谈绿色设计理念在高压电器制造行业的运用

上海华东电器集团电气有限公司 宋邦申

0 前言

随着现代社会经济的快速发展，生产力的迅猛提高，资源的过度消耗和环境恶化程度的日益加深已经引起了社会的广泛重视，环境问题也已经成为当今社会不容忽视的社会问题。近些年来，世界各国政府和有识之士对此相当重视，我国政府也提出了树立科学发展观和可持续发展的战略要求，将构建自然环境和人类社会的和谐发展作为今后的工作目标。这也使得倡导生产和设计向资源利用合理化、废弃物产出少量化方向发展的绿色设计理念在经济生活的各个领域应运而生了。那么作为经济生活的重要组成部分，高压电器制造行业同样面临着如何处理好保护环境与经济发展和谐共存的问题。本文就绿色设计理念如何在高压电器制造行业中的运用谈谈几点看法。

1 绿色设计的概念

综合相关资料信息，我们可以将绿色设计的概念概括为：绿色设计（Green Design）是以环境保护和资源节约为核心概念的新型工业设计方法，它要求在产品的整个生产周期内把产品的基本属性（功能、质量、寿命、成本等）和环境属性（可拆性、可回收性等）紧密结合。换句话说，绿色设计就是以减少（reduce）物资和能源消耗，减少或杜绝（reuse）有害物质的排放，提倡产品或零件的方便回收并再生循环或重新利用（recycle）为目的（简称“3R核心”），并强调全方位对环境关注的一种设计理念。

2 绿色设计与传统设计的区别

传统设计往往是根据用户市场的对产品的需要来设计，考虑较多的是产品的基本属性，而不考虑或很少考虑产品的环境属性，在产品完成使用寿命后就基本成了无用垃圾，回收利用率低，资源浪费严重，产生的有害物质严重污染生态环境，也就是所谓的“为使用而设计”。

绿色设计则重点考虑在产品的整个生产周期内如何做到对环境的负面影响最小，优先考虑的是产品的环境属性，而后考虑的才是产品的基本属性，也就是所谓的“为环境而设计”。

3 绿色设计在高压电器制造行业的运用

近些年来，高压电器产品正朝着小型化、少维护、高可靠、绿色环保的方向发展，客户将会更多地在关注产品成本（如地价、土建、运行、维护各项成本）的同时关注产品运行过程中对环境的影响及处理。因此高压电器生产企业现在不仅要去关心产品的经济效益，而且也将会更多的关注产品的社会效益，现就从以下几个方面谈谈自己对绿色设计理念在高压电器制造行业的运用认识：

3.1 绿色材料设计

由于目前材料的生产成形技术和工艺水平已经相当成熟，各种先进的制造技术和新材料的也已完全能够满足高压电器产品各方面的要求。因此绿色材料的设计主要就是材料的选择和环保绝缘介质的运用，使选择的材料和绝缘介质本身要具有绿色特性。

1）在设计过程中应尽量减少所用材料的种类，类似的或等效的材料在满足产品功能的情况下尽量统一，这样不仅可以降低原材料的采购储存成本，减少废弃后的回收处理成本，也可以提高产品的标准化程度，增强同一类型、不同规格产品零件的互换性。

2）优先使用可回收、易分解、可循环利用、低污染的材料。随着1997年《京都议定书》的通过，现在许多高压电器制造企业、科研院所都在研究SF6气体的替代物，以减少SF6气体的使用量，而且现在已经取得了极大的进步。一些高压电器制造企业已经不再使用或尽量减少使用限制排放的SF6气体作为开关设备的绝缘介质，而推出了使用SF6/N2混合气体或高压压缩空气作为绝缘介质的高压开关设备。如国外7.2～24kV中压充气柜C-GIS采用普通压缩空气作为绝缘介质的产品已有很多；采用干燥净化压缩空气作为绝缘介质的72.5～145kV高压瓷柱式VCB，84kV罐式VCB等高压电器产品也由日本AE帕瓦株式会社研发成功，并已经形成产业化；使用很少SF6绝缘介质的126kV瓷柱式真空断路器在我国也已经有许多企业都已完成了型式试验。对于使用绝缘介质比较多的气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）使用SF6/N2混合气体作为绝缘介质的第二代产品已经由西门子公司开发多年，并已经具有了很好的工程运行经验，准备采用高品质压缩空气作为绝缘介质的第三代GIL的探索和研究也已经取得很大的进展。

3）由于任何产品都不可能可以无限期的使用，因此为了产品完成使命后便于回收，在产品的设计过程中，对于设计产品所用零件的材料要注明其型号、规格、种类以及所采用的填料等相关内容，特别是作为高压电器产品绝缘材料广泛应用的树脂、塑料等绝缘材料。例如：现在许多绿色环保、小型化的全固体绝缘的中压开关柜采用了环氧树脂等材料作为绝缘材料或绝缘包覆，

