高，資源的過度消耗和環境惡化程度的日益加深已經引起了社會的廣泛重視，環境問題也已經成為當今社會不容忽視的社會問題。近些年來，世界各國政府和有識之士對此相當重視，我國政府也提出了樹立科學發展觀和可持續發展的戰略要求，將構建自然環境和人類社會的和諧發展作為今后的工作目標。這也使得倡導生產和設計向資源利用合理化、廢棄物產出少量化方向發展的綠色設計理念在經濟生活的各個領域應運而生了。那么作為經濟生活的重要組成部分，高壓電器制造行業同樣面臨著如何處理好保護環境與經濟發展和諧共存的問題。本文就綠色設計理念如何在高壓電器制造行業中的運用談談幾點看法。

1 綠色設計的概念

綜合相關資料信息，我們可以將綠色設計的概念概括為：綠色設計（Green Design）是以環境保護和資源節約為核心概念的新型工業設計方法，它要求在產品的整個生產周期內把產品的基本屬性（功能、質量、壽命、成本等）和環境屬性（可拆性、可回收性等）緊密結合。換句話說，綠色設計就是以減少（reduce）物資和能源消耗，減少或杜絕（reuse）有害物質的排放，提倡產品或零件的方便回收并再生循環或重新利用（recycle）為目的（簡稱“3R核心”），并強調全方位對環境關注的一種設計理念。

2 綠色設計與傳統設計的區別

傳統設計往往是根據用戶市場的對產品的需要來設計，考慮較多的是產品的基本屬性，而不考慮或很少考慮產品的環境屬性，在產品完成使用壽命后就基本成了無用垃圾，回收利用率低，資源浪費嚴重，產生的有害物質嚴重污染生態環境，也就是所謂的“為使用而設計”。

綠色設計則重點考慮在產品的整個生產周期內如何做到對環境的負面影響最小，優先考慮的是產品的環境屬性，而后考慮的才是產品的基本屬性，也就是所謂的“為環境而設計”。

3 綠色設計在高壓電器制造行業的運用

近些年來，高壓電器產品正朝著小型化、少維護、高可靠、綠色環保的方向發展，客戶將會更多地在關注產品成本（如地價、土建、運行、維護各項成本）的同時關注產品運行過程中對環境的影響及處理。因此高壓電器生產企業現在不僅要去關心產品的經濟效益，而且也將會更多的關注產品的社會效益，現就從以下幾個方面談談自己對綠色設計理念在高壓電器制造行業的運用認識：

3.1 綠色材料設計

由于目前材料的生產成形技術和工藝水平已經相當成熟，各種先進的制造技術和新材料的也已完全能夠滿足高壓電器產品各方面的要求。因此綠色材料的設計主要就是材料的選擇和環保絕緣介質的運用，使選擇的材料和絕緣介質本身要具有綠色特性。

1）在設計過程中應盡量減少所用材料的種類，類似的或等效的材料在滿足產品功能的情況下盡量統一，這樣不僅可以降低原材料的采購儲存成本，減少廢棄后的回收處理成本，也可以提高產品的標準化程度，增強同一類型、不同規格產品零件的互換性。

2）優先使用可回收、易分解、可循環利用、低污染的材料。隨著1997年《京都議定書》的通過，現在許多高壓電器制造企業、科研院所都在研究SF6氣體的替代物，以減少SF6氣體的使用量，而且現在已經取得了極大的進步。一些高壓電器制造企業已經不再使用或盡量減少使用限制排放的SF6氣體作為開關設備的絕緣介質，而推出了使用SF6/N2混合氣體或高壓壓縮空氣作為絕緣介質的高壓開關設備。如國外7.2～24kV中壓充氣柜C-GIS采用普通壓縮空氣作為絕緣介質的產品已有很多；采用干燥凈化壓縮空氣作為絕緣介質的72.5～145kV高壓瓷柱式VCB，84kV罐式VCB等高壓電器產品也由日本AE帕瓦株式會社研發成功，并已經形成產業化；使用很少SF6絕緣介質的126kV瓷柱式真空斷路器在我國也已經有許多企業都已完成了型式試驗。對于使用絕緣介質比較多的氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）使用SF6/N2混合氣體作為絕緣介質的第二代產品已經由西門子公司開發多年，并已經具有了很好的工程運行經驗，準備采用高品質壓縮空氣作為絕緣介質的第三代GIL的探索和研究也已經取得很大的進展。

3）由于任何產品都不可能可以無限期的使用，因此為了產品完成使命后便于回收，在產品的設計過程中，對于設計產品所用零件的材料要注明其型號、規格、種類以及所采用的填料等相關內容，特別是作為高壓電器產品絕緣材料廣泛應用的樹脂、塑料等絕緣材料。例如：現在許多綠色環保、小型化的全固體絕緣的中壓開關柜采用了環氧樹脂等材料作為絕緣材料或絕緣包覆，

