Эл схемы эл щитов: Принципиальные электрические схемы щитов распределительных

Содержание

Схемы распределительных электрощитов | Все про ремонт квартиры

Распределительные электрощиты предназначены для разделение электропроводки на групповые цепи. Обычно наполнение электрощита индивидуальное и делается на основании проекта электропроводки. Каждый проект включает не только схему электропроводки, но и схему распределительного щита. В этой статье предлагаем 22 схемы распределительных электрощитов.


Наполнение квартир большим количеством бытовой техники предъявляет к проведению электромонтажных робот в квартире особые требования. Увеличение количества групповых электрических цепей, установка электрощита внутри квартиры это лишь основные изменения электрики квартиры, которые стоит сделать при серьезном ремонте квартиры. Подбор электрощита осуществляется по количеству групповых цепей в квартире.

Для каждой квартиры и частного дома выполняется индивидуальный электропроект. В соответствии с этим проектом производится покупка и последующий монтаж распределительного электрощита. Обычно, электрощит квартиры покупается пустым и собирается индивидуально под конкретные групповые цепи. Вместо пустого электрощита можно подобрать уже собранный электощит, наполненный автоматами защиты и приборами учета. Электрические

схемы распределительных электрощитов служат шаблонами для индивидуальной сборки щита или компановки электорощита на предприятии. Для примера проектирования щита можно взять некоторые распространенные  схемы распределительных электрощитов. Готовые схемы распределительных электрощитов могут послужить шаблоном для проектирования и сборки индивидуального электрощита.

Схемы распределительных электрощитов выполняются на определенное количество групповых цепей (групп). Каждая группа электроцепи  имеет свои устройства защиты. Место в электрощите для установки одного устройства защиты называется модулем. Модуль это место под установку одного однополюсного автомата защиты.

Количество модулей в распределительных щитах различаются в зависимости от фирмы производителя. Выпускаются электрощиты на 3;5;9;18 модулей, некоторые фирмы выпускает электрощиты на 4;8;12;24;36 модулей. Последние встречаются более часто.

Ниже вы можете посмотреть наиболее схемы распределительных электрощитов.

 Принципиальные схемы распределительных электрощитов и учетно-распределительных щитов для квартиры и частного дома (22 схемы)

Все схемы должны открываться в новом окне

1.Распределительный щит скрытого образца
2.Схема электрическая принципиальная ОЩВ-12(12 модулей для автоматов защиты)
3. Схема электрическая принципиальная ОЩВ-6(6 модулей для автоматов защиты)
4.Схема электрическая принципиальная квартирного группового учетно-распределительного щита на 3 отходящих линии.

5. Схема электрическая принципиальная квартирного группового распределительного щита на 3 отходящих линии.
6. Схема электрическая принципиальная квартирного группового распределительного щита на 5 отходящих линии.


7. Схема электрическая принципиальная квартирного группового распределительного щита на 9 отходящих линий.
8. Схема электрическая принципиальная квартирного группового распределительного щита на 9 отходящих линий.
9. Схема электрическая принципиальная учетно-распределительного щита для индивидуального дома, на 10 отходящих линии, с одним трехфазным автоматом для потребителей.
10. Схема электрическая принципиальная учетно-распределительного щита для индивидуального дома на 9 отходящих линии.
11.Схема электрическая принципиальная шкафа учета потребления электроэнергии-ЩУ1.

12. Схема электрическая принципиальная шкафа учета потребления электроэнергии-ЩУ1./Т
13. Схема электрическая принципиальная шкафа учета потребления электроэнергии-ЩУ2./Т
14.Схема электрическая принципиальная ЩАП 12(Щит автоматического переключения электропитания)
15, Схема электрическая принципиальная ЩАП 23(Щит автоматического переключения электропитания)
16. Схема электрическая принципиальная ЩАП 33(Щит автоматического переключения электропитания)
17. Схема электрическая принципиальная ЩАП 43(Щит автоматического переключения электропитания)
18, Схема электрическая принципиальная ЩАП 53(Щит автоматического переключения электропитания)
19. Электрическая принципиальная схема щита вводного трехфазного на 20 автоматов
20. Электрическая принципиальная схема щита вводного трехфазного на 4 автомата
21. Электрическая принципиальная схема щита вводного трехфазного на 8 автоматов
22. Электрическая принципиальная схема щита вводного трехфазного на 10 автоматов

Специально для сайта: Все про ремонт квартиры

Другие статьи сайта по теме

55.61953237.741349

Поделись ссылкой:

Нарисовать схему электрического щита —

Итоговая спецификация электрощита

Однолинейная схема электрощита

Программа Semiolog, входит в пакет «1-2-3 schema»

Программа Semiolog идет в комплекте с 1-2-3-схемой и позволяет создавать в автоматическом режиме красивые и аккуратные этикетки для маркировки групп потребителей в электрощитах. Красивая и понятная маркировка — это и удобство пользователя, и приятное впечатление о компании, которая осуществляла сборку и монтаж электрощитов.

Скачать программу «1-2-3 schema» (284 Мб), exe

Представительство компании Hager в лице компании ООО Электроконтроль предоставляет продукцию торговых марок Hager (Хагер), Berker (Беркер), Tehalit (Техалит), Polo (Поло) в ассортименте: модульные автоматические выключатели, корпусные автоматические выключатели, дифференциальные автоматические выключатели, диф.реле, рубильники, перекидные рубильники, выключатели нагрузки, устройства защитного отключения, реле времени, импульсное реле, суточное реле, сумеречное реле, контакторы, бесшумные контакторы, магнитные пускатели, индикаторы, измерительные приборы, вольтметры, амперметры, разрядники, кнопки, диммеры, датчики движения, проходные клеммы, наборные клеммы, монтажные клеммы, клеммники, вводно-распределительные блоки, фазные шины, кабельные разветвители, промышленные автоматические выключатели, таймеры, минищитки, настенные щитки, напольные щиты, секционные щиты, распределительные щитки, квартирные щитки, щитки электрические, щитки модульные, щиты с монтажной панелью, щиты учетно распределительные, щиты этажные, шкафы монтажные, шкафы распределения электроэнергии, влагозащитные щитки, щитки серий: Volta, Golf, Vector, Orion, Univers, кабельные каналы, перфорированные кабельные каналы, электромонтажные колоны, короба, гибкий офис, напольные кабельные каналы, рулонный канал, универсальные кабельные каналы, кабельные каналы tehalit серий: DA200, BRP, LFR, LFF, BA7A, LFR, DAP, SL, розетки, выключатели, электротехническая продукция серий Polo: Regina, Fiorena, Optima, Hermetica, 5655, Systo, термостаты, розетки для подзарятки USB, розетки VGA, HDMI, S-video, радиосистемы («Радиошин»), системы KNX, светорегуляторы и многое другое для инженерии в отрасли электромонтажа.

Всё предоставляемое оборудование, компания Электроконтроль поддерживает наличие на складе широкого ассортимента продукции и осуществляет доставку в города на территории Украины, такие как: Автономная республика Крым, Винница, Волынь, Днепропетровск, Донецк, Житомир, Закарпатье, Запорожье, Ивано-Франковск, Киев, Кировоград, Луганск, Львов, Николаев, Одесса, Полтава, Ровно, Суммы, Тернополь, Харьков, Херсон, Хмельницк, Черкассы, Чернигов, Севастополь, Кривой Рог и др. города Украины.

Сборка электрощита — обзор программы 123 schema и рекомендации по комплектации

Сборка электрощита распределительного требует четкой последовательности, аккуратности и соблюдения требований и расчетов. Установить его в доме или квартире возможно собственными силами. Для этого нужно иметь базовые знания в электрике и желание более глубокого изучения всех особенностей электромонтажа.

