论文部分内容阅读
摘要：电气设备的机柜设计在保证电气设备优良的电气性能与安全运行起着重要的作用。本文通过对电气设备机柜设计过程中需要考虑因素分析的基础上，提出了电气机柜设计方法的总结与应用，希望可供相关借鉴参考。
关键词：电气设备；机柜；设计；应用
中图分类号：S972文献标识码： A
一、电气设备的机柜设计方法
（1）、环境设计
环境的种类繁多，不同的研究对象对环境的分类各不相同，电子设备所处的环境，大体上可分为自然环境、工业环境和特殊使用环境三大类，其中自然环境的影响因素主要包括温度、湿度、气压、盐雾、降水及生物因素等，大港油田所处地区属北半球暖温带半湿润大陆性季风气候，总的气候特征为：四季分明，光照充足，温度适中，雨热同期。年降水分布不均，具有春旱、夏涝、秋吊的特点。电气设备机柜的环境防护设计，是指对元器件、材料的选择及防护措施，尤其是环境温度、湿度及灰尘将对电子设备中产生不良的影响及后果。
因此，电气机柜的选材、结构与表面处理要满足温度，湿度，盐雾，灰尘和沙，大风等气候条件对设备的要求，电气机柜的正常使用条件为周围空气温度不超过+55℃，而且在24h内其平均温度不超过+35℃。周围空气温度下限为-10℃；大气条件为空气清洁，相对湿度为20%～80%，无凝露产生。机柜为户内安装，安装在周围空气清洁、无导电、无爆炸尘埃、无强烈振动和冲击的场所。宜采用市场通用机柜，如我司为南瑞、四方、长源、鲁能配套满足国网规范-国网柜以及专属用柜；若使用场所不符合正常使用条件时，应根据有关产品标准或根据制造商和用户的协议进行设计和使用，加防尘、防水、防电磁结构装置以及温控设备。当机柜在适于霉菌生长的场所使用时，机柜应具有防尘抗霉菌的能力；当机柜用于海边时，机柜应具有抗盐雾腐蚀抗凝露的能力。电气机柜的防水要从机柜的结构上入手，如机柜顶板适当外沿、门框翻边结构、接缝处采用密封胶条等，选用密封胶条时要选用耐高温，抗老化材料。可以在通风口处加用过滤网来实现电气机柜的防尘。
（2）、防直接接触保护设计
绝缘防护是采用绝缘技术将带电的部分与外界全部隔开，杜绝正常工作状态下与危险的带电部分的接触，这是一种完全的防护。使用的绝缘必须能长期承受在运行中可能受到的电气、化学、机械及热应力的影响（例如碰撞、摩擦、拉压、扭曲、电蚀、大气污秽、高低温及变化、电解液）等对应力产生的影响。用作直接接触防护的绝缘材料应满足介质强度、绝缘电阻、泄漏电流的考核要求。但一般如能以安全距离加热缩套管保证
（3）、外壳或遮栏的防护的设计
要求采用遮栏或外壳将危险的带电部分与外部完全隔开，以此避免从经常接近的方向或任何方向的直接触及危险的带电部分，是一种完全的保护。外壳防护除最少符合GB4208—2008规定的IP20外，且:
1、外壳防护的壳体应该是封闭的连续体，并且在规定的位置上固定，设计制造得使用者或第三者不得借于工具进行拆卸或打开；
2、外壳应有足够的稳定性及机械强度，即结构、材料、尺寸具备足够的稳定性和耐久性，能承受正常使用中可能出现的机械压力、碰撞和不正常操作引起的应力变化。
（4）、噪声、振动和抗震
1、噪声
降低噪声对人员的影响，特别是对操作人员的影响是安全设计的重要目标。噪声设计要依据规定的噪声限值和测量方法的规定进行。降低噪声的设计往往会明显增加制造的成本，因此应优先考虑有针对性的设计。
2、振动
在设计上，要从以下几个主要方面限制振动对人的影响：
振动强度：以加速度来描述，计量单位为m／s2；
振动频率：范围为8Hz-10000Hz。振动可能是周期性的，也可能是具有分布频谱的随机或非周期性，还可能为某频带范围内的连续冲击型激振；
振动方向：以心脏为原点，直角座标系相应方向（X、Y、Z）上进行；
振动持续时间：指人体在振动环境中的连续暴露时间，它的限值与振动强度值有关。
3、抗震
抗震设计的目的主要是为了降低地震条件下对机柜的影响，以及这种影响对人体的危害。抗震设计的根据是，对地震破坏影响和设计对象对使用环境的地震情况的估计。（抗震能否移第3条外壳应有足够的稳定性及机械强度中）
