環網柜用防水電動操作機構的改進設計

戴曉梅

（廈門宏發電聲股份有限公司，福建 廈門 361002）

環網柜用防水電動操作機構的改進設計

戴曉梅

（廈門宏發電聲股份有限公司，福建 廈門 361002）

環網柜用防水電動操作機構的技術原理是通過將電動操作機構周圍控制單元模塊化形成控制盒，并引入環氧樹脂膠灌膠工藝，使該控制盒達到密封效果，克服現有電動操作機構元件分散，防水性和柜體中因凝露產生的電氣腐蝕而造成可靠性差的技術問題，從而確保城市配電網穩定供電。

防水；電操；控制；環網柜

隨著國家大力倡導智能電網建設和配電自動化技術的提高，帶配電自動化功能或預留配電自動化接口的戶外環網柜成為城市配電網改造的熱點需求，而具備電動操作及控制功能是該種環網柜的核心。配網改造中，對環網柜整體的安全防水性能、小型化、簡潔化提出新的要求。

圖1　傳統電動操作機構控制線路

圖2　改良版電動操作機構控制線路

1.設計防水電動操作機構要重點解決的關鍵技術問題是

1.1電操機構的關鍵控制元件模塊化

傳統的電動操作機構關鍵元器件大多由交流接觸器、中間繼電器、組合端子排、熔斷器、按鈕、行程開關以及大量連接線等組裝而成，如圖1所示。

這種設計與布置存在以下缺陷：二次接線復雜，接點較多，安裝不方便且容易出錯，維護檢修不方便。

另一種就是經過改良的，將交流接觸器、組合端子排、熔斷器等進行集成化，采用控制線路板+絕緣導線連接的方式，如圖2所示，目前的施耐德SM6等柜體內部的電動操作機構控制均采用這種方式。

這種設計與布置雖然克服了接點多雜和檢修不便的問題，采用模塊化的設計，主控模塊與輔助開關仍采用直接連接的方式，不夠簡易，不利于生產組裝和現場安裝。

總結上述的經驗，現在設計一種模塊化的環網柜用電動操作機構的電氣控制裝置，如圖3所示，包括：包括密封盒及與之配合的密封蓋，控制盒內設有PCB板，該PCB板與盒體底部行程一密封空間，該密封空間設置中間繼電器、熔斷器以及過壓保護器，中間繼電器、熔斷器以及過壓保護器均電性連接至PCB板，即將關鍵控制元器件集成在PCB板上，并進行密封。控制盒內部的導線通過PCB板走線完成，減少了導線連接，外部引線借口采用可插拔端子，插拔式接線端子底座上插接與之配合的插拔式接線端子插頭，將主控模塊與輔助行程開關分離，有利于生產組裝，現場安裝更方便，更換也更快捷。

圖3　模塊化電操機構電氣控制裝置

圖4　灌封后的防水電操控制裝置

1.2電操機構的電氣控制部分防水抗凝露特性

環網柜安裝在戶外箱體中運行時，由于箱體內外存在溫差以及水汽的影響，箱內容易產生凝露，特別是在潮濕天氣或早晚溫差較大時尤為嚴重，于是開關柜電動操作機構的電氣控制部分由于暴露在空氣中，經常出現回路燒毀和繼電器觸點進水導致開關誤動作或拒動。

上述的圖3的方案，如果只是采用密封盒將電操機構的主控部件及線路模塊化裝入，時間長久后，因溫差產生的凝露在盒體內部仍然會使相關電子元器件產生腐蝕，可靠性隨時間下降。

采用環氧樹脂膠等材料對設備內的元器件及印制組裝件進行整體灌封，是提高電子、電氣設備的可靠性、安全性常用的一種有效的防護措施。而灌封材質、灌封工藝等的選擇就顯得尤為重要。

（1）灌封材料

灌封材料是灌封技術的基礎，灌封工藝的每個環節都會依據材料特性開展。灌封技術在民用和工業產品上都有廣泛的應用，可選用的材料也是多種多樣的，常用的是各種合成聚合物，其中環氧樹脂是最具典型的材料。

由于單組份的環氧樹脂膠在不增韌時，固化物一般偏脆，抗開裂和抗沖擊的性能比較差，根據我們以往在互感器產品上的灌封經驗，選擇了該種阻燃型的5005雙組份環氧灌封材料，其特性如下：

①適用于一般電子元器件灌封及線路板封閉，可常溫固化，亦可加溫固化。

②常溫固化過程中放熱溫度低，固化物韌性和抗開裂性優異。

③固化后表面光亮、憑證、固化物防潮和絕緣性能優異。

④阻燃性能通過UL94-V0級。

從表1可以看出，雙組份配比5005環氧樹脂膠已將材料固化時的收縮率由原2%下降至0.5%，極大地減少了內部產生應力，對電氣指標尤其是工作頻率的改變降至最小。更由于其黏度低、流動性好，灌封時更容易達到PCB上的各個縫隙，可將PCB嚴密地封裝起來，固化后的粘膠彈性好，能吸收震動和抗沖擊。

除此以外，5005雙組份的環氧樹脂膠明顯絕緣性能更優越，抗沖擊性更強。

表1　環氧樹脂灌封膠的性能及應用特性比較表

圖5　

綜合以上分析，我們選擇略勝一籌的5005雙組份環氧樹脂膠作為灌封材料。

（2）灌封

①灌封方式

灌封的方式有兩種，一是人工灌封，二是利用專用設備灌封。二者的優缺點在于：人工灌封費時費力，配方不易精確控制，難以保證批量的一致性。利用灌封設備則容易批量生產，可靠性相對高。在前期未形成量產時，我們采用設備攪拌配方保證混合和均勻性，先用人工灌封的方式進行灌封工藝的測試。

②配方及灌封管理

雙組份的配方管理（包含比例和用量）和混合的均勻性是灌封工藝的又一個關鍵點，比例失調、混合不均勻會造成配比后的硬度、彈性和附著性的減弱。

幸運的是，借鑒以往雙組份環氧樹脂膠的使用和生產經驗，再結合表1的膠參數，研究后該改進型的5005環網樹脂膠采用制備工藝如下：環氧樹脂5005A及固化劑5225BX-WX，按照5∶1的重量比計量，混合均勻后即可進行灌封，在室溫下固化1h～1.5h后，觀察灌封膠與PCB表面是否有濕氣和氣泡，如有則采用熱風槍加熱5分min進行濕氣和氣泡的消除，繼續室溫固化24h后，產品可進行常規電測試。

對上述圖3的電操控制裝置進行灌封固化后，所得的實物如圖4所示。產品經測試符合GB/T 11022-1999《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求及DL/T 404-2007《3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》的要求。

圖5為模塊化、簡潔化后前后的電操機構對比。

結論

隨著行業發展，電氣控制單元小型化及產品“三防”能力提升都是一個系統的工程，除上述問題外還有其他一些關鍵技術的解決和思考，如：①電操機構控制裝置結構設計更簡潔，是否可融合電操機構進行一體化，后續電操單元形成類似單一模塊化的控制裝置，克服現有的機構模式；②工業4.0發展的趨勢之一是智能化，能否設計自帶智能通信和控制模塊，使高低壓開關設備實現無縫連接和遠程操控，保證配電自動化功能的可靠實施，從而確保城市配電網穩定供電。

［1］廈門安達興電氣集團有限公司.智能防水電動操作機構［P］.中國：201320309704.8，2013-11-06.

［2］陳優珍.硅樹脂凝膠在鐵路信號產品灌封中的工藝研究［J］.電子工藝技術，2009，30（3）：172-174.

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