Элементы распределительного щита

Распределительный щиток для квартиры или дома состоит из следующих основных элементов:

В каждом конкретном случае следует применять подобранные с учетом требований и расчетов компоненты.

Любые дополнительные элементы повлекут к удорожанию сборки. Поэтому избегайте излишне перегруженных и необоснованных схем. В качестве дополнения, ознакомитесь с методикой подбора автоматов и УЗО.

Рекомендации по сборке электрощита

Выбрав необходимый по конструкции распределительный щит, можно переходить этапу проектирования и подбора соответствующей автоматики. При этом следует учесть и в дальнейшем придерживаться следующих рекомендаций:

  • Щит должен заполняться в соответствии с проектной документации. Допустим, положено десять автоматов, счетчик и восемь УЗО. В таком случае характеристики приобретаемого электрощита должны позволять уместить данное количество блоков. Небольшой резерв приветствуется.
  • В дальнейшем ориентировании по схеме поможет маркировка групп элементов бирками.
  • Придерживайтесь цветового единства жил провода. Для фазных проводников предпочтительными цветами являются черный, коричневый и серый. Проводник заземления обычно имеет желто-зеленый цвет.
    Ноль (нейтраль) имеет синий или голубой цвет.
  • На каждую из клемм клеммной колодки подключайте по одному проводу. Монтаж нескольких жил в одно гнездо ухудшит фиксацию и со временем контакт может пропасть.
  • Для удобства подключения автоматики можно воспользоваться специальными шинами (гребенками).

Схема распределительного щита

Существует множество конфигураций схем электрощита. Различаются они по месту применения (для дома или квартиры), наличию заземляющего контура (заземление, зануление или их отсутствие), количеству фаз (однофазная схема 220 вольт или трехфазная 380 вольт) и другим параметрам. Углубляться в данный вопрос не будем. Рассмотрим лишь простую однофазную схему с заземлением и выделим основные особенности сборки.

Ниже представлена схема с указанием основных компонентов распределительного щита.

  1. Корпус щита.
  2. Шина нулевых рабочих проводников.
  3. Шина нулевых защитных проводников (заземление или зануление).
  4. Устройство защитного отключения (УЗО).
  5. Автоматический выключатель.
  6. Счетчик электроэнергии.
  7. Линии групповых цепей.

Разработанная с учетом конкретного места назначения схема упростит ориентирование в разветвленной сети электропроводки, упорядочит потребителей энергии (бытовые электроприборы) и покажет назначение каждого задействованного элемента автоматики в электрощите.

Едиными правилами для любых схем распределительного щита являются:

  • Наличие вводного автомата перед счетчиком. С его помощью можно будет отключить все фазы питающего напряжения для обеспечения безопасного проведения работ по замене счетчика.
  • На электроплиты, духовые шкафы, кондиционеры и иную бытовую технику, обладающую большой мощностью целесообразно устанавливать отдельные автоматы в связке с УЗО. Либо скомпоновать данных потребителей с учетом их суммарной потребляемой мощности.
  • Для помещений с большой влажностью нужно устанавливать дополнительное УЗО или дифференциальные автоматы.
  • При компоновке электрощита необходимо соблюдать согласование характеристик установленных последовательно аппаратов защиты таким образом, чтобы в случае аварии отключалась только та линия питания или часть схемы, где возникла неполадка (принцип селективности).

Программа 123 schema

Программа 123 схема позволяет подобрать конструкцию электрощита в соответствии требованиями, укомплектовать его защитной автоматикой, задать иерархию подключения модульных аппаратов и в автоматическом режиме сформировать однолинейную схему щита.

Запускаем установку программы. Выбираем место установки и другие параметры. Ждем завершения инсталляции.
После установки запускаем программу. В первом диалоговом окне требуется указать начальные параметры:
  • Из пустого щита.
  • Из стандартной инсталляции.

Виды электрических щитов

Рассмотрим иерархию электрических щитов — типы, виды, разновидности для того чтобы лучше понимать их принципиальные назначения в электрической сети. Наверняка, вы не раз встречали на щитах аббревиатуры типа: ЩЭ, ВРУ, ОЩ и т.п. Все эти замысловатые буквы скрывают сущность устройств, которое известно тем, кто непосредственно их обслуживает. А порой, даже те кто обслуживает щитовые, настолько привыкают к аббревиатуре, что не задумываются об их назначениях. Итак, начнем рассматривать иерархию с главного щита, «короля» щитовых.

Главный распределительный щит (ГРЩ)

Щит ГРЩ предназначен для ввода силовых линий питания, учета электроэнергии и распределений линий питания для объектов. Устройство также служит для защиты от коротких замыканий и перегрузок в сетях электроснабжения. Если рассматривать иерархию электрощитовых, то ГРЩ находится на самой верхней ступени. Главный распределительный щит чаще всего расположен на территории трансформаторной подстанции (ТП), котельных, производствах.

Главный распределительный щит (ГРЩ)

Вводное распределительное устройство (ВРУ)

Устройство, в которое входит комплекс электротехнической автоматики и конструкций, используется для приема вводного силового кабеля, распределения питающих линий для ЩЭ, ЩК, ЩО, ВРУ, учета электроэнергии, защиты линий от перегрузок и короткого замыкания. Устанавливается на вводе жилых, общественных зданий, а также в производственных помещениях (цехах).

Вводное распределительное устройство (ВРУ)

Аварийный ввод резерва (АВР)

Щит АВР оснащен специальной автоматикой. АВР переключает питание с основного источника на дополнительный (генератор), в случае аварии основного поставщика электроэнергии. После устранения аварии, АВР перейдет с генератора на основную линию и через несколько минут генератор будет остановлен. Используется в производственных, торговых, коммунальных зданиях, а также в коттеджах.

Аварийный ввод резерва (АВР)

Щит этажный (ЩЭ)

Применяется в жилых и административных зданиях для распределения электроэнергии на 1 – 6 квартир.

ЩЭ делится преимущественно на три отсека:

  • Распределительный отсек (модульная автоматика для групп электрических цепей).
  • Отсек учета (электрические счетчики).
  • Абонентский отсек (телефон, домофон, TV, радио и пр.).
Щит этажный (ЩЭ)

Щит квартирный (ЩК)

Как правило, располагается на вводе в квартиру в районе прихожей. Основное назначение ЩК – это учет электроэнергии, распределение групповых линий питания в квартире, модульная автоматика защищает электрическую цепь от перегрузок и коротких замыканий.

ЩК бывают накладной и внутренней установки, металлического и пластикового исполнения.

Щит квартирный подразделяется:

  • ЩКУ – щит квартирный учетный.
  • ЩКР – щит квартирный распределительный.
Щит квартирный (ЩК)

Щит освещения (ОЩ)

ОЩ устанавливают в административных, торговых и офисных помещениях, для нечастых оперативных включений и выключений автоматики. ЩО защищает отходящие линии от перегрузок и коротких замыканий.

ОЩ подразделяется:

  • ОЩВ (осветительный щиток с выключателем).
  • УОЩВ (утапливаемый осветительный щиток с выключателем).
Щит освещения (ОЩ)

Щит управления (ЩУ)

ЩУ служит для управления автоматикой, которые отвечают за такие механизмы как: вентиляция, отопление, пожарная сигнализация и др. Регулировка параметров осуществляется вручную.

Щит управления (ЩУ)

Сборка щита учета. Видео-урок

Щит автоматики (ЩА)

ЩА отвечает за программные контроллеры, которые следят за рабоой вентиляции, отопления, пожарной сигнализации и др.

