工程材料对配电设备的影响
中图分类号 TU5 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）166-00176-01
没有哪个企业能离开市场而开展生产经营活动，通过企业与企业间的竞争，推动社会生产的发展，是一种客观的必然。企业要在竞争中取胜，必须按照消费者的需求生产出优质的产品。产品质量的好坏，首先取决于选用的材料是否适合该产品的使用要求。材料是人类赖以生存与发展、征服与改造自然的物质基础，是人类经济活动的基本组成部分。
新材料的发现和应用往往代表着全新的结构与功能能够得以实现，从而把人类改造自然的能力提高到一个新的水平，把人类文明带进一个新的阶段。冶铜技术的发展，促进了奴隶制社会向封建社会的早期过度；钢铁工业的迅速发展极大地推进了产业革命的进程。
1 工程材料对配电设备生产的影响
1.1 变压器铁芯
市场需求对设计和生产有巨大的影响力，国家节能减排的市场需求促使铁芯制作工艺不断进步，进而推动变压器生产系列不断更新。自2000年后国家电网招标及私人用户安装变压器多为S11系列，2009年多家生产企业在长沙签字承诺不再生产S9系列变压器，国家电网也不再安装S9系列变压器进入电网运行。国家电网招标自2012年开始逐渐加大S13系列变压器所占比重，并替代S11系列变压器成为主流需求。世界上最早由美国于20世纪70年代开始研制非晶合金变压器，并于20世纪80年代末实现了商品化生产。我国通过引进专有技术消化吸收，开发了适合我国电网运行的非晶合金变压器系列（即S15系列），并制定了相关标准。
固态物质按其原子（离子、分子）聚集的组态，可分为晶体和非晶体两大类。晶体中的原子呈有规则的周期性重复排列，并贯穿晶体的整个体积；非晶体中的原子只能在几个原子尺度的小范围内作有规则的排列。晶体和非晶体在一定的条件下可以互相转化，是晶体的金属从液态通过急冷（大约106℃/s），便可具有类似玻璃的某些非晶态特征，称为“金属玻璃”；而非晶态的玻璃经过高温长时间加热又可形成晶体玻璃。合金液仅千分之一秒从1？300℃降到室温，形成非晶带材，铁基非晶合金具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。
变压器用非晶合金制作铁芯比用硅钢片制作铁芯，空载损耗（一次侧开路，在二次侧输入额定电压测得的功率损耗）和空载电流（一次侧开路，在二次侧输入额定电压时测得的电流）大幅下降。S15系列变压器空载损耗比S11系下降60%左右，比S13系列下降50%左右。各系列变压器负载损耗值是一样的，每年平均1kVA容量S15系列变压器比S11系列节能7.03kW?h，比S13系列节能3.84kW?h。考虑电网中运行的配电变压器总容量，使用S15系列变压器节能总量将会是一个巨大的数字。
由于不同铁芯材质的不同生产工艺，S15系列变压器与S11、S13系列变压器相比显得“矮胖”。非晶合金铁芯为四个独立铁芯框在同一平面内组成五柱三相，内空截面为长方形的绕组套装在铁芯靠内的三柱上后，将各铁芯框的接口交互搭接组成壳式结构（即俗称的“铁包铜”）器身。由于非晶合金对机械应力非常敏感，在装配时必须非常小心，避免碰撞铁芯造成碎裂掉落影响性能，铁芯与绕组外部采用“Ω”形的上下夹板，使铁芯悬挂于绕组上只承受自身重量。
S15系列变压器绕组套装后，铁芯框的接口交互搭接远比S11、S13系列铁芯的插片工序便捷，但绕组的方形结构比S11、S13系列的圆形、椭圆形结构不便分散应力，抗变形能力要差。即使S15系列变压器节能效果明显，但价格比S11、S13系列高出较多，较大的一次性投入目前仍是阻碍S15系列变压器广泛使用的一大障碍。如何克服这些不足，使S15系列变压器普及化，是当前设计的重要课题。
1.2 绝缘材料
DMD绝缘纸全称聚酯薄膜聚酯纤维非织布柔软复合箔，是由一层聚酯薄膜涂以粘合剂，一面为聚酯纤维非织布复合，轧光而成的一种复合绝缘材料制品。DMD绝缘纸具有良好的机械强度、介电性能和较高的耐热性能，白色B级DMD绝缘纸耐温130℃，0.2mm厚度击穿电压≥9kV，而电缆纸为8kV/mm，点胶纸为8.8kV/mm。
在绕组绕制前准备工作中，DMD绝缘纸只需根据绕组高度统一裁剪宽度，每层电磁线之间只需准备1张；电缆纸、点胶纸混用一般需按不同宽度裁剪，每层电磁线之间至少需3张以上。在变压器绕组的绕制中，采用DMD绝缘纸代替电缆纸、点胶纸作为绕组层间绝缘，能大大减少准备绕组绝缘材料的工作量，同时也杜绝了人为疏忽少放绝缘纸影响产品耐压性能的隐患。
绕组电磁线接头焊接位置和高压绕组引线出头焊接位置的绝缘处理，通过对绝缘纸的新应用方式来提高工作效率，采用绝缘纸做好的纸筒套住焊接位置，比过去用绝缘纸包扎速度更快、效果更好。
1.3 电表箱
作为电力设施到户的终端，凡是需要用电都要安装电表。为了对带电位置进行安全防护，阻止窃电者触及计量装量，每户都需要一个电表箱来保护电表。SMC、PC等阻燃工程塑料的应用则为电表箱的结构设计带来了很大改变，工程塑料电表箱与传统铁和不锈钢电表箱相比，重量轻、体积小、强度高且具有优良的绝缘性、密封性和耐腐蚀性。
料的加工工艺更有利于功能结构的简化设计，电器元件的安装位置、导线的走线槽等能与箱体一次性浇注成形，在表箱背面形成的凹槽、突起结构又能起到加强筋的效果，一个电表箱浇注成形只需几分钟。箱盖采用全透明设计，方便清晰读数抄表和及时观察到箱内的各类异常现象，从而提前排除隐患，实现安全用电。塑料的绝缘性使电表箱内的电器元件带电部位能与箱体距离更小，从而使箱体更小巧。塑料电表箱采用模块化设计，有各种表位数表箱，在表位数选择上更灵活多变。可单箱安装使用，也可将整个计量回路集装于一体化封闭箱内，由总控制箱进线多箱拼装使用。
相对于塑料表箱，金属表箱的生产时间长，潮湿天气外壳凝露严重，外部只能看到电表读数区域，内部空间利用不够充分，外壳接地故障可能导致触电事故。正因为这些优势，塑料电表箱逐渐了成为目前市场上的主流产品。
2 结论
使用新材料或对原有材料采用新使用方法，更好地利用原材料的优点，弥补其缺陷，降低生产成本，遵循“以最低费用取得最佳效果”这条市场经济法则，设计出优质产品是设计人员不变的努力方向。
