工程材料對配電設備的影響

王　燦

湖南雁能配電設備有限公司，湖南衡陽　421001

工程材料對配電設備的影響

王燦

湖南雁能配電設備有限公司，湖南衡陽421001

產品質量的好壞，首先取決于選用的材料是否適合該產品的使用要求，新材料的發現和應用往往代表著全新的結構與功能能夠得以實現。設計應利用原材料的優點，彌補其缺陷，降低生產成本，遵循“以最低費用取得最佳效果”這條市場經濟法則。

工程材料；新材料；節能

沒有哪個企業能離開市場而開展生產經營活動，通過企業與企業間的競爭，推動社會生產的發展，是一種客觀的必然。企業要在競爭中取勝，必須按照消費者的需求生產出優質的產品。產品質量的好壞，首先取決于選用的材料是否適合該產品的使用要求。材料是人類賴以生存與發展、征服與改造自然的物質基礎，是人類經濟活動的基本組成部分。

新材料的發現和應用往往代表著全新的結構與功能能夠得以實現，從而把人類改造自然的能力提高到一個新的水平，把人類文明帶進一個新的階段。冶銅技術的發展，促進了奴隸制社會向封建社會的早期過度；鋼鐵工業的迅速發展極大地推進了產業革命的進程。

1　工程材料對配電設備生產的影響

1.1變壓器鐵芯

市場需求對設計和生產有巨大的影響力，國家節能減排的市場需求促使鐵芯制作工藝不斷進步，進而推動變壓器生產系列不斷更新。自2000年后國家電網招標及私人用戶安裝變壓器多為S11系列，2009年多家生產企業在長沙簽字承諾不再生產S9系列變壓器，國家電網也不再安裝S9系列變壓器進入電網運行。國家電網招標自2012年開始逐漸加大S13系列變壓器所占比重，并替代S11系列變壓器成為主流需求。世界上最早由美國于20世紀70年代開始研制非晶合金變壓器，并于20世紀80年代末實現了商品化生產。我國通過引進專有技術消化吸收，開發了適合我國電網運行的非晶合金變壓器系列（即S15系列），并制定了相關標準。

固態物質按其原子（離子、分子）聚集的組態，可分為晶體和非晶體兩大類。晶體中的原子呈有規則的周期性重復排列，并貫穿晶體的整個體積；非晶體中的原子只能在幾個原子尺度的小范圍內作有規則的排列。晶體和非晶體在一定的條件下可以互相轉化，是晶體的金屬從液態通過急冷（大約106℃/s），便可具有類似玻璃的某些非晶態特征，稱為“金屬玻璃”；而非晶態的玻璃經過高溫長時間加熱又可形成晶體玻璃。合金液僅千分之一秒從1?300℃降到室溫，形成非晶帶材，鐵基非晶合金具有高飽和磁感應強度和低損耗的特點。

變壓器用非晶合金制作鐵芯比用硅鋼片制作鐵芯，空載損耗（一次側開路，在二次側輸入額定電壓測得的功率損耗）和空載電流（一次側開路，在二次側輸入額定電壓時測得的電流）大幅下降。S15系列變壓器空載損耗比S11系下降60%左右，比S13系列下降50%左右。各系列變壓器負載損耗值是一樣的，每年平均1kVA容量S15系列變壓器比S11系列節能7.03kW·h，比S13系列節能3.84kW·h。考慮電網中運行的配電變壓器總容量，使用S15系列變壓器節能總量將會是一個巨大的數字。

由于不同鐵芯材質的不同生產工藝，S15系列變壓器與S11、S13系列變壓器相比顯得“矮胖”。非晶合金鐵芯為四個獨立鐵芯框在同一平面內組成五柱三相，內空截面為長方形的繞組套裝在鐵芯靠內的三柱上后，將各鐵芯框的接口交互搭接組成殼式結構（即俗稱的“鐵包銅”）器身。由于非晶合金對機械應力非常敏感，在裝配時必須非常小心，避免碰撞鐵芯造成碎裂掉落影響性能，鐵芯與繞組外部采用“Ω”形的上下夾板，使鐵芯懸掛于繞組上只承受自身重量。

