Электрические приборы корабля и электронные устройства управления, а также оборудование для обеспечения безопасности судна и других задач, как правило, размещаются в распределительных шкафах. Такие шкафы должны обеспечивать соблюдение стандартов электромагнитной совместимости в электромагнитных средах различного характера, что часто пересекается с другими нормативными требованиями, например по теплоотводу или защите от коррозии. При этом обеспечение безопасности в море имеет особое значение.
Конечная цель изготовителей корпусов для защиты оборудования в распределительном шкафу от электромагнитных воздействий — это обеспечение надежного экранирования. Для этого производятся электропроводящие оболочки, максимально лишенные зазоров. Кроме обеспечения электромагнитной совместимости при выборе корпуса также необходимо рассматривать внешние воздействия, выполнение требований по безопасности для обеспечения бесперебойной работы оборудования судна или морской платформы, защиты здоровья человека и повреждения материалов. Для надежной работы судового оборудования корпус должен обладать следующими защитными функциями:
защита от проникновения влаги и пыли;
защита от перегрева;
защита от механических повреждений;
защита от коррозии.
Существуют также требования по удобству доступа и дизайну. Определением безопасности судов занимаются Классификационные общества. Они разработали нормативные документы и директивы по электромагнитному излучению в кораблестроении (IEC 60945, IEC 60533). Особое внимание уделено помехоустойчивости в области частот, использующихся для подачи морских сигналов о помощи. При оценке характеристик корпусов ключевое значение приобретают требования международных стандартов, например:
EN 60204, часть 1 "Электрические установки для промышленного оборудования" EN 61439-1 "Низковольтные блоки коммутационных устройств; общие положения" (+ любые особые стандарты для блоков коммутационных устройств).
Рассмотрим требования по предотвращению недопустимого нагревания и требования по экранированию как меры по обеспечению электромагнитной совместимости, вступающие в противоречие.
Отвод тепла, экранирование, противокоррозионная защита
При работе сложных электронных устройств большое значение имеет надежный отвод выделяемого тепла. С учетом внешних факторов охлаждение окружающим воздухом можно реализовать только за счет теплообменных устройств. Но даже при наличии более благоприятной среды и меньшем тепловыделении внешние поверхности корпусов изготавливаются со сквозными отверстиями.
Для определения мер ЭМС по экранированию исходят из того, что распространение индуцированных электромагнитными полями переходных токов на поверхности корпуса затрудняется при наличии круглых, прямоугольных отверстий и зазоров в зависимости от их размера. Отсюда следует требование: электропроводные корпуса не должны иметь отверстий. Любое отверстие в поверхности корпуса необходимо оценивать с точки зрения потенциальной возможности препятствия распространению переходных токов. Высокий IP-класс защиты корпуса (IP 54) и замкнутая внешняя поверхность — наилучшие предпосылки для хорошего экранирования. Следующее требование — это требование коррозионной устойчивости поверхностей контакта. В большинстве случаев распределительные шкафы для установки в закрытых помещениях на судне изготавливают из листовой стали с порошковым покрытием, которое создает препятствие для надежного выравнивания электрических потенциалов. При использовании оборудования вне помещений, а также внутри помещений в агрессивных средах с высокой влажностью и под действием химически активных веществ обеспечение противокоррозионной защиты является серьезной задачей. Самое действенное решение для этого — использование корпусов из нержавеющей стали или алюминия.
Поиск компромиссов.
Выбор корпуса с надлежащим выполнением требований по ЭМС предполагает поиск компромиссов между максимально закрытой внешней поверхностью, обеспечением надежного теплоотвода, надежного электрического контакта между всеми съемными или открытыми частями, защищенностью от коррозии и ценой.