Щит автоматики (ЩА)

Щит бесперебойной подачи питания (ЩБП)

ЩБП служит для обеспечения устройств и приборов вычислительной техники, систем управления и контроль медицинского оборудования, сигнализации и прочие системы, которые относятся к 1 категории групп электроснабжения.

Щит бесперебойной подачи питания (ЩБП)

Это не все щитовые которые используются в электрических сетях, существует еще большое множество разновидностей. Вопрос к читателям — какие виды электрощитов вы знаете? Поделитесь пожалуйста в комментариях ниже.

Обязательно прочитайте статью про монтаж щита: Монтаж и ремонт электрических щитов своими руками»

Создание электрощитовой от Алекса Жука

Сборка щита 380 В: трехфазный щиток своими руками

Получив разрешение на подключение к трехфазной сети, стоит задуматься о том, как сделать так, чтобы сборка щита 380 В была надежной, работоспособной и легкой в обслуживании. В принципе, при условии установки дифавтоматов, это несложно, но дорого. Если бюджет ограничен, придется придумывать схему распределения нагрузки. А это непросто, так как надо соблюсти логику распределения линий и не перегрузить при этом фазы.

Содержание статьи

Особенности трехфазной сети

Первое и самое главное, что надо уяснить — к сети 380 В может подключаться трехфазное и однофазное оборудование. Разница в том, что трехфазное подключается сразу к трем фазам и нейтрали, а однофазное — к одной из фаз и нейтрали. Такое подключение — к одной из фаз и нейтрали — дает 220 В.

Не стоит думать, что наличие трехфазной техники обязательно. Совсем нет. Просто при подключении мощной техники к трем фазам, ее нагрузка распределяется поровну между всеми тремя фазами. А это значит, что можно использовать провода меньшего сечения и автоматы меньших номиналов (но провода при этом четырех/пяти проводные, и автомат трех-четырех полюсный).

Пример сети 380 В с трехфазной нагрузкой и без нее

Особенность электропитания 380 В в том, что фаз три и выделенная вам мощность делится поровну на все три фазы. Если вам выделили 18 кВт, на каждую из фаз должно приходиться по 6 кВт. При этом устанавливается трехполюсный или четырехполюсный автомат, который будет отключать электропитание полностью если нагрузка по одной из фаз будет превышена. У автомата есть некоторая временная задержка, но она очень невелика, так что придется хорошо рассчитывать распределение нагрузки по фазам, иначе свет будет постоянно выключаться из-за перегрузок. Это так называемый «перекос фаз», который мешает нормально жить.

Схемы сборки трехфазных электрощитов

Сборка щита 380 В может быть сделана по разным схемам. Вариантов много, важно выбрать наиболее логичный, не слишком дорогой. Но самое важное, чтобы электричество в доме или квартире было безопасным. Поэтому кроме автоматов защиты, которые оберегают сети от перегрузки, ставят еще и УЗО (устройство защитного отключения), которые оберегают человека от поражения электротоком. Нормативы не требуют установки УЗО на освещение в сухих помещениях, но в случае с трехфазным подключением квартиры или дома это не вариант, так как придется тогда все освещение сажать на один автомат. При его срабатывании все окажется в темноте. Так что придется и освещение заводить через УЗО, что только повышает надежность системы электроснабжения дома/квартиры (хоть и увеличивает цену).

Для частного дома на два этажа трехфазный электрощит будет большим

Пару, автомат + УЗО, может заменить дифференциальный автомат. Это делает схему более простой, надежной, легко читаемой и изменяемой (при условии подключения через кросс-модуль). Еще и экономится место в щите, что тоже немаловажно. Но такая схема обходится раза в три дороже, так как дифов много, а стоят они дороже пары автомат + УЗО.

Необходимость кросс-модуля для трехфазных щитов

Чтобы сборка щита 380 В была проще и существовала возможность переподключить один или несколько автоматов к другой фазе, после счетчика устанавливают трехфазный кросс-модуль. Это устройство, которое имеет три входа — под три фазы, и несколько выходов с теми же фазами (количество выходов зависит от модели).

Чтобы сборка щита 380 В была понятной и легко обслуживаемой лучше использовать кросс-модули

Подключение к нужной фазе через кросс-модуль происходит следующим образом: оконеченый проводник вставляется в гнездо, закрепляется прижимным винтом. Переключиться на другую фазу просто: откручиваем винт, вытаскиваем провод, подключаем к свободному выводу на другой фазе. При наличии кросс-модуля все подключение более логичное, в нем несложно разобраться непрофессионалу, проще вносить изменения. Стоимость этого оборудования не такая большая, а выгод много. Лучше все-таки его поставить, хоть оборудование и не входит в список обязательных.

Сборка щита 380 В только на дифавтоматах

Как уже говорили неоднократно, если на каждую группу или отдельный мощный потребитель установлен свой дифавтомат, вся задача грамотно распределить их между фазами, чтобы не было перекоса фаз. Пример такого щитка для квартиры приведен на рисунке ниже.

Сборка щита 380 В на дифавтоматах

При такой схеме все четко. Сработал первый автомат — проблема с освещением в зале, сработал четвертый — непорядок в розетках на кухне. Все ясно и понятно. Но такая схема для частного дома получается слишком дорогой, поэтому и приходится мудрить, разделяя все линии на группы.

С двумя УЗО

Можно всю нагрузку разделить на две группы, поставить два мощных трехфазных УЗО на входе. В этом случае возле каждой группы должны быть по две шины: нейтраль и заземление. После каждого УЗО ставится свой кросс-модуль, на которые заводятся фазы и уже к выходам подключаются защитные автоматы линий.

Достоинства такой схемы: не слишком высокая цена, относительно небольшой по размерам шкаф, несложно переключить при необходимости один-два потребителя в рамках одной группы.

Пример планировки электрощита на 380 В с двумя УЗО

Недостатков больше:

  • Трехфазные УЗО стоят дорого. В случае выхода из строя затраты будут ощутимыми.
  • Чтобы перекинуть потребителей из одной группы в другую, придется перетягивать провода — для непосвященных это сложно.
  • При срабатывании оного из автоматов, половина потребителей остается обесточенной. Так как к каждому УЗО подключено много линий, процесс поиска виновника срабатываний длительный, ведь придется сначала отключить все, потом постепенно добавлять по одному. Та линия, на которой снова сработает защита, и будет поврежденной.
  • Появились дополнительные шины, надо их подписать, какие из них идут к первой группе, какие ко второй и не перепутать при монтаже. Чтобы во время обслуживания провода разных шин не перепутались, лучше на каждый повесить бирку.
  • Невозможно собрать группы так, чтобы на одном УЗО были только «мокрые» помещения, на другом только «сухие». И вообще, чтобы более-менее выровнять нагрузку, придется поломать голову.

В общем, схема не самая хорошая именно из-за того, что при срабатывании защиты отключается половина нагрузки. Неудобно. Да и номиналы УЗО надо брать большие, да еще и трех или четырех фазные, что в регионах может быть проблематичным, а также бьет по карману. Так что сборка щита 380 В по этой схеме возможна только на даче, например.

Сборка щита 380 В: для уменьшения количества проводов и обеспечения лучшего контакта нейтраль на автоматы лучше заводить при помощи электрической гребенки

Кстати, чтобы меньше было проводов в щите, нулевые провода лучше подавать через специальную монтажную шину. В магазинах можно даже найти шины, покрашенные с синий цвет. Если их нет, возьмите лак для ногтей и покрасьте ее сами. Для подключения нейтрали через шину, в ней надо выкусить зубья через один, подключить к ней провод от шины. Остается только вставить зубья в нужные пазы, позатягивать прижимные винты. При таком подключении нейтрали к автоматам защиты, провод всего один, а качество соединения на высоте.