S15系列變壓器繞組套裝后，鐵芯框的接口交互搭接遠比S11、S13系列鐵芯的插片工序便捷，但繞組的方形結構比S11、S13系列的圓形、橢圓形結構不便分散應力，抗變形能力要差。即使S15系列變壓器節能效果明顯，但價格比S11、S13系列高出較多，較大的一次性投入目前仍是阻礙S15系列變壓器廣泛使用的一大障礙。如何克服這些不足，使S15系列變壓器普及化，是當前設計的重要課題。

1.2絕緣材料

DMD絕緣紙全稱聚酯薄膜聚酯纖維非織布柔軟復合箔，是由一層聚酯薄膜涂以粘合劑，一面為聚酯纖維非織布復合，軋光而成的一種復合絕緣材料制品。DMD絕緣紙具有良好的機械強度、介電性能和較高的耐熱性能，白色B級DMD絕緣紙耐溫130℃，0.2mm厚度擊穿電壓≥9kV，而電纜紙為8kV/mm，點膠紙為8.8kV/mm。

在繞組繞制前準備工作中，DMD絕緣紙只需根據繞組高度統一裁剪寬度，每層電磁線之間只需準備1張；電纜紙、點膠紙混用一般需按不同寬度裁剪，每層電磁線之間至少需3張以上。在變壓器繞組的繞制中，采用DMD絕緣紙代替電纜紙、點膠紙作為繞組層間絕緣，能大大減少準備繞組絕緣材料的工作量，同時也杜絕了人為疏忽少放絕緣紙影響產品耐壓性能的隱患。

繞組電磁線接頭焊接位置和高壓繞組引線出頭焊接位置的絕緣處理，通過對絕緣紙的新應用方式來提高工作效率，采用絕緣紙做好的紙筒套住焊接位置，比過去用絕緣紙包扎速度更快、效果更好。

1.3電表箱

作為電力設施到戶的終端，凡是需要用電都要安裝電表。為了對帶電位置進行安全防護，阻止竊電者觸及計量裝量，每戶都需要一個電表箱來保護電表。SMC、PC等阻燃工程塑料的應用則為電表箱的結構設計帶來了很大改變，工程塑料電表箱與傳統鐵和不銹鋼電表箱相比，重量輕、體積小、強度高且具有優良的絕緣性、密封性和耐腐蝕性。

料的加工工藝更有利于功能結構的簡化設計，電器元件的安裝位置、導線的走線槽等能與箱體一次性澆注成形，在表箱背面形成的凹槽、突起結構又能起到加強筋的效果，一個電表箱澆注成形只需幾分鐘。箱蓋采用全透明設計，方便清晰讀數抄表和及時觀察到箱內的各類異常現象，從而提前排除隱患，實現安全用電。塑料的絕緣性使電表箱內的電器元件帶電部位能與箱體距離更小，從而使箱體更小巧。塑料電表箱采用模塊化設計，有各種表位數表箱，在表位數選擇上更靈活多變。可單箱安裝使用，也可將整個計量回路集裝于一體化封閉箱內，由總控制箱進線多箱拼裝使用。

相對于塑料表箱，金屬表箱的生產時間長，潮濕天氣外殼凝露嚴重，外部只能看到電表讀數區域，內部空間利用不夠充分，外殼接地故障可能導致觸電事故。正因為這些優勢，塑料電表箱逐漸了成為目前市場上的主流產品。

2　結論

使用新材料或對原有材料采用新使用方法，更好地利用原材料的優點，彌補其缺陷，降低生產成本，遵循“以最低費用取得最佳效果”這條市場經濟法則，設計出優質產品是設計人員不變的努力方向。

［1］周鳳云，楊可傳.工程材料及應用［D］.北京：華中理工大學出版社，1999.

［2］丁玉蘭.人機工程學［D］.北京：北京理工大學出版社，2002.

TU5

A

1674-6708（2016）166-00176-01

王燦，中級工程師，研究方向為工業工程。