新型户外箱体优化设计

何明?袁帅?佘乐欣?黄煜伟?周佳明

摘要：本文主要围绕如何就户外箱体的设计改进进行阐述，其中包括节省箱体空间以及优化结构的模块化多折叠门设计，对于机箱在户外恶劣条件下的运行维护工作，模块化设计更具便利意义，最后阐述了机箱小型化设计利于百姓通行，使用新材料更符合环保社会建设的现实意义。

关键字：SMC材料；物联网；户外机箱；远程控制

一、引言

随着电气设备技术的发展与进步，户外电力设备日益增多，如何保证户外电力设备的安全运行，尽量减少对公共绿地的占用和与周围环境的适应，增加运行维护、储存、充能电气设备的安全性，也成为日常工作中的一个难题。户外用电箱体在低温潮湿的环境下，低温带电运行很大概率会出现凝露现象。这不仅会缩短其使用寿命，而且内部一些重要的电器设备、线路等也容易发生氧化、锈蚀等现象，严重者会直接造成设备在柜内短路、机构卡死、故障跳闸等意外情况的发生。目前一般采用智能恒温恒湿系统调节室外电力箱体，以防止室外电力箱体凝露产生，以保持箱体内设备运行温度适宜[1]。

二 、户外箱体现况

电力设备经常由于湿度过大而发生安全事故。每年，国网供电公司所辖变电站都会发生二次系统直流接地短路故障，原因是箱体受潮，甚至发生过二次端子击穿，电缆烧损导致汇控箱内凝露滴落的严重事故。因此，寻找电力设备内湿度过大的原因就显得十分重要。

（一）凝露现象

户外电力箱体在实际运行过程中，雨水较多的地区以及昼夜温差较大的地区，由于气候、环境、工作条件等原因，设备内很容易出现凝露、水珠甚至是积水等现象。很多时候凝露会慢慢形成积水，在设备内部停留的时间过长，给安全运行的电气设备带来极大的隐患。

（二）凝露原因及危害

一般认为不严格封堵电力箱底及电缆沟渠而引起湿气侵入是导致凝露的重要原因。一般柜体与电力箱基直接相连，为防止小动物进入电力箱，通常将电缆之间的空隙用防火泥封闭起来。在日常的运行维护过程中可以发现，水蒸气很容易通过电气箱底座的一些空隙上到电气箱内，加上夏天雨水比较多，温度也比较高，而动力箱体防护等级要求一般为IPX4及以上，其设备本体密封性好，缺少空气流通条件，所以导致进入动力箱体内部的水汽不能自行排出[2]。

多年来对电力箱体进行检修的经验表明，电力箱体内湿度过大，会造成设备锈蚀、局部放电、直流接地、设备误动作等事故的发生。现将其危害情况总结如下：一是在检修过程中，应注意凝露会造成控制、信号和储能回路的错误动作，从而引起电力箱体的二次端子短路；二是造成线芯对地绝缘电阻降低，最终导致直流接地失效，严重威胁使设备安全可靠运行的动力电缆，导致控制电缆绝缘性能下降；三是引起二级部件老化、锈蚀现象的发生，电源箱体中继电器、接触器、接线端子等部件中的接片、固定螺丝等金属部件锈蚀，会导致接线端子接触不良，在回路中可能导致接线端子发热异常甚至断路，更有可能造成火灾等意外事故的发生。

三、新型户外箱体结构优化

（一）户外箱体特点

户外箱体要防腐蚀，是户外箱体最重要的防护要求，对于容易生锈的地方，一是可以将其隐藏起来，也可以设置排气口，加入智能除湿器；二是作业板材选用绝缘、防静电性能较好的材料，室外箱体外观设计选用不锈钢材料，箱体采用三角钢固定。简单来说就是为了保证室外箱体的稳定，加强对箱体门的抗变形能力；室外箱体为了便于线缆电线的布置，加装了侧把，保证室外箱体内部美观，便于操作和检修。户外盒子的材质一般都是普通的钢制或者不锈钢材质，需要定期地对盒子的外壳进行补漆，防止盒子的外壳生锈。而箱体的隔热保温效果不佳，冷凝现象会在箱体内遇到潮湿的环境而影响设备的正常运行，这又是为何呢？对于不锈钢材质的箱体来说，虽然不容易生锈，但是焊接点很容易生锈，而且隔热保温效果不佳，所以在处理的时候需要做一些应对措施[3]。