3.2 模块化、标准化设计

模块化、标准化设计是指在一定范围内，在对不同类型、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列的功能模块，通过模块的不同组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需要，如ABB环网开关的上部单元结构，KYN28A开关柜的手车结构。模块化、标准化的结构不仅有利于产品的制造和装配，更有利于产品的维护。因此我们在进行高压电器产品设计时，也应尽可能将各部件设计成相对独立的功能模块，这样绿色设计和模块化的结合，就可以满足电力市场对高压电器产品功能属性和环境属性的要求。

3.3 面向制造和装配的工艺设计

在我们设计过程中应考虑到产品应更容易制造和装配，并且在产品的制造和装配过程中应对环境无污染或少污染，所需能源和资源最少。

1）采用合理的新型加工方法（如激光加工、少/无切削加工、激光焊接、超声波焊接、快速成形技术等等），优化工艺设计方案，避免不必要的二次加工，降低原材料的消耗，减少废料；2）进行高压电器行业资源的整合，提高零配件的标准化程度，鼓励和提倡由专门企业实现对高压电器产品专用零配件的生产，减少废次品，提高产品合格率，节约成本，降低能耗。从中压领域到高压领域许多产品都实现了部件的市场化，如VS1型断路器机构的零部件，12kV负荷开关的零部件，瓷柱式断路器和GIS产品的断路器所采用的操作机构等等。3）生产过程中应尽量减少使用对环境或操作者有影响或危害的物质，采用必要的防护或预防措施，促进人类与环境，经济与环境的和谐共存；4）对于差别不大、功能相似的零部件，在不影响其性能的情况，可以考虑设计成相同的结构，也许只需要简单地增加几个孔或者尺寸有所变化，不仅可以提高产品的标准化程度，更有利于产品的装配。

3.4 均衡的长寿命设计

实现产品各部件使用寿命的均衡是绿色设计的一项基本原则。虽然在我们高压电器产品的设计或制造过程中，使所有元件或部件达到完全相同或相似的长寿命是不可能的，但在设计时可以考虑使一些重要元件模块具有较长的寿命，而使易损坏、寿命相对较短的模块易于更换，同时对一些关键的模块可以考虑设计成易于检测和维修的结构；同时应在充分调研的基础上，采用各种先进的设计理论和产品技术预测，使设计出的产品能满足当前和相当一段时间内的市场需求，最大限度减少产品过时，近而节约资源。

3.5 可拆卸性和可回收性设计

可拆卸性、可回收性的设计是指在产品的设计过程中，我们都要考虑到设计的产品应易于拆卸，使用不同材料的零件应可以方便的分离开来，以利于产品的循环再用、回收再生和降解。其原则就是鼓励企业减少材料种类，提高材料和零件的兼容性，允许使用可重复使用的零部件，使用不需要特殊工具连接的连接件，鼓励用户进行循环利用等等。采用合适的包装形式，提倡采用通用包装、可反复使用包装形式，包装废弃物应能可降解处理，同时开发新的包装材料，实现用最少的材料来满足各种包装；提高必须工装或通用工装的利用率，应尽量将其设计成通用类型。采用合理的经济杠杆鼓励企业和用户在产品安装完成后对包装和工装予以回收，以降低成本，减少资源浪费。

3.6 计算机辅助设计技术的运用

随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计技术在高压电器产品的设计过程得以广泛运用，利用PRO/E等三维建模技术可以大大缩短产品的设计周期，极大程度地减少设计反复；利用ANSYS等有限元分析软件给产品的设计提供了有利的保障，解决了仅仅依靠人工计算无法解决的一系列问题，如高压电场分布、零件的机械强度等问题。通过以上几个方面的设计运用，高压电器产品整个生产周期将会形成一个绿色的闭环系统（见图1），对环境的负面影响也将达到最低。

4 结束语

绿色设计作为一种新的设计方法在国内外已经得到了广泛的认可与重视，并且在企业也得到了很好的运用和推广。绿色设计技术不仅保护了环境、减少了资源浪费，同时也为企业创造了可观的经济效益和社会效益。它体现的是企业的绿色形象，强调的是全局和长远利益。因此，基于绿色设计的技术，高压电器制造企业如果在重视产品可靠性、稳定性的同时，也重视产品的绿色环保性，将会明显提升高压电器产品的市场竞争力，为企业创造良好的条件和机遇。同时政府也应大力宣传科学发展观，使建设资源节约型、环境友好型社会深入人心，通过政策法规鼓励和扶持绿色设计理念在企业的推广运用，同时加强为企业培养绿色设计管理人才和设计人才。