С УЗО на каждой фазе

Еще один вариант схемы трехфазного электрического щитка — по одному УЗО на каждую из фаз. В этом случае УЗО берем двухполюсные, кросс модуль ставится после каждого УЗО, и к его выходам подключается нагрузка, которую распределили на каждую из фаз.

Если взглянуть на схему трехфазного щита, собранного по этому принципу, можно увидеть, что шин заземления и нейтрали уже три — у каждого из УЗО. Если подключать нейтраль при помощи проводников, будет путаница. К достоинствам этой схемы можно отнести наличие трех групп, так что распределение потребителей можно сделать более логичным. При срабатывании одного из УЗО, большая часть потребителей остается в работе, что тоже хорошо.

Проект трехфазного электрощита с тремя УЗО

Но все равно, не всегда получается распределить нагрузку так, чтобы мокрые помещения были отдельно и при этом не было перекоса фаз. И поиск повреждения достаточно сложный, так как потребителей много. Чтобы проще было разбираться, можно поставить на «опасные» линии собственные УЗО. На примере выше так сделали на линии питания к стиральной машине.

Собрать трехфазный электрощит своими руками по это схеме будет проще, если каждую из групп собрать на одной ДИН-рейке. Поставить на ней УЗО, потом последовательно расположить автоматы. При сработке будет четко видно, где и в каких линиях искать проблему (если автоматы подписаны).

Количество групповых УЗО больше трех

В больших домах и коттеджах приходится прокладывать большое количество линий. Если поставить всего три УЗО, на каждом из них будет по десятку или более линий — искать повреждение при отключении замучаешься. И никак не получится отдельно посадить влажные помещения, улицу и т.д. Выход в этом случае — делать многоуровневую защиту, ставить персональные УЗО после групповых, чтобы разделить-таки влажные и сухие помещения. Неплохой вариант, но есть и еще один: сделать групп больше чем три. Например, по две на каждой фазе или больше. Или не на каждой. Зависит от количества потребителей, от того, как вы разобьете нагрузку, от того, сколько денег вы готовы вложить в электрический распределительный шкаф. Потому что количество оборудования растет, увеличивается размер необходимого шкафа, а с размером увеличивается и стоимость самой «коробки». Еще надо добавить стоимость дин-реек, шин и т.д.

Вот пример сборки трехфазного щита где на каждой фазе больше одного УЗО

Еще один недостаток: такое количество оборудования смонтировать, а потом обслуживать проблематично. Проводов масса. Чтобы снизить шанс не «запутаться», подписывайте каждый проводок, а уж про автоматы и УЗО и говорить нечего. Пишите, к какой фазе подключен, разработайте систему нумерации. Например, если к первой фазе подключили три УЗО, пишите на первом L1-1, на втором L1-2, на третьем L1-3. Аналогично подписывайте и другие группы.

При всей сложности это схемы, мы получаем более «индивидуальную» систему. При сработке одного УЗО, искать повреждение просто, так как линий подключено немного. Еще один плюс — отключается только малая часть приборов, легче обеспечить электричеством отключенные на время помещения.

Но сборка щита 380 В по такому принципу может быть практически такой же дорогой, как при использовании дифавтоматов. Но та схема вообще уникальна в своей простоте и мобильности. Если разница получается небольшая, лучше соберите трехфазный электрощиток на дифференциальных автоматах. Будет намного проще в обслуживании, можно будет легко менять распределение по фазам, добавлять новые линии и т.д.

Алгоритм распределения нагрузки по трем фазам

Как уже сказано, надо собрать всю однофазную нагрузку и распределить ее равномерно между фазами. Причем фокус в том, чтобы подобрать все так, чтобы мощные приборы, подключенные к одной фазе не вызывали отключение по перегрузке. Это возможно если суммарная мощность работающих устройств будет не больше номинала, или если эти приборы не будут работать одновременно.

Квартирный щит 380 В может быть и не очень большим

Общие принципы группировки нагрузки для автоматов

Самая надежная и простая в обслуживании схема — когда на каждую группу потребителей или мощное устройство стоит отдельный автомат, а вкупе с ним УЗО. Но такая схема, во-первых, дорога, во-вторых, требует просто огромного шкафа, что тоже недешево. Поэтому стараются подключить несколько линий на один автомат, но объединять их надо следуя определенной логике. Иначе разобраться что к чему при срабатывании автомата будет очень непросто. Стоит придерживаться следующих правил:

  • Розетки и освещение одного помещения подключать через разные автоматы. В таком случае при проблемах в одной из групп помещение не окажется полностью обесточенным.
  • «Мокрые» помещения — ванну, кухню, баню — не группировать с «сухими». Во-первых, в помещениях с повышенной опасностью автоматы должны быть с другими параметрами, во-вторых, именно во влажных помещениях и возникают обычно проблемы.
  • Уличное освещение и уличные розетки вообще должны быть отдельно — на отдельных автоматах. К ним можно подключить хозпостройки.
  • Питание привода ворот и охранное освещение — тоже отдельные автоматы.

    Сделать план трехфазного электрощита — распределить нагрузку между тремя фазами

  • Отдельные линии электропитания и отдельные автоматы и УЗО ставят и на мощную бытовую технику (электроплиты и электродуховки) и на ту, в которых используется вода. На крайний случай, можно скомпоновать, скажем стиральную и  посудомоечную машину. Можно также в одну группу объединить проточный и накопительный водонагреватель, но при условии, что они не будут включаться одновременно, так как с высокой вероятностью спровоцируют отключение по перегрузу. Причем их можно подключать на один автомат только при условии, что они смонтированы в одном помещении, иначе ничего вы при повреждении не поймете.

Чтобы формировать группы было проще, составляете список линий и нагрузку на них. Должно быть указано помещение, название линии и мощность подключенной нагрузки. Глядя на эту таблицу, следуя описанным выше правилам, собираете группы. При этом надо еще следить чтобы нагрузка была распределена более-менее ровно.

Проверка групп

После того как вы на бумаге набросали группы, проводите проверку. Садитесь и думаете, что будет, если сработает каждый из автоматов, насколько катастрофичными будут последствия для каждого помещения.

Щит на 380 В для частного дома своими руками собрать можно, но надо сначала придумать как распределить нагрузку

Например, если в двухэтажном коттедже подключить все розетки первого этажа и освещение второго на один автомат, и освещение первого, розетки второго на другой, а технику на третий, то при  срабатывании любого из автоматов ситуация будет аховой.

Вот в таком русле проигрываем ситуации с отключением каждого автомата. Желательно, чтобы в помещении оставались или рабочие розетки или они были в соседнем. Тогда, при необходимости, можно будет и оборудование подключить и освещение.

Cборка электрощита для частного дома 380В 15кВт: распределительный, уличный

На чтение 11 мин. Просмотров 290 Опубликовано Обновлено

Стандартные параметры электросети частных домов – 3 фазы, напряжение 380 В. Мощности выделяется 15 кВт, а для проводки используется 4-х жильный тип кабеля. По этой причине коммутационные и защитные приборы закрываются от нелегального подключения. Самостоятельная сборка электрощита для частного дома 380 В 15 кВт предусматривает его установку в доступной для проверки зоне и базовое применение.

Характеристики и специфика трехфазной сети

Электрощиток в трехфазной сети

Электрическая сеть на 380 В предназначена для подсоединения трехфазного и однофазного оборудования. В случае с трехфазным подсоединение происходит на 3 фазы и нейтраль для равномерного распределения нагрузки мощной бытовой техники.

