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如何设计安全高效的电器柜?

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:设计电器柜首先要考虑安全性,其中包括人员安全和设备安全。表10-2 防护等级的描述电器柜的元件布局首先应考虑元件的布置对线路走向合理性的影响。设计电器柜时还应当重视电磁兼容性。对于电器柜来说,干扰源主要来自各种电气设备,如开关合分闸、变流器的谐波、无线电发射等等。所以在设计电器柜时做好接地设计,以减少电磁噪声借助接地线形成传导。滤波器和吸收元件尽量靠近干扰源。

如何设计安全高效的电器柜?

电气传动的控制元器件、装置、仪表和半导体功率元件都要安装在电器柜内,这种电器柜的电压等级都在1000V以下,属于低电压的电气范围。

设计电器柜首先要考虑安全性,其中包括人员安全和设备安全。对于人员安全方面主要是考虑防止触电,凡是高于安全电压的带电部分,一定要有明显的标志;容易被人接触的部分应由绝缘物遮挡。

防护等级是由国际电工协会(IEC)为电气设备安全提出的分类方法。防护等级是以IP后跟随两个数字来表述防护的等级。第一个数字表明设备抗固态微尘的范围或防止固体异物进入的等级,最高级别是6;第二个数字表明设备防水防潮湿的程度,最高级别是8。对于一般用于工业电气室内的电器柜,其防护等级可选择IP21,对于工作在潮湿、多粉尘或者有火灾隐患的室内的电气柜,其防护等级可选择IP44或IP54。防护等级的描述见表10-2。

表10-2 防护等级的描述

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电器柜的元件布局首先应考虑元件的布置对线路走向合理性的影响。布局设计时要考虑人员安全、拆装方便、电磁干扰小、散热顺畅等要素。普通电器柜内所安装的元器件主要有印制电路板或电子电路模板、半导体功率元件或成套的变流装置、通用类电器,如接触器、开关、端子排之类,以及变压器电抗器之类的电感类器件等等。

电子元件和集成电路芯片都焊接在印制电路板上,印制电路板根据用途和复杂程度分为单层、双层和多层板,采用插针或端子与外部连接。如果控制系统是由多个印制电路板构成的,可以采用带有背板总线的框架安装印制电路板,例如常见的S7-400系列的PLC板卡就是这种安装方式,现在已经形成标准的安装结构。

半导体功率元件或成套的变流装置通常安装在具有散热能力的组件内,小功率的组件采用自然风冷或强制风冷,大功率的半导体元件采用纯水冷却,近年来很多大功率的设备采用热管散热技术。

通用类电器,如接触器、继电器、端子排可以安装在带孔的金属板条或异型安装导轨上。

电感类的器件安装时要考虑散热和电磁场的影响,而且这类器件重量大,最好安装在柜内的下方。

在安装电气元件时应保证同一型号产品组装的一致性,柜内和门板上的操作元件的高度应符合规定,便于操作、维修容易、安全可靠。电气元件和装置的间距应满足绝缘和散热的要求,还要考虑积灰后的爬电距离。

装柜的导线截面积应符合规定,导线中间不应有接头,每个电器元件的接点最多允许接2根线。

设计电器柜时还应当重视电磁兼容性(EMC)。所谓EMC是指电子线路、设备、系统互相不影响,从电磁的角度具有相容性的状态,简单说就是需要有减少和抗御电磁干扰的措施。

电磁干扰的三要素是:干扰源、耦合途径和敏感设备。对于电器柜来说,干扰源主要来自各种电气设备,如开关合分闸、变流器谐波、无线电发射等等。耦合途径分为借助电源线、接地线的导线的传导方式和空间辐射方式两种类型。敏感设备就是指容易受到干扰影响的电气设备。为了实现电气设备的电磁兼容性,在技术上就要做到抑制干扰源,减少不需要的发射;消除或减弱耦合通道;增强敏感设备的抗干扰能力。常用的抗干扰手段有:屏蔽——切断电磁干扰空间转播的途径;滤波——对电源线和信号线滤波,可将不需要的一部分频谱滤掉,消除因导线传导耦合的影响;接地——为有用信号或无用信号提供公共的参考点位点。接地措施本来是出于安全性的考虑,可是往往由于接地不良反而引起更多的电磁干扰。所以在设计电器柜时做好接地设计,以减少电磁噪声借助接地线形成传导。(www.xing528.com)

在工厂中有一种因为接地原因引起的事故应予以重视,这就是杂散电流的干扰。杂散电流往往是因为一些动力变压器中性点处理不当造成的,例如电焊机的搭铁线没有良好的电流通路,形成杂散电流。这些杂散电流很可能流过信号电缆的屏蔽层,造成信号被干扰,局域网络通信异常。解决的方法就是建立良好接地网,使杂散电流有顺畅接地通路。

在设计和制造电器柜时。严格遵守正确的EMC安装规则,可以减少很多莫名其妙的故障。电气柜的EMC安装规则如下:

(1)柜内所有金属件须有牢靠的表面电气连接,必要时采用爪垫或接触垫圈。柜门应用柔性铜编织带与柜体电气连接。

(2)柜内的接触器、继电器等线圈部分须安装吸收元件,例如RC吸收元件、压敏电阻或二极管。

(3)信号线的电压等级尽量一致。

(4)非屏蔽的信号线应当使用双绞线

(5)电缆的备用芯线应当两端接地,以增加额外的屏蔽效果。

(6)减少电缆的无用长度,以减少耦合电容和耦合电感。

(7)柜内配线尽量贴着底板或安装板,减小相互干扰。

(8)信号电缆和电源电缆应分开布线,间距大于20厘米。如果无法实现分开布线,须采用屏蔽电缆或屏蔽金属板进行隔离。

(9)数字信号的屏蔽层双端接地;模拟信号的屏蔽层单端接地。

(10)滤波器和吸收元件尽量靠近干扰源。

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