电力配套用U型镂空承托构件设计

在电力输配、变电设备的配套安装场景中，这类U型镂空承托构件的应用十分普遍，多数时候它承担着电力变压器周边辅助承托、线缆规整、配套元件搭载的功能，区别于常规封闭式的金属壳体结构，这种采用连续弯曲线材堆叠成型的设计，在实际工程应用里能解决不少封闭式结构带来的痛点。从实际使用场景来看，这类构件常安装在户外箱式变压器、杆上电力变压器的侧边区域，用来承托小型的监测元件、接线端子排，或是作为线缆转弯处的规整导向结构，户外电力设备常年面临温差大、凝露、积灰的问题，全封闭的承托结构很容易在内部积存雨水、灰尘，长期使用会出现锈蚀、绝缘性能下降的问题，而这种全镂空的线材成型结构，空气可以在构件内部自由流通，不会形成积水积灰的封闭空间，凝露可以快速蒸发，灰尘也不会在构件表面大量积存，能大幅降低后期运维的清理频次，也减少了因为积灰受潮带来的绝缘故障风险。

从设计思路上拆解这个构件，首先是主体的U型轮廓，这个轮廓不是随意设定的，405mm的总宽度刚好匹配常规10kV杆上变压器侧边的安装预留空间，不会超出变压器的外廓边界，避免在运输、吊装过程中出现磕碰，455mm的总高度是结合了常规接线端子排的安装高度、线缆转弯的最小弯曲半径来确定的，下方预留的350mm深度的圆形安装位，刚好可以嵌入常规规格的圆形绝缘接线座，安装座嵌入后表面和构件的支撑面齐平，不会出现凸起剐蹭线缆绝缘层的问题。构件侧边的U型缺口，是专门为线缆转弯预留的走线路径，常规电力线缆从变压器本体引出后，需要做90度转弯接入下方的出线套管，这个缺口刚好可以容纳转弯段的线缆，不需要额外做线缆的弯折固定，减少线缆的应力集中点，避免长期使用中线缆绝缘层因为应力出现开裂。

再看结构的成型方式，整个构件采用等直径的金属线材连续弯折堆叠焊接而成，每一层线材的弯折轨迹完全一致，层与层之间采用电阻点焊固定，这种结构的重量比同等尺寸的钣金折弯壳体轻60%以上，对于杆上安装的电力配件来说，重量降低就意味着安装时的吊装难度更小，杆上支架的承重负荷更低，整体结构的抗风振性能也更好。很多人会担心镂空结构的承重能力不足，实际上经过力学核算，这种连续线材堆叠的结构，在垂直承托方向的载荷分布非常均匀，每层线材都能分担承托面上的载荷，实际承托能力完全可以满足小型监测元件、接线端子排的承重需求，甚至在侧面承受风载的时候，镂空结构的风阻只有封闭式结构的15%左右，在台风多发区域的户外电力设施上，这种低风阻的结构优势会更加明显，不会因为强风出现构件变形、脱落的问题。

从安装边界的角度考虑，这个构件的背面设计了平直的安装贴合面，可以直接通过抱箍或者螺栓固定在变压器的壳体侧边，不需要额外做过渡安装支架，安装时只需要对准变压器壳体上预留的安装孔位，拧紧固定螺栓即可，整个安装过程不需要现场做二次切割、焊接，适配性很强。构件顶部的平直边可以作为临时的工具放置台，运维人员在现场做检修、接线操作的时候，可以暂时把螺丝刀、剥线钳这类小型工具放在上面，不需要把工具挂在腰上或者放在地面，能提升现场作业的效率。下方的圆形安装位周边的线材做了圆弧过渡处理，没有尖锐的棱角，在穿线、安装接线座的时候，不会剐蹭作业人员的手套，也不会割伤线缆的外绝缘层，这些细节都是结合现场运维的实际需求做的优化，很多非电力行业的结构设计人员很容易忽略这些边角处理的细节，导致现场安装、运维的时候出现不必要的损伤。

另外，这种镂空结构在做表面防腐处理的时候，不管是喷塑还是热镀锌，涂料或者锌层都可以完全覆盖每一根线材的全部表面，不会出现封闭式结构内部边角无法覆盖到的防腐盲区，整体的防腐寿命比封闭式钣金结构更长，在户外日晒雨淋的环境下，能做到10年以上不出现严重锈蚀，不需要频繁做防腐维护。构件的所有弯折处都采用了统一的圆角半径，没有直角弯折的应力集中点，在承受振动、冲击载荷的时候，应力会均匀分布在圆弧段，不会出现直角处开裂的问题，这一点对于户外电力设备来说非常重要，因为户外设备常年要承受风吹、设备运行振动、温度变化带来的热胀冷缩，应力集中的位置很容易出现疲劳开裂，而统一圆角的设计可以大幅提升结构的疲劳寿命。