（4）、防止过热和低温
机柜外壳温度过高（过热）或过低（低温）易灼伤人体的皮肤，外壳的热辐射还会影响周围设备的安全运行，对此应有设计措施加以防护。应研究机柜外壳表面的功能状况，例如区分功能性热表面及其相邻的表面、过冷表面等，以针对不同的表面对人体伤害的影响大小提出设计上的措施。主要应加温控设备防止柜内温度过热和低温，防止设备误动作，保证设备使用寿命。
二、提高电气设备中的机柜设计的应用措施
（1）、新工艺，新材料在设计中的应用
在机柜设计中使用了一些新的零件工艺，精饰就是其中之一。在对机柜右侧？19寸标准插箱设计时，要对其元件非有效装配区域用面板来进行装饰，面板的外观处理可以有几种处理方法，如喷柒表面、氧化及一些传统的工艺方法，但如何能够使其整体效果统一，通过多次实验，最终确定使用与19寸机箱风格、外观效果接近一致的精饰新工艺，既达到了与19寸机箱外观的一致，又使其整机效果提高同时，提高了设备的档次。 在机械零件的设计中，设计还使用了新材料，使用了玻璃钢材料来制作零件。在护罩的设计时，由于其形状特殊复杂，工艺复杂。如选择的一般材料加工很难完成；如使用工程塑料，则成本提高且又没有批量，故使用了玻璃钢材料。既降低了成本，又满足了使用要求，同时达到了设计效果。
（2）、新结构在机柜设计中的应用
机柜的结构设计已成为实现产品技术指标的重要组成部分。对机箱机柜设计提出以下基本要求：
1、保证产品技术性能、指标的实现；
2、便于设备的操作使用和安装维修；
3、良好的结构工艺性；
4、易于贯彻执行标准化；
5、重量轻体积小；
因此，机柜设计中使用了新的结构。使用了19寸标准机柜铝型材连接的立柜式机架机柜结构，顶板和底版均为铝合金铸件，代替了传统的焊结和铆接结构。内部使用了高度进制为44-45mm的标准尺寸系列积木化结构的插箱、插件。
铝型材结构简单、易于安装维修并有良好的结构工艺性；使整机在装配过程中降低了装配难度，同时却提高了装配精度和装配质量；在装配质量和配合精度上由于其批量生产的情况均比焊接结构容易得到保障，尤以大型机箱（柜）上反应更为突出；对装配人员的素质要求相应降低，容易实现批量流水化的生产装配。
铝型材外表面，给人一种柔软，光泽的感觉，并具有较高的表面光洁度和综合表面质量重量轻体积小。因此我司帮一些要用于飞机、动车上的客户利用铝型材做为机柜骨架，利用其外观表面质量，利用型材表面衬托出结构轮廓的棱边，使机柜整体给人以清爽、美观的效果，同时又不喧宾夺主，起到了很好的装配与造型效果。
（3）、提高开孔的屏蔽效能的措施
阵列孔对于屏蔽影响因素最大的是孔的深度，其次是孔的最大尺寸。当散热与屏蔽存在矛盾时，比较理想的方式是增加孔的深度，同时增加孔的最大尺寸，或是减小孔的最大尺寸，同时减小孔间距（增加孔的数量）。工程实际中，阵列孔的屏蔽效能最高為30db/1GHZ。如果需要更高等级，或是屏蔽和散热矛盾十分突出，可以考虑采用波导通风板（较常用的蜂窝板）。波导通风板的屏蔽效能可以十分高，孔隙率大，是一种理想的通风方式。但必须注意其昂贵的价格，一般情况下不建议使用。通风孔的屏蔽效能稳定性、一致性十分好，设计时基本上不必考虑安全余量问题。为了减少辐射，一般情况下对开孔。活动门可以进行屏蔽。并注意保证开孔板与屏蔽材料、活动部件与主体无间隙导电连接。屏蔽材料大致分为5类，金属丝网，打孔金属板，波导通风窗，铝带叠压网通风窗，发泡金属通风窗。
三、结语
总而言之，在电气设备的机柜设计过程中，要优先考虑安全技术、方便使用与满足经济效益上的要求，细化每台设备的机柜设计方案，为每个环节设定清晰的目标，对各环节设计及性能做好相关的测试。机柜设计不是表面化的东西，因此，相关人员应该提高认识与重视，注意通用化。
参考文献
[1]顾劲松,任桂山,李红艳.电气设备的机柜设计与实践[J].中国石油和化工,2013,12:47-50.