（二）户外箱体门板优化

户外箱体门板采用模块化的小型化设计，模块化的设计用于整个箱体门板上，单厢门宽度设计为300毫米的宽度，并采用了多重折叠设计，减少占用公共绿地行为。当这类设备部件出现故障时，使用单位可以通过更换零部件所对应模块的方式，自行修复设备故障，从而使设备维修更加方便且高效，也为设备运维提供了极大的便利。

多重可折叠车门装置包括机壳、驱动板组部件、1号闸板部件和2号闸板。机箱内部设置了一个包括驱动板、驱动器组件以及第一个驱动单元在内的有容量的置槽；驱动板与机箱内部连接，驱动板上连接驱动部件；初段传动装置与驱动板相连，初段传动装置与传动元件相连。第一道闸板组件包括第一道闸板和第二个传动单元，其中第一道闸板的一面连接着第一个传动单元的Activity；传动二单元与传动二单元活动衔接的一号闸板另一侧相连。当折叠式闸门装置处于开启状态时，在容置槽内部收纳第一个闸板组件和第二个闸板；当折叠门装置处于闭合状态时，1号闸板构件与2号闸板延伸出容置槽的距离为1号闸板构件叠加2号闸板的宽度[3]。

对于箱体折叠式门板来说，平开门比较耐用，开关依靠合页或烟斗铰接，开关过程不需要太大的力气，即使老化，更换起来也比较方便。但是，向外开比较占地方，不太合适空间不大的房间，户外箱体的体积越小，安装和维护起来就越方便；而对于户外应用来说，多重折叠门能有效节省空间的设计，所以更为合适。

（三）户外箱体新材料应用

SMC复合材料的主要原材料由GF（特殊纱线），UP（不饱和樹脂），低缩助剂，MD（填充物），多种助剂等组成，即采用不饱和聚酯玻璃钢介入法制的片状模塑，通常用于坚固、耐磨、保温、绝缘等特点的汽车工业及电气工业。防爆电器设备壳体的产品采用SMC复合材料，改变了原来防爆电器设备外壳以钢材和铝材为主的特点，同时克服了钢材和铝材的笨重、碰撞时易产生火花、产品本身耐化学性好、致密性好、防化学渗透性好等缺点，使产品在使用过程中不会产生火花，从而保证基材使用时间长且稳定。由于SMC材料具有抗腐蚀、质量轻、操作简单、工程设计灵活、机械性能可与某些金属材料相媲美等特点，使SMC材料适于壳体产品中的耐爆电气设备，但防爆电器设备壳体产品采用SMC复合材料，目前在国内尚处于起步阶段。

采用SMC材料，再经高温高压一体化成型的电力箱体顶盖、门板等，由广安检测第三方认证，阻燃等级V0级，能够全面满足电气设备防爆阻燃要求，具有标准化、模块化、生产效率高等特点。

（四）防雨水设计

箱体接合部采用防水胶条密封，箱螺孔与旋板螺孔相连，箱螺孔下缘与旋板接合处设有走水槽，箱螺孔位于旋板对边缘，采用防雨式设计，箱螺孔与旋板接合处为防雨式设计。这个过程不仅可以增加密封防水的可靠性，还可以简化过程。

要求壳体骨架采用带导流槽的门框四周防水式设计，并在导流槽与门板贴合的位置上增加防水胶条，以保证雨水从导流槽流出而不会进入壳体内部，为了保证顶盖的防雨性能，减少雨水浸入箱内，箱身沿与顶盖下沿形成了不小于20mm的落差。

（五）户外接地设计

对设备进行有效保护，不仅具有屏蔽、防雷击、防静电等功能，而且在保证生活安全的同时，也保障了电磁兼容性。防护接地的作用是对雷电防护、静电防护等装置的安全起到保护作用。稳定的电位基准提供给讯号电压或系统电压，从而对干扰信号和屏蔽式接地功能起到了有效的抑制作用。此外，对接地的有效保护应在机箱的设计中进行，这样才能防止对低水平信号的干扰。