3.2 模塊化、標準化設計

模塊化、標準化設計是指在一定范圍內，在對不同類型、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列的功能模塊，通過模塊的不同組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需要，如ABB環網開關的上部單元結構，KYN28A開關柜的手車結構。模塊化、標準化的結構不僅有利于產品的制造和裝配，更有利于產品的維護。因此我們在進行高壓電器產品設計時，也應盡可能將各部件設計成相對獨立的功能模塊，這樣綠色設計和模塊化的結合，就可以滿足電力市場對高壓電器產品功能屬性和環境屬性的要求。

3.3 面向制造和裝配的工藝設計

在我們設計過程中應考慮到產品應更容易制造和裝配，并且在產品的制造和裝配過程中應對環境無污染或少污染，所需能源和資源最少。

1）采用合理的新型加工方法（如激光加工、少/無切削加工、激光焊接、超聲波焊接、快速成形技術等等），優化工藝設計方案，避免不必要的二次加工，降低原材料的消耗，減少廢料；2）進行高壓電器行業資源的整合，提高零配件的標準化程度，鼓勵和提倡由專門企業實現對高壓電器產品專用零配件的生產，減少廢次品，提高產品合格率，節約成本，降低能耗。從中壓領域到高壓領域許多產品都實現了部件的市場化，如VS1型斷路器機構的零部件，12kV負荷開關的零部件，瓷柱式斷路器和GIS產品的斷路器所采用的操作機構等等。3）生產過程中應盡量減少使用對環境或操作者有影響或危害的物質，采用必要的防護或預防措施，促進人類與環境，經濟與環境的和諧共存；4）對于差別不大、功能相似的零部件，在不影響其性能的情況，可以考慮設計成相同的結構，也許只需要簡單地增加幾個孔或者尺寸有所變化，不僅可以提高產品的標準化程度，更有利于產品的裝配。

3.4 均衡的長壽命設計

實現產品各部件使用壽命的均衡是綠色設計的一項基本原則。雖然在我們高壓電器產品的設計或制造過程中，使所有元件或部件達到完全相同或相似的長壽命是不可能的，但在設計時可以考慮使一些重要元件模塊具有較長的壽命，而使易損壞、壽命相對較短的模塊易于更換，同時對一些關鍵的模塊可以考慮設計成易于檢測和維修的結構；同時應在充分調研的基礎上，采用各種先進的設計理論和產品技術預測，使設計出的產品能滿足當前和相當一段時間內的市場需求，最大限度減少產品過時，近而節約資源。

3.5 可拆卸性和可回收性設計

可拆卸性、可回收性的設計是指在產品的設計過程中，我們都要考慮到設計的產品應易于拆卸，使用不同材料的零件應可以方便的分離開來，以利于產品的循環再用、回收再生和降解。其原則就是鼓勵企業減少材料種類，提高材料和零件的兼容性，允許使用可重復使用的零部件，使用不需要特殊工具連接的連接件，鼓勵用戶進行循環利用等等。采用合適的包裝形式，提倡采用通用包裝、可反復使用包裝形式，包裝廢棄物應能可降解處理，同時開發新的包裝材料，實現用最少的材料來滿足各種包裝；提高必須工裝或通用工裝的利用率，應盡量將其設計成通用類型。采用合理的經濟杠桿鼓勵企業和用戶在產品安裝完成后對包裝和工裝予以回收，以降低成本，減少資源浪費。

3.6 計算機輔助設計技術的運用

隨著計算機技術的快速發展，計算機輔助設計技術在高壓電器產品的設計過程得以廣泛運用，利用PRO/E等三維建模技術可以大大縮短產品的設計周期，極大程度地減少設計反復；利用ANSYS等有限元分析軟件給產品的設計提供了有利的保障，解決了僅僅依靠人工計算無法解決的一系列問題，如高壓電場分布、零件的機械強度等問題。通過以上幾個方面的設計運用，高壓電器產品整個生產周期將會形成一個綠色的閉環系統（見圖1），對環境的負面影響也將達到最低。

4 結束語

綠色設計作為一種新的設計方法在國內外已經得到了廣泛的認可與重視，并且在企業也得到了很好的運用和推廣。綠色設計技術不僅保護了環境、減少了資源浪費，同時也為企業創造了可觀的經濟效益和社會效益。它體現的是企業的綠色形象，強調的是全局和長遠利益。因此，基于綠色設計的技術，高壓電器制造企業如果在重視產品可靠性、穩定性的同時，也重視產品的綠色環保性，將會明顯提升高壓電器產品的市場競爭力，為企業創造良好的條件和機遇。同時政府也應大力宣傳科學發展觀，使建設資源節約型、環境友好型社會深入人心，通過政策法規鼓勵和扶持綠色設計理念在企業的推廣運用，同時加強為企業培養綠色設計管理人才和設計人才。