[2]徐华云.电工电子设备机柜安全的基本要素和设计要求[J].电工文摘,2012,06:42-47.
关键词：电气设备；机柜；设计；应用
中图分类号：S972文献标识码： A
一、电气设备的机柜设计方法
（1）、环境设计
环境的种类繁多，不同的研究对象对环境的分类各不相同，电子设备所处的环境，大体上可分为自然环境、工业环境和特殊使用环境三大类，其中自然环境的影响因素主要包括温度、湿度、气压、盐雾、降水及生物因素等，大港油田所处地区属北半球暖温带半湿润大陆性季风气候，总的气候特征为：四季分明，光照充足，温度适中，雨热同期。年降水分布不均，具有春旱、夏涝、秋吊的特点。电气设备机柜的环境防护设计，是指对元器件、材料的选择及防护措施，尤其是环境温度、湿度及灰尘将对电子设备中产生不良的影响及后果。
因此，电气机柜的选材、结构与表面处理要满足温度，湿度，盐雾，灰尘和沙，大风等气候条件对设备的要求，电气机柜的正常使用条件为周围空气温度不超过+55℃，而且在24h内其平均温度不超过+35℃。周围空气温度下限为-10℃；大气条件为空气清洁，相对湿度为20%～80%，无凝露产生。机柜为户内安装，安装在周围空气清洁、无导电、无爆炸尘埃、无强烈振动和冲击的场所。宜采用市场通用机柜，如我司为南瑞、四方、长源、鲁能配套满足国网规范-国网柜以及专属用柜；若使用场所不符合正常使用条件时，应根据有关产品标准或根据制造商和用户的协议进行设计和使用，加防尘、防水、防电磁结构装置以及温控设备。当机柜在适于霉菌生长的场所使用时，机柜应具有防尘抗霉菌的能力；当机柜用于海边时，机柜应具有抗盐雾腐蚀抗凝露的能力。电气机柜的防水要从机柜的结构上入手，如机柜顶板适当外沿、门框翻边结构、接缝处采用密封胶条等，选用密封胶条时要选用耐高温，抗老化材料。可以在通风口处加用过滤网来实现电气机柜的防尘。
（2）、防直接接触保护设计
绝缘防护是采用绝缘技术将带电的部分与外界全部隔开，杜绝正常工作状态下与危险的带电部分的接触，这是一种完全的防护。使用的绝缘必须能长期承受在运行中可能受到的电气、化学、机械及热应力的影响（例如碰撞、摩擦、拉压、扭曲、电蚀、大气污秽、高低温及变化、电解液）等对应力产生的影响。用作直接接触防护的绝缘材料应满足介质强度、绝缘电阻、泄漏电流的考核要求。但一般如能以安全距离加热缩套管保证
（3）、外壳或遮栏的防护的设计
要求采用遮栏或外壳将危险的带电部分与外部完全隔开，以此避免从经常接近的方向或任何方向的直接触及危险的带电部分，是一种完全的保护。外壳防护除最少符合GB4208—2008规定的IP20外，且:
1、外壳防护的壳体应该是封闭的连续体，并且在规定的位置上固定，设计制造得使用者或第三者不得借于工具进行拆卸或打开；
2、外壳应有足够的稳定性及机械强度，即结构、材料、尺寸具备足够的稳定性和耐久性，能承受正常使用中可能出现的机械压力、碰撞和不正常操作引起的应力变化。
（4）、噪声、振动和抗震
1、噪声
降低噪声对人员的影响，特别是对操作人员的影响是安全设计的重要目标。噪声设计要依据规定的噪声限值和测量方法的规定进行。降低噪声的设计往往会明显增加制造的成本，因此应优先考虑有针对性的设计。
2、振动
在设计上，要从以下几个主要方面限制振动对人的影响：
振动强度：以加速度来描述，计量单位为m／s2；
振动频率：范围为8Hz-10000Hz。振动可能是周期性的，也可能是具有分布频谱的随机或非周期性，还可能为某频带范围内的连续冲击型激振；
振动方向：以心脏为原点，直角座标系相应方向（X、Y、Z）上进行；
振动持续时间：指人体在振动环境中的连续暴露时间，它的限值与振动强度值有关。
3、抗震
抗震设计的目的主要是为了降低地震条件下对机柜的影响，以及这种影响对人体的危害。抗震设计的根据是，对地震破坏影响和设计对象对使用环境的地震情况的估计。（抗震能否移第3条外壳应有足够的稳定性及机械强度中）
（4）、防止过热和低温
