专家答疑

技巧和窍门

“北美地区适用哪种防护等级?”

IP、NEMA 或 UL 等级。在为北美地区的应用选择解决方案时,必须要有充分的依据。务必注意的是:

  • IP 防护等级是根据国际标准 IEC 60529 规定的,采用两个数字代号,必要时还可为电气设备的箱体额外用字母补充说明,这种分类等级在全球范围内(北美标准不适用)得以应用。
  • 北美地区通常规定的是 NEMA 防护等级,这种分类等级无法 1:1 对应于 IP 等级。二者所采用的检测和名称或标识都有明显区别。
  • 对于在北美的应用,产品通常需要 UL 认证(例如,符合 UL 508 A 要求的工业控制面板),其中 UL 分类等级显示在空箱体的正面以及铭牌上。

UL 分类等级和 NEMA 分类等级几乎一样,因为 NEMA 规范是相应 UL 检测的基础。制造商必须标明 NEMA 等级,而 UL 分类等级则基于独立检测。也就是说,对于非专门用于北美市场且不需要 UL 认证的箱体,应选择 IP 和 NEMA 等级。对于需要有 UL 认证的箱体(无论安装位置如何),应选择 UL 等级。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

更多技巧和窍门

这是机器和设备制造商经常面临的问题。例如,当控制柜中的电气组件被卡在固定在例如安装板上的顶帽导轨上时。

对于这个问题,答案就在 DIN EN 61439-1/-2 和 DIN EN 60204-1 标准中。其中规定,只有在满足具有足够载流能力的永久充分导电连接的基本要求的情况下,才允许导电部件作为地线连接的一部分。在满足这些要求的情况下,支承导轨可以通过与裸金属安装板的大面积接触,或当固定在柜体系统上(框架、扩装导轨等)时通过紧固件(角托架、间隔螺栓等)与地线充分连接。其中,请注意以下定义:

  • 永久:接触点在机械负载下不会松动,并有抗氧化/腐蚀保护
  • 充分导电:顶帽导轨上组件的触点与外部地线的地线连接点之间的测量电阻值为 < 0,1 Ohm
  • 足够的载流能力:触点/连接横截面必须与所需的单独的铜导线横截面一致

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

对于这个问题,许多设备制造商只关注箱体的防护等级是否达到了 IP 55 或更高,而忽视了其他重要的方面。

根据国际标准 IEC 60529,IP 防护等级通常由两个数字代号,加上电气设备箱体的其他附加字母(必要时)组成。然而,该标准描述的是实验室测试结果,无法精确地反映电气设备的每一个可设想的应用场景。

尤其是,并未考虑受到冰雹或结冰等天气条件的长期影响。除了防止灰尘和湿气进入外,还必须考虑防腐保护。因此,可能会需要使用特殊涂层或不锈钢材质。另一个要点在于,温控系统的设计应能应对较高的冷凝或太阳照射带来额外热负荷的风险。

总而言之,除非这款箱体的产品描述明确说明适用于户外应用,否则原则上不可用于户外。不过,应向制造商了解,在何种条件下才可以将其应用于户外,以及如何针对户外应用进行适当“升级”(如上所述)。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

当控制柜中的控制系统和配电设备配置有多个不同的设备和组件时,客户往往就面临着这个问题。

低压开关设备的组装通常需要借助安装板。除了安全问题,在规划阶段还应考虑温控系统和 EMC 等功能性风险。尤其是在使用电力电子组件和控制/通信组件时,这一点尤为重要,因为这些组件由母线系统通过保护装置和开关设备供电。

正是这些组件的制造商,通常会在安装和操作说明书中给出非常精确的关于定位和与其他组件的间距的要求。用户必须遵守这些规定,否则如果出现故障或损坏,可能会无权要求保修。

因此,特别是在紧凑型机器所处的狭窄空间,通过多样化的附件和系统安装部件尽可能充分利用控制柜内部尤其重要。

另外,还应支持 19 英寸设备的刚性或摆动式安装,以及使用分体安装板构建附加安装层。这些分体安装板可布置在机柜侧面或主安装板前面,并且可摆动或可倾斜。

这样一来,就能轻松实现相应的间隔,防止产生热点或减少电磁干扰。此外,用于 EMC 的裸露金属、防腐蚀和导电配件,通过与固定件的直接接触,为设备箱体、电缆屏蔽套管以及可能存在的 EMC 过滤器外壳提供了良好的等电位连接。

即使是无法固定在安装板上的重型组装件,也应通过相应的承重部件便捷、安全地支承在控制柜底部或框架式机柜的水平框架型材上。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

由于控制柜面临着各种各样的应用,客户经常会带着这样的疑问前来咨询我们。要回答这个问题,必须先区分三种主要的应用情况:第一,将控制柜运输到安装位置,第二,确保在安装位置的安全性或紧固性,第三,将电缆送入控制柜。这三种应用情况直接影响着对所需配件的选择。显然,此时需要多样化的装配工具来覆盖每一种应用需求。

第一种情况“运输”

如果这款控制柜需要用起重机来吊起和运送,那么就不需要底座。如果这款控制柜需要用叉车或卡车来运输,那么就适合使用底座,前提是它采用的是模块化设计,有承重角件和独立的装饰板,并且机柜框架能够承重。

第二种情况“稳定性”

如果需要尽可能刚性地固定在地板上,以便安全地承受振动和冲击,那么就不要使用底座,而应将机柜框架直接螺栓固定甚至焊接到地板上。另外,也可以采用一些特殊的设计用于机械去耦(减振器),或用于与底层结构实现超刚性连接(如抗震底座)。