Одним из возможных вариантов такого компромисса является распределительный шкаф Rittal серии TS8. Рассмотрим следующие два варианта, различающиеся по требованиям к оборудованию:
1. Распределительный шкаф, удовлетворяющий требованиям по электромагнитной совместимости, затухание от экранирования не нормировано, с обязательным охлаждением, требуемый класс защиты оболочки IP 54, повышенные требования по антикоррозионной защите отсутствуют:
Поскольку не предъявляется особых требований по затуханию от экранирования, можно использовать шкаф стандартного типа. Благодаря прямому контакту всех внешних поверхностей (дверь, боковые стенки, задняя стенка, потолочная панель и панель основания) с максимальными расстояниями между точками контакта он обеспечивает хорошее экранирование от 30 до 40 дБ на частотах примерно до 100 МГц;
Во внутренней конструкции электротехнической системы металлические непокрытые монтажные платы обеспечивают оптимальное выравнивание потенциала;
Электромагнитная совместимость в значительной степени определяется использованием как оборудования, так и специальных мер по предотвращению кондуктивных помех (фильтры, защита от перенапряжения).
Найденный компромисс в некоторых деталях не совсем оптимально соответствует нормам конструирования по электромагнитной совместимости (точечные контакты вместо поверхностных), однако по своим свойствам он отвечает обозначению "соответствует требованиям ЭМС".
2. Распределительный шкаф, изготовленный в соответствии с требованиями ЭМС, затухание от экранирования не менее 30 дБ в диапазоне частот между 100 и 200 МГц, защищающее от соответствующего высокочастотного излучения от шкафа, которое в критическом диапазоне частот от 156 до 165 МГц может превышать допустимый порог, обязательное охлаждение, обязательный класс защиты оболочки IP 54, повышенные требования по коррозионной защите отсутствуют:
стандартный шкаф не отвечает требованиям по затуханию от экранирования (рис. 1), в этом случае следует выбрать ЭМС-исполнение со стойкими проводящими уплотнениями и контактными поверхностями. Качество экранирования определяется наличием отверстий для оборудования;
если допустимо обеспечение кондиционирования с активным обдувом (фильтрующий вентилятор + воздуховыпускная решетка), можно выбрать ЭМС-исполнение этих компонентов, которые в сборе не ухудшают качество экранирования шкафа;
если требуется использование охлаждающего устройства или внешнего воздухо/водо/теплообменника, необходимо особо обеспечить экранирование соответствующих отверстий в поверхности корпуса для подвода и отвода воздуха.
Действенность таких конструктивных решений, как правило, оценивается исходя из теоретических расчетов, поскольку лабораторные испытания в большинстве случаев являются весьма дорогостоящими.
Заключение Для большинства случаев достаточно шкафов в стандартном исполнении
Модель модульного шкафа TS 8 Rittal представляет собой корпус, который уже в стандартном исполнении удовлетворяет принципам электромагнитной совместимости, соответствующим основным требованиям в более чем 90 % случаев использования. Для особых случаев использования, в которых предъявляются повышенные требования по электромагнитной совместимости, необходимым выбором будут специальные решения в виде шкафов с высокочастотным экранированием с использованием проводящих уплотнений и оцинкованных внутренних поверхностей. При установке новых ЭМС-вентиляторов TopTherm Plug&Play -- компоненты обеспечивают надежное экранирование и хорошее затухание сигнала. Если требуется использование охлаждающих устройств или теплообменников, специалисты Rittal охотно поделятся с клиентами опытом по обеспечению электромагнитной совместимости и помогут выбрать наиболее подходящий продукт в линейке или при необходимости подобрать нестандартное решение. Кроме того, рекомендации по обеспечению электромагнитной совместимости электрических и электронных компонентов корпусов выпускаются в виде брошюр с практическими советами и распространяются среди производителей управляющих устройств. Также производится снабжение соответствующими запасными частями для замены.
Хармут Лори (Hartmut Lohrey)
Дипломированный инженер, руководитель отделения
по обучению обращению с продукцией и отраслевой эксперт
в области распределительных устройств Rittal Уилфрид Браун (Wilfried Braun)
Дипломированный инженер
Global Market Solutions Traffic Systems, Rittal