机柜外壳温度过高（过热）或过低（低温）易灼伤人体的皮肤，外壳的热辐射还会影响周围设备的安全运行，对此应有设计措施加以防护。应研究机柜外壳表面的功能状况，例如区分功能性热表面及其相邻的表面、过冷表面等，以针对不同的表面对人体伤害的影响大小提出设计上的措施。主要应加温控设备防止柜内温度过热和低温，防止设备误动作，保证设备使用寿命。
二、提高电气设备中的机柜设计的应用措施
（1）、新工艺，新材料在设计中的应用
在机柜设计中使用了一些新的零件工艺，精饰就是其中之一。在对机柜右侧？19寸标准插箱设计时，要对其元件非有效装配区域用面板来进行装饰，面板的外观处理可以有几种处理方法，如喷柒表面、氧化及一些传统的工艺方法，但如何能够使其整体效果统一，通过多次实验，最终确定使用与19寸机箱风格、外观效果接近一致的精饰新工艺，既达到了与19寸机箱外观的一致，又使其整机效果提高同时，提高了设备的档次。 在机械零件的设计中，设计还使用了新材料，使用了玻璃钢材料来制作零件。在护罩的设计时，由于其形状特殊复杂，工艺复杂。如选择的一般材料加工很难完成；如使用工程塑料，则成本提高且又没有批量，故使用了玻璃钢材料。既降低了成本，又满足了使用要求，同时达到了设计效果。
（2）、新结构在机柜设计中的应用
机柜的结构设计已成为实现产品技术指标的重要组成部分。对机箱机柜设计提出以下基本要求：
1、保证产品技术性能、指标的实现；
2、便于设备的操作使用和安装维修；
3、良好的结构工艺性；
4、易于贯彻执行标准化；
5、重量轻体积小；
因此，机柜设计中使用了新的结构。使用了19寸标准机柜铝型材连接的立柜式机架机柜结构，顶板和底版均为铝合金铸件，代替了传统的焊结和铆接结构。内部使用了高度进制为44-45mm的标准尺寸系列积木化结构的插箱、插件。
铝型材结构简单、易于安装维修并有良好的结构工艺性；使整机在装配过程中降低了装配难度，同时却提高了装配精度和装配质量；在装配质量和配合精度上由于其批量生产的情况均比焊接结构容易得到保障，尤以大型机箱（柜）上反应更为突出；对装配人员的素质要求相应降低，容易实现批量流水化的生产装配。
铝型材外表面，给人一种柔软，光泽的感觉，并具有较高的表面光洁度和综合表面质量重量轻体积小。因此我司帮一些要用于飞机、动车上的客户利用铝型材做为机柜骨架，利用其外观表面质量，利用型材表面衬托出结构轮廓的棱边，使机柜整体给人以清爽、美观的效果，同时又不喧宾夺主，起到了很好的装配与造型效果。
（3）、提高开孔的屏蔽效能的措施
阵列孔对于屏蔽影响因素最大的是孔的深度，其次是孔的最大尺寸。当散热与屏蔽存在矛盾时，比较理想的方式是增加孔的深度，同时增加孔的最大尺寸，或是减小孔的最大尺寸，同时减小孔间距（增加孔的数量）。工程实际中，阵列孔的屏蔽效能最高為30db/1GHZ。如果需要更高等级，或是屏蔽和散热矛盾十分突出，可以考虑采用波导通风板（较常用的蜂窝板）。波导通风板的屏蔽效能可以十分高，孔隙率大，是一种理想的通风方式。但必须注意其昂贵的价格，一般情况下不建议使用。通风孔的屏蔽效能稳定性、一致性十分好，设计时基本上不必考虑安全余量问题。为了减少辐射，一般情况下对开孔。活动门可以进行屏蔽。并注意保证开孔板与屏蔽材料、活动部件与主体无间隙导电连接。屏蔽材料大致分为5类，金属丝网，打孔金属板，波导通风窗，铝带叠压网通风窗，发泡金属通风窗。
三、结语
总而言之，在电气设备的机柜设计过程中，要优先考虑安全技术、方便使用与满足经济效益上的要求，细化每台设备的机柜设计方案，为每个环节设定清晰的目标，对各环节设计及性能做好相关的测试。机柜设计不是表面化的东西，因此，相关人员应该提高认识与重视，注意通用化。
参考文献
[1]顾劲松,任桂山,李红艳.电气设备的机柜设计与实践[J].中国石油和化工,2013,12:47-50.
[2]徐华云.电工电子设备机柜安全的基本要素和设计要求[J].电工文摘,2012,06:42-47.