保护接地的汇流排，机柜应选用截面面积大于50mm2的铜作为接地排，表面可镀锡，以增强其防蚀性能。在机柜中，全部用铜线连接地面的各个电器部件的接地点，每一块金属件也要接上，每一块金属件的电阻都在0.1以下；机柜门、盖板、机壳、机架等结构部件在保证连续地接入电器的基础上，最后再接入接地排布，这样的地线连接才是可靠的[4]。

要使接地汇流排：要接入汇流排连接的电缆屏蔽层；当屏蔽电缆数目很多时，必须采用专门的屏蔽电缆来夹合，以便安装。

四、新型户外箱体的城市环境适应性

（一）节省空间

在涉及设备内外安装尺寸时，户外设备的柜体为保证设备的互换性和兼容性，与其他电工电子设备一样，必须执行一定的尺寸系列标准，以实现设备的标准化和系列化。对于户外设备的机械结构尺寸，IEC共制定了三项标准，这些标准都在最后的征求意见稿阶段：

（1）IEC61969－2《户外机箱及机柜的协调尺寸》；

（2）IEC61969－2－1《户外机柜尺寸详细规范》；

（3）IEC61969－2－2《户外机箱尺寸详细规范》。

在上述标准文件的基础上，大胆创新机箱的结构设计和用料；新材料的运用使机箱整体结构尺寸更紧凑，占地面积更小，使得人行道路面积和绿化隔离带面积更为宽裕。从视觉效果上看，尺寸较小的户外机箱与周边环境的融合度较好，不会显得突兀。

一般情况下，室外机箱多安置在人行道旁，便于运维人员对机箱经常维护和检修。但维修保养时，打开平开门会对来往于人行道的车辆和人群造成影响，在夜间或雨季等恶劣视线条件下，极易造成人员伤害，而使用模块化多折叠式门设计，在维修机箱时不会阻碍人行道的通行，同时也大大避免了平开门所带来的困扰。

（二）构建环境友好型社会

环境友好社会是指建立低消耗的生产体系、适度消费的生活体系、持续循环的资源环境体系、不断创新的技术体系以及国际贸易和金融体系。不同于极端的人类中心论和激进的生态中心论，在核心价值观上，它是以促进人的身体健康、建设环境友好型社会为宗旨，旨在人与自然和谐。从经济发展模式来看，环保社会以可持续发展为目标，以循环经济为模式，以绿色GDP为标准，以经济发展和环境保护和谐为政治制度，以政治文明为核心，强调适度发展和适度消费，反对低效臃肿的官僚组织，避免腐败现象的发生，是环保社会发展的核心，通过倡导环保责任，以环保促进建设社会民主法制以及社会公正[5]。

户外机箱的小型化与环保型设计十分吻合，小型化代表的是对长期发展，消耗更少的有利资源。而新材料的使用不但减少了运维人员检修次数，也减少了资源的消耗，绿色环保材料对自然也更友好，利于废弃后自然降解。

五、结束语

本文首先介紹了包括金属材质外壳生锈问题、不锈钢材质焊点生锈问题、箱体外观面积积水严重等问题在内的当前户外箱体在使用过程中遇到的一些情况，其中涉及一些结构设计方面的问题，对户外箱体普遍遇到的凝露问题也做了详细的介绍，包括凝露造成的一些危害；

其次，本文对户外箱体进行了改进设计，即节省箱体空间又缩小箱体体积的模块化多折叠门设计，而对于机箱在户外恶劣条件下的运行维护工作，模块化的设计更具便利意义；最后阐述了机箱小型化设计利于百姓通行，使用新材料更符合环保社会建设的现实意义。

作者单位：何明 袁帅 佘乐欣 黄煜伟 周佳明

深圳供电局有限公司

参  考  文  献

[1]陈新喜.基于物联网的户外便携式环境监控系统设计[J].电脑知识与技术，2022，18（01）：128-130.

[2]李学妨，何春红，吴秋玫，等.普洱地区配电网户外箱智能化防凝露技术研究[J].设备管理与维修， 2021（22）：129-131.

[3]尉镔，李震宇，王海鹏，等.基于物联网的配网户外箱柜预警远程智能监控系统[J].电子器件， 2021，44（05）：1198-1203.

[4]吴新虎.基于物联网技术的SPD实时监测系统设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2021.

[5]杜威，潘苗.物联网在智能电网中的应用[J].江苏电机工程，2013，32（04）：81-84.