第三种情况“送入电缆”

如果要在没有地面管道的情况下送入电缆,那么底座就必不可少。由于采用模块化设计并且带有合适的附件,因此底座可在机柜排下方实现电缆的送入,以及在受保护空间之外的机械应力消除。此外,底座还可提供用于存储多余电缆长度的必要空间。出于 EMC 原因,该空间应设计为弯曲形,而不是圆形。除了坚固的底座(带有穿孔装饰板,用于与清洁的周围环境通风),调平支脚也是解决地板不平整问题的有效途径,无论是单独使用还是与底座结合使用。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

在炎热的夏季或需要将控制柜安装在热带国家/地区时,我们经常会遇到客户提出这个问题或类似的问题。人们普遍担心的是机柜内形成冷凝水和相关后果。

要回答这个问题,我们必须考虑三个主要方面:目标内部温度与最高环境温度之间的温差(是否需要冷却到环境温度以下?)、机柜内电气系统的运行时间(是否有电气系统完全关闭的时间?)以及电气系统相对于环境条件的防护(是否需要高防护等级?)

在回答这些问题时,人们往往会说“是的,但是......”

如果机柜的目标内部温度明显低于环境温度,就需要进行冷却。当控制柜打开时,如果各组件或部件处于来自冷却设备的冷空气流中,这些组件或部件上就会立即形成冷凝水。

当电气系统完全关闭时,如果机柜密封良好 (IP 55),环境中的温度骤降可能会导致机柜内表面形成冷凝水并聚集在底部区域。

为了防止机柜中出现冷凝问题,可采用不同的策略:

  • 通过主动通风进行散热,同时接受至少高出 5°C 的内部温度
  • 在主动冷却功能停用后,在打开门之前留出足够的“预热时间”
  • 使用“防凝露加热装置”,以保持内部温度始终充分高于环境温度,从而防止侧壁上形成露水

另一方面是由于内部温度过低而在外表面形成冷凝水,从而有可能在涂层受损位置造成腐蚀。

要想找到上述问题的最佳解决方案,必须对相关要求进行精确的分析。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

这是一个不太常见的问题,但它偶尔会在涉及到导体电流 > 200 A 的配电器时出现。

控制柜中的设备局部发热的原因有很多。对于载流部件,如导体、端子、保护装置和开关设备等,接触不良、机柜内设备过于密集、散热表面不足或仅仅是尺寸设计不正确(达到负载极限),都可能是电热损耗导致“热点”,进而引起绝缘损坏和短路或火灾的原因。

但是,为什么无源机械部件(例如紧凑型控制柜中的法兰板或母线系统中的紧固横梁)会在红外检查期间表现出温度过高?

DIN EN 61439-1 是对控制柜制造商而言至关重要的标准,该标准的 10.10.4 一节对此给出了重要的提示“设计验证温度上升……使用评估”。

在此,关键在于,确保在布置携带电流超过 200A 的导体和相邻的结构部件时,使涡流和磁滞损耗降至最低。这涉及到所有流动的电流周围磁场的影响。该磁场垂直于电流方向,可能会在导电材料中引起涡流和再磁化,从而产生大量的局部热量。

在实践中,这意味着,当向外和向内导体(不是作为电缆)分开布线时,例如以基本绝缘的单根导体或母线的形式,它们之间的距离应尽量小。此外,紧固件和导体垂直于表面穿过的金属表面应尽可能薄,并由导电性差甚至绝缘的材料制成。

导体非常紧凑地排列在一起的电缆一般不会出现磁效应,因为在任何时候,向外和向内电流的总和都是不变的。由于这些部分电流的磁场运行方向相反,因此它们在很大程度上会相互抵消。因此,不会出现涡流和再磁化导致的温度上升,即使出现,规模也可以忽略不计。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人

当涉及到 EMC 控制柜时,电缆屏蔽接触或“接地”是非常常见的问题。因为不仅在控制柜内部,而且向外至操作设备,使用屏蔽电缆对于确保供电、控制和通信系统在电磁充电环境中的可用性至关重要。

简而言之,电缆屏蔽套管的用途在于,防止不需要的辐射射出系统和射入到系统中。然而,只有在箱体的入口和出口处也有理想的导电连接时,电缆屏蔽套管才能完成这一任务(如果控制柜是由导电材料制成的)。其目的是,建立一个由控制柜、电缆屏蔽套管和组件箱体组成的完全屏蔽结构。

如果使用由绝缘材料制成的电机连接外壳作为组件箱体,那么电缆屏蔽套管应在该端部(通过端子板)与电机箱体相连。如果配对箱体为例如传感器的绝缘材料箱体,那么电缆屏蔽套管应尽可能连接到设备导电结构上的参考电位。

在控制柜一侧,所有屏蔽电缆应尽可能都使用 EMC 电缆接头与安装面进行导电连接,由此也确保电缆屏蔽套管之间的最佳电位补偿。

如果无法使用合适的 EMC 电缆接头,那么应使用屏蔽总线和接触夹的适当组合将电缆屏蔽套管尽可能地连接到入口/出口位置。重要的是,应确保以尽可能大的接触面实现相互导电连接,以及通过短的编织接地带从导轨到安装板实现导电连接。此外,还必须将屏蔽接触与电缆的机械应力消除分开。

由于设备原因,会导致电缆屏蔽套管上也产生较大电流,因此必须确保有足够的载流能力。在这种情况下,金属接触系统比导电涂层塑料系统更有优势。

作者:Hartmut Lohrey,市场推广培训/支持部门负责人