Наличие трех фаз позволяет использовать 4-5-жильные провода с меньшим сечением и дифавтоматы на 3-4 полюса. Выделенная мощность для сети 380 В разделяется поровну по фазам. То есть, если выделено 18 кВт, каждая фаза будет по 6 кВт.

При помощи автомата трехполюсного или четрыехполюсного типа осуществляется обесточивание линии в случае повышенной нагрузки одной фазы. С учетом временной задержки дифавтомата требуется правильно распределить данную нагрузку.

Без распределения нагрузки возникает «перекос фаз», который приводит к постоянному выключению электричества.

Конструкция и элементы электрощита

Элементы электрощитка

Для трехфазного щита с мощностью 15 киловатт и мощностью потребления 15 кВт/ч понадобятся следующие комплектующие:

  • Прибор учета электроэнергии. Счетчик устанавливается в щитке сразу. Для домашней сети подойдут электронные модели, отличающиеся высокой точностью и надежностью. Они работают по нескольким тарифам, выводят данные на цифровой дисплей.
  • Электрощит. Представляет собой бокс различных габаритов. Уличный вариант должен иметь DIN-рейку, замок, смотровое отверстие для снятия показаний. Оптимальный уровень пыле- и влагозащиты – IP 54, толщина стенок – 1 мм.
  • Дифавтомат на вводе. Подойдет трехполюсная модель, подключаемая к трем фазам.
  • УЗО. Элемент защиты от возникновения опасного потенциала на корпусе прибора.
  • Выключатель автоматического типа. В частном доме на ввод понадобится устройство в 25 А, для системы освещения – на 6,3 или 10 А, для силовой цепи – 16 А. Мощность такого переключателя – от 7 киловатт.
  • Реле напряжения. Предотвращает поломки бытового оборудования при колебаниях напряжения.
  • Измерительные устройства. Вольтметр и амперметр в одном корпусе – не обязательное устройство.

Для предотвращения импульсных колебаний и защиты от молний можно заменить реле на УЗИП.

Выбор схемы сборки трехфазного электрического щита

Схема подключения заземления

Сборка щита на 380 для дома производится по нескольким схемам. В отличие от квартиры, в домах помимо защитной автоматики устанавливается УЗО, через которое заводится освещение. Приобретение элемента влияет на бюджет работ, но система электроснабжения получается надежной и безопасной.

Установка распределительного бокса предусматривает организацию линии заземления. Частный дом заземляется по схемам:

  • TN-C-S. Рекомендована ПУЭ, но подходит только для новых магистралей с регулярным обслуживанием.
  • TT. Монтируется на основе защитных устройств и контура заземления.

Работоспособность составляющих схем заземления поддерживает пользователь.

Использование кросс-модуля для трехфазного щита

Кросс-модуль

Для простоты сборки щита на 380 В и возможности переподключения автоматов к другим фазам применяется кросс-модуль. Его ставят после счетчика. Особенность прибора – наличие трех выходов под три фазы и нескольких выходов с аналогичными фазами.

Через кросс-модуль производится разделение нагрузки на дифавтоматы. Подсоединение делается так:

  1. Оконечный кабель вставляется в гнездо.
  2. Жила фиксируется при помощи прижимного винта.
  3. Для переподключения фаз винт выкручивается, провод извлекается и подключается на свободный вывод нужной фазы.

Менять местами провода нужно только при перегрузке одной из фаз.

Сборка распредщитка 380 В только на дифференциальных автоматах

Дифавтомат с электронным блоком дифференциальной защиты

Дифавтомат – прибор для отдельной линии, который работает в качестве обычного автомата и устройства защиты от токовой утечки. На каждую группу потребителей можно поставить отдельный прибор, распределив нагрузку без фазного перекоса.

Преимущества схемы сборки трехфазного щита на дифавтоматах для загородного или частного дома:

  • защита каждой линии от утечек, перегрузок, замыканий с помощью одного прибора;
  • быстрый поиск проблемного участка при поломках;
  • отсутствие нулевых шин;
  • подбор числа дифавтоматов по количеству отводных линий;
  • самостоятельный выбор принципа группировки элементов в боксе;
  • легкость распределения фазной нагрузки.

Минусы подключения – понадобится габаритный распределительный щит, более 72 модулей, что очень дорого.

Модели с индикацией причины срабатывания определяют, почему выключился дифференциальный автомат.

Схема с двумя УЗО

Схема с двумя УЗО

Сбор щитка по схеме подключения с двумя УЗО на 380 Вольт подразумевает установку мощных устройств на входе. Возле каждой группы потребителей располагаются шины нейтрали и заземления. Нулевые подаются через отдельную монтажную шину:

  • элемент окрашивается в синий цвет лаком для ногтей или акриловой краской;
  • с шины через 1 удаляются зубцы;
  • нейтральный провод подключается от шины;
  • зубчики вставляются в пазы и затягиваются прижимными винтами.

После УЗО ставится кросс-модуль, куда заводится фаза. Защитные автоматы для линий подкидываются на выход.

К преимуществам схемы относятся:

  • доступная стоимость расходников;
  • небольшие габариты бокса;
  • простота переключения одного-двух потребителей из группы.

Минусов сборки гораздо больше:

  • большие затраты на трехфазные модели УЗО;
  • сложности с переподключением групповых потребителей;
  • длительный поиск причины неполадки;
  • отключение 50% потребителей от сети в момент срабатывания одного автомата;
  • проблема с выравниванием нагрузки и отдельным размещением «мокрых» и «сухих» зон.

Схема подойдет, если у вас дачный деревянный дом, который используется периодически, а не круглогодично.

Чтобы не перепутать шины, подпишите их или наклейте этикетки.

По одному УЗО на каждую фазу

УЗО и однополюсные автоматы

Собирать схему можно из двухполюсных УЗО и кросс-модулей после каждого. Нагрузка, распределенная по фазам, подкидывается на выходы устройств защитного отключения. Шин нейтрали и заземления будет три – по количеству УЗО.

К преимуществам подключения относятся:

  • логичное распределение групп потребителей;
  • выключение 20-25 % потребителей при активации одного УЗО.

Минусами являются проблематичность выделения «мокрых» комнат в отдельную группу без перекоса фаз, затраты времени на поиск поломок. Для устранения минусов можно собрать каждую группу на отдельной дин-рейке, установить УЗО, а затем разместить автоматы последовательно.

Установите на опасные линии индивидуальные УЗО.

УЗО на вводе и однополюсный автомат

УЗО на вводе и однополюсные автоматы

Простейшая и популярная сборка трехфазного щита, которая не дает в будущем изменять порядок расположения элементов. Нагрузка на фазы распределяется только один раз. Схема отличается бюджетной стоимостью и реализуется в щитке небольших габаритов на 54-72 модуля.

На вводе выполняется монтаж УЗО, а для распределения нагрузки применяются однополюсные модели. ПУЭ ограничивает пользователя в количестве линий подключения. Основанием является п. 7.1.83, где сказано, что ток утечки в сумме не должен быть больше 1/3 номинала. Под токовой утечкой сети ПУЭ подразумевают 10мкА на 1 м провода.

Схема выгодная в плане стоимости элементов, небольшого размера короба, в котором находится примерно 32 модуля. К ее минусам относятся проблемы с группировкой, отсутствие возможности изменения фазной нагрузки, наличие нулевых шин. Для выравнивания напряжения придется почти полностью перебрать щиток. В противном случае возможен сильный перекос напряжения, нагрев шины с выгоранием нуля и перегрузка автоматов.

Часто происходит срабатывание УЗО в ложном режиме.

Больше трех групповых УЗО

Система защиты с индивидуальными УЗО

Электроэнергия в загородном доме и коттедже протекает по большому количеству линий. В случае установки 3-х защитных устройств возникают проблемы с поиском повреждений, отдельной групповой разводкой влажных помещений и улицы.

Многоуровневая система защиты с индивидуальными УЗО после групповых позволит организовать отдельную запитку «мокрых» и «сухих» зон. Количество групп на фазе определяется количеством потребителей, особенностями разбивки нагрузки и размером распределительного щитка.

Перед работами нужно подсчитать затраты на каждый узел с учетом стоимости дин-рейки, шины, кабеля. Выполнение вводного щита с более, чем 3-мя УЗО, рассчитанного на 380 Вольт, имеет несколько нюансов:

  • чтобы не запутаться, нужно подписать или промаркировать каждый провод, автомат и УЗО;
  • указать, на какую фазу выведен проводник. К примеру, на первую фазу подведено три УЗО. На первом указывается L1-1, на втором – L1-2, на третьем – L1-3.

Несмотря на сложность схемы, система получается персонализированной. Если сработал один УЗО, обнаружить повреждение можно на конкретной линии. В момент активации устройства выключается небольшое количество оборудования.

Алгоритм распределения нагрузки по трем фазам

Основные сложности при сборке конструкции – группировка и равномерное разделение нагрузки так, чтобы мощная техника не становилась причиной выключения из-за перегрузки. Это выйдет при суммарной мощности, не превышающей номинал и не одновременной работы всех устройств.

Общий порядок группировки нагрузки на автоматы

Таблица степеней защиты

Простой и надежной является схема с установкой для отдельной потребительской группы или мощной техники индивидуального автомата и УЗО. Минусами подключения являются большой трехфазный щиток и затраты на его обустройство. Альтернативой является подвод нескольких линий к одному автомату и правильная последовательность их объединения:

  • Для подключения розеток и осветительных устройств нужно использовать разные автоматы. Это исключит обесточивание всей сети при поломке одной группы.
  • Ванную комнату, кухню или баню («мокрые зоны») нельзя размещать в одной группе с «сухими». Автоматы для влажной среды подбираются с иными характеристиками.
  • Уличная группа – свет и розетки подсоединяются к отдельным автоматическим приборам. Допускается совмещение данной группы с хозпостройками.
  • Для питания автоматических ворот, охранного освещения и СКУД применяются отдельные автоматы.
  • Для запитки мощной бытовой техники ставятся персональные УЗО и автоматы. Можно группировать электрический духовой шкаф с электроплитой, стиралку и посудомойку, проточный и накопительный бойлер. Во избежание перегрузки приборы не рекомендуется подключать единовременно.

Для правильного формирования групп сделайте перечень линий с указанием нагрузки каждой.

Специфика сборки щитка в деревянном доме

Повышенная степень горючести и риски пожарных ситуаций предусматривают особый порядок монтажа щитка в домах из дерева. Изначально пиломатериал пропитывается антипожарными средствами, которые могут удерживать огонь до 20 минут. Чтобы исключить возможность возгорания, понадобится придерживаться строгой последовательности работ.

Нюансы выбора материалов

Проводка в потолке из дерева в металлической гофре

При подборе материалов учитываются такие нюансы:

  • Деревянный дом допускается электрифицировать только медным кабелем. Провод должен иметь маркировку «нг» и LS – двухслойная негорючая изоляция.
  • Выбор сечения проводника. Можно рассчитать по формулам или воспользоваться таблицей ПУЭ.
  • Все точки проводки, в том числе розеточно-осветительные, заземляются.
  • Разрешено применять трех-, четырехжильный провод.
  • Обязательная установка УЗО для защиты пробоя по корпусу и возгорания бревен.
  • Установка для каждой линии или группы отдельного автомата с мощностью в соответствии с суммарной нагрузкой на сеть.
  • Отдельный прибор выключения на каждую группу. Для двухэтажного здания достаточно модели 25 А на вводе и отдельно для группы – прибора на 16 А.
  • Выбор розеток в зависимости от способа прокладки проводки – скрытого или открытого.

Прибор учета должен располагаться перед вводным автоматом для удобства пломбирования.

Требования к распредщитку

Правильный электрощиток для дома из дерева – металлический, который не контактирует с пиломатериалом. Толщина стенки изделия – от 1 до 2 мм, но при коротком замыкании электрическая дуга прожигает металл. В этом случае можно отделать стену кирпичом и поставить на готовую поверхность бокс. Второй вариант прослойки – асбестоцементная плита или укладка под короб отреза асбестовой ткани, сложенного в несколько раз.

Полезные советы при сборке электрощитка

Термоусадочные трубки для проводов

Чтобы собрать электрощит с приборами учета электроэнергии и защитным оборудованием, рассчитанным на 380 В 15 кВт, понадобится приобрести качественный влагостойкий бокс. Провода подкидываются на автоматы специальными опрессовочными наконечниками, обжимаются клещами.

Изоляционная лента не сможет создать надежное покрытие. Удобнее работать с термоусадочными трубками, которые при нагреве феном или зажигалкой плотно обжимают изделия.

Жилы подбираются с одинаковым сечением. Разные сечения кабеля в одной клемме выключателя приведут к оплавлению изоляции и пожарам.

Готовый короб должен иметь промаркированные элементы. Так будет проще выключить подачу напряжения в отдельное помещение. Подписать узлы можно маркером или приклеить на скотч бумажные таблички.

Вводно-распределительное устройство устанавливается на столб, от которого подается электроэнергия. От ЛЭП протягивается кабель через щит к дому, а только потом выполняется разводка электрических групп. Законодательство предусматривает разделение щитка на аппараты ввода и распределения электропитания.

Схема распределительного щита частного дома на 380 В

В современном мире жизнь без электричества практически невозможна: мы готовим на электроприборах, смотрим телевизор, стираем вещи, работаем на компьютере. Электричество для нас – это привычная и необходимая вещь, без которой невозможно прожить. Но, говоря об электричестве, не каждый человек сумеет точно ответить на вопрос: с чего оно начинается? Электричество любого сооружения – небоскреба, мегаполиса или маленького частного домика – начинается с электрического щита.

Электрический щит – это местонахождения всех устройств, позволяющих распределять и производить учет электроэнергии, а также устройств, осуществляющих защиту электросети.

Различают следующие типы электрических щитов:

  • вводно-распределительное устройство,
  • главный распределительный  щит,
  • щит освещения, щит учета, щит вентиляции и т.д.

Схема 1. Краткая схема распределительного щита частного дома на 380В. (Подходит для стадии строительства, вернее для стройплощадки)

Схема 2. Полная схема распределительного щита частного дома на 380В

Электропитание любого частного дома происходит за счет воздушной линии электропередач или за счет силовых кабелей, соединенных с вводно-распределительными устройствами.

При грамотной прокладке электропроводки в частном доме после вводно-распределительного щита необходимо устанавливать дополнительные распределительные щиты (РЩ первого этажа, РЩ второго этажа). В них потребности в электричестве распределяются на группы – освещение, розетки и т.п.

Распределительный щит – важное и необходимое устройство.

Однако прежде, чем его устанавливать, нужно знать, что:

  • распределительный щит нужно распологать только там, где к нему имеется свободный доступ,
  • распределительный щит следует подбирать по типу помещения, т.е. учитывать его конструктивное исполнение (РЩ для влажных или пыльных помещений),
  • распределительный щит должен соответствовать особенностям электропроводки частного дома.

Основные факторы, которые необходимо учесть:

Тип электропроводки

Если в вашем доме скрытая электропроводка, выбирайте внутренние щиты, устанавливаемые в специальную нишу в стене. Основное преимущество такого щитка – эстетичный внешний вид.

Если в доме электропроводка открыта, то идеальный вариант для нее – накладной электрический щит. Достоинство такого вида щита – это то, что он легко крепится на стене.

Полная потребляемая мощность. Мощность отдельной групповой линии.

Обычно при подключении группы освещения комнат, санузла и коридора  в частном доме используют автоматические выключатели до 10 А, для защиты розеточных групп – до 16 А. Номинальный ток данного выключателя не должен превышать максимального тока проводника. Это стоит учитывать при выборе аппарат защиты для подключения более мощных потребителей. Будьте внимательны, ибо от правильности выбора устройства защиты электросети зависит безопасность вашей жизни.

Количество цепей и точек потребления, находящихся в однолинейной схеме электроснабжения частного дома.

Электрическая часть дома подразделяется на несколько групп (группа освещения, розеточная группа, силовая группа). При этом каждая группа подключается через специальный аппарат защиты. Для подстраховки и обеспечения дополнительной безопасности,  рекомендуется также устанавливать дополнительные автоматические выключатели на электрические приборы (стиральные машинки, кондиционеры, теплые полы и прочее).

Не забудьте установить устройство защитного отключения (УЗО). Данное устройство ставится на розеточные групповые линии, водонагреватель и прочие электроприборы. УЗО должно быть установлено на электрические цепи, питающие приборы во влажных помещениях, иначе есть риск возникновения пожара.

Помимо автоматических выключателей и УЗО, в распределительном щитке обязательно должны быть установлены шины PE- и N-проводника.

 

LearnEMC — Практическое ЭМ экранирование

Экранированные корпуса обычно окружают электрические схемы продукта со всех сторон. Необходимо следить за тем, чтобы все отверстия были маленькими, а каждый шов был герметичным. С другой стороны, нередко можно найти щиты, которые не окружают весь продукт. Часто экран частично закрывает только несколько цепей. Через эти экраны могут проходить нефильтрованные провода, и иногда они состоят из единой металлической пластины, которая может быть или не быть соединена с землей.

Почему отверстия и швы так важны в одних приложениях и совершенно неуместны в других? Ответ связан с тем, что для разных приложений существуют разные виды экранирования. Экраны корпуса или компонентов удобно разделить на 3 категории: экраны от электрического поля, экраны от магнитного поля и экранированные корпуса. Наилучшая стратегия экранирования в любом конкретном приложении зависит от ряда факторов, включая электрические характеристики цепи или системы, которые экранируются, физические ограничения (например,грамм. размер, вес и доступность) и стоимость.

Щиты от электрического поля

Корпус с идеальной проводимостью, который полностью окружает данный объем, предотвращает электрическую связь чего-либо в этом объеме с чем-либо за пределами этого объема. Такой тип корпуса называется клеткой Фарадея. Электрические поля, генерируемые в объеме, либо ограничиваются объектами внутри корпуса, либо внутренней поверхностью стенки корпуса, как показано на рис. 1 (а). Бесплатная плата за корпус перемещается по мере необходимости, чтобы точно отменить поля внутри или за пределами корпуса.

Неидеально проводящие кожухи по-прежнему являются хорошими клетками Фарадея, пока заряды могут перераспределяться достаточно быстро, чтобы нейтрализовать внутренние поля. Большинство металлических корпусов без значительных швов или отверстий обеспечивают отличную защиту от электрического поля в широком диапазоне частот.

Рис. 1. Сопряжение / экранирование электрического поля.

Без экрана на рис. 1 (а) силовые линии могут заканчиваться на других проводниках, что приведет к разнице потенциалов между этими проводниками, как показано на рис.1 (б). Однако частичный экран [рис. 2 (а)] или даже простую металлическую пластину [Рис. 2 (b)] может существенно снизить эти потенциалы, изменяя траекторию линий электрического поля и не позволяя более сильным силовым линиям достигать цепи, подвергающейся воздействию.

Рис. 2. Экраны от частичного электрического поля.

Ключевые концепции практического экранирования электрического поля — это выбор места, которое будет перехватывать силовые линии с более сильным напряжением, и выбор подходящего проводящего материала экрана.Насколько проводящим должен быть материал? Это зависит от частоты или скорости изменения полей во времени. Пока заряды могут двигаться достаточно свободно, чтобы переориентировать себя так же быстро, как поле изменяется, подавление внешних полей будет достигнуто.

Для статических электрических полей почти любой материал будет выглядеть как проводник, поскольку свободный заряд может медленно перемещаться. Однако для высокочастотных электрических полей проводимость материала экрана должна быть достаточно высокой, чтобы заряд мог быстро перемещаться вперед и назад.

Перехват силовых линий электрического поля с помощью проводящего экрана — это в первую очередь вопрос визуализации силовых линий, которые потенциально ответственны за нежелательную связь, и размещения экрана таким образом, чтобы он блокировал эти поля. Несколько примеров представлены на рис. 3.

Рис. 3. Примеры экранирования электрического поля.

Рис. 3 (a) иллюстрирует защитную дорожку, используемую для уменьшения связи между двумя параллельными дорожками на печатной плате.На рис. 3 (b) показано, как заземление радиатора ослабляет электрическое поле между радиатором и заземляющей пластиной печатной платы. Рис. 3 (c) демонстрирует, как ориентация дочерней платы влияет на связь шума шины питания с компонентами на материнской плате. Обратите внимание, что силовые линии, оканчивающиеся на проводнике, подразумевают, что в этой точке индуцирован отрицательный заряд. В местах выхода силовых линий из проводника имеется положительный заряд. Если поле меняется во времени, на поверхности проводника будет ток, когда эти заряды движутся вперед и назад.

Экраны магнитного поля

Из-за отсутствия свободных магнитных зарядов невозможно ограничить линии магнитного потока на экране. Однако можно перенаправить линии магнитного потока, чтобы предотвратить нежелательное взаимодействие. Это может быть выполнено с помощью электрических токов, индуцируемых в электропроводящем экране, или путем изменения пути линий магнитного потока с использованием проницаемых (μ r >> 1) материалов.

Рис. 4. Экранирование магнитного поля с хорошими проводниками.

Рассмотрим конфигурацию, показанную на рис. 4 (а). Вертикальное магнитное поле от электродвигателя передается на небольшую печатную плату, вызывая помехи. На рис. 4 (b) показана такая же конфигурация с алюминиевой пластиной под схемой. Если мы определим какой-либо путь замкнутого контура на поверхности пластины, через которую проходит падающее магнитное поле, закон Фарадея говорит нам, что электрическое поле должно существовать на поверхности, так что,

∮E⋅dl = ∂Φ∂t (1)

, где правая часть этого уравнения представляет собой скорость изменения во времени полного магнитного потока, соединяющего контур.Однако любое электрическое поле на поверхности хорошего проводника вызовет токи в этом проводнике. Эти токи будут генерировать свой собственный магнитный поток, который противодействует падающему потоку. В идеальном проводнике поток, создаваемый этими токами, полностью компенсировал бы падающий поток, в результате чего обе стороны (1) равнялись нулю (то есть отсутствие потока, проникающего в проводник, и отсутствие касательного электрического поля на поверхности).

Токи, индуцированные в проводящем материале изменяющимся во времени магнитным полем таким образом, называются вихревыми токами .И падающее поле, и магнитное поле, создаваемое вихревыми токами, показаны на рис. 4 (b). Сумма обоих полей показана на рис. 4 (c). Обратите внимание, что вихревые токи вызывают отклонение магнитного потока вокруг пластины и значительно снижают связь с цепью.

Чтобы отвести магнитное поле с помощью проводящей пластины, важно иметь возможность создавать устойчивые вихревые токи. Поскольку вихревые токи управляются изменяющимися во времени полями, проводящая пластина не может отклонять статическое магнитное поле. Даже если поле медленно меняется, потери в проводящей пластине вызовут рассеивание вихревых токов, позволяя магнитному потоку проникать в пластину. По этой причине проводящие материалы обычно являются плохими магнитными экранами на низких частотах (например, ниже нескольких сотен кГц). Проводящие магнитные экраны также неэффективны, если в них есть щели или зазоры, которые прерывают прохождение вихревых токов.

На частотах кГц или ниже обычно необходимо использовать проницаемые (магнитные) материалы (μ r >> 1) для отвода магнитных полей.Поскольку эти материалы имеют гораздо меньшее магнитное сопротивление, чем воздух, силовые линии магнитного поля могут эффективно перенаправляться, обеспечивая альтернативный путь через проницаемый материал, такой как сталь или мю-металл. На рис. 5 показано, как можно использовать экран из проницаемого материала для защиты схемы в предыдущем примере.

Рис. 5. Экранирование магнитного поля магнитными материалами.

Обратите внимание, что для экрана из магнитного материала важно полностью отклонять магнитный поток вокруг защищаемого объекта.Пластина из магнитного материала над или под печатной платой вообще не обеспечивала бы экранирования.

Экранированные корпуса

На высоких частотах токи, наведенные на экране, могут излучать так же хорошо (или, возможно, намного лучше, чем) исходный источник полей. Это возможно, когда максимальный размер экрана составляет значительную часть длины волны или больше. На этих частотах, как правило, необходимо полностью закрыть источник, обращая особое внимание на любые отверстия, швы или проходы кабеля, которые могут позволить уйти электромагнитной энергии.

Идеальный экранированный корпус с бесконечной проводимостью и без разрывов, идеально изолирует (электромагнитно) все, что находится внутри корпуса, от всего, что находится снаружи. Даже корпус с конечной, но высокой проводимостью (например, медь, алюминий или сталь) обеспечил бы практически идеальную изоляцию в большинстве практических приложений, если бы не было швов, отверстий или проходов кабеля.

К сожалению, такой корпус был бы не очень практичным для электронных устройств, поскольку было бы невозможно электрически взаимодействовать с тем, что находится внутри.Поэтому лучшее, что мы можем сделать, — это начать с идеального корпуса и тщательно оценить каждый шов, каждое отверстие и каждое проникновение кабеля, чтобы гарантировать, что никакие значительные мешающие сигналы не могут пройти с одной стороны на другую.

Проемы

Апертуры — это отверстия в экранированном корпусе, например, отверстия, необходимые для вентиляции, оптических дисплеев, пластиковых компонентов или механических опор. Для обеспечения защиты оболочки токи должны беспрепятственно протекать по поверхности.К счастью, отверстия с максимальными размерами, которые намного меньше длины волны, обеспечивают очень малое сопротивление потоку токов по проводящей поверхности. По этой причине, если необходимо обеспечить некоторую открытую площадь (например, для воздушного потока), гораздо лучше сделать это с большим количеством маленьких отверстий, чем с несколькими большими отверстиями.

На рис. 6 показан путь прохождения токов вокруг двух вентиляционных решеток. Обратите внимание, как сетка на рис. 6 (а) прерывает прохождение тока намного сильнее, чем сетка на рис.6 (б). Что касается электромагнитного экранирования, сетка на рис. 6 (b) намного превосходит другие, хотя общая открытая площадь обоих шаблонов одинакова. Обратите внимание, что экранирующий кожух может быть очень эффективным, даже если он имеет значительную открытую площадь, если каждая отдельная апертура намного меньше длины волны.

Как правило, количество энергии, выходящей из корпуса через небольшие отверстия, незначительно по сравнению с энергией, уходящей через швы, большие отверстия и отверстия для проводов.Однако, если корпус хорошо герметичен и необходимо дополнительно уменьшить энергию, уходящую через отверстия, то можно предусмотреть отверстия достаточной глубины для дальнейшего ослабления излучаемых излучений. Расширение апертуры внутрь корпуса создает небольшой волновод. Для отверстий с малым поперечным сечением частоты источников внутри корпуса, вероятно, будут значительно ниже частоты отсечки волновода. Информация о проектировании апертур как волноводов ниже точки отсечки представлена ​​в следующем разделе.

Рис. 6. Две диаграммы направленности в экранированном корпусе.

Швы

Швы существуют везде, где встречаются две части корпуса. Швы часто являются более значительным источником утечки, чем отверстия из-за их большей длины. Шов длиной порядка полуволны может быть очень эффективным источником излучения, подобно резонансному полуволновому диполю. Можно сделать так, чтобы неэффективные антенны (такие как электрически небольшой провод или рамочная антенна) излучали намного более эффективно, заключив их в металлический корпус с резонансной прорезью или швом.

Шов, который оптически выглядит хорошо запечатанным, часто может нарушить прохождение поверхностных токов, что значительно вызовет серьезное повреждение экранирующего корпуса. Например, две металлические поверхности, просто прижатые друг к другу, как показано на рис. 7 (a) или рис. 7 (b), редко обеспечивают достаточно надежный контакт на высоких частотах. Окисление поверхности, коррозия и коробление металлических пластин ухудшают качество электрического контакта. Винты или заклепки [Рис. 7 (c)] могут обеспечивать хороший электрический контакт в точках, но они не обязательно улучшают соединение в местах между крепежными деталями.Один из методов уменьшения импеданса швов заключается в перекрытии обеих сторон пластин, как показано на рис. 7 (d). Другое распространенное решение — использовать шток для пальцев или прокладки, как показано на рис. 7 (e) и 7 (f).

Рис. 7. Швы в экранированных корпусах.

Кабельные проходки

Для питания и / или связи с электроникой в ​​экранированном корпусе часто необходимо использовать провода, проходящие через стенку корпуса. Один неэкранированный, нефильтрованный провод, проходящий через экранированный корпус, может полностью исключить любые преимущества экранирования, которые обеспечивает корпус. Как показано на рис. 8, любая разница между напряжением на проводе и напряжением на корпусе приводит в движение пару провод / корпус, как дипольная антенна. Поскольку как провода, так и корпус, как правило, относятся к более крупным металлическим объектам в системе, пара провод / корпус часто является очень эффективной антенной на относительно низких частотах.

По этой причине очень важно убедиться, что все провода, проходящие через корпус, имеют следующие характеристики:

а.) Хорошо экранированный, или

г.) Имеет тот же потенциал, что и корпус, на всех частотах, которые могут быть проблемой излучения.

>

Рис. 8. Проволока подключена относительно экранированного корпуса.

Чтобы экран на экранированном проводе был эффективным, он должен обеспечивать низкоиндуктивное соединение с экранированным корпусом. Обычно это достигается за счет использования экранированного разъема, который обеспечивает контакт металла по металлу на 360 градусов как с экраном кабеля, так и с корпусом, как показано на рис. 9 (а).

Рис. 9. Подключение экрана кабеля к корпусу.

Пигтейл , соединение , как показано на рис. 9 (b), будет иметь значительную индуктивность. В результате любой ток, протекающий по экрану, вызовет падение напряжения на гибком кабеле, которое приводит в движение экран кабеля относительно корпуса, вызывая излучаемые излучения.

Если провода, проходящие через экранированный корпус, не экранированы, их необходимо отфильтровать. Фильтрация минимизирует напряжение между проводом и корпусом на частотах излучения, позволяя при этом низкочастотным сигналам или мощности проходить без ослабления.Обычно необходимо расположить фильтр как можно ближе к месту подключения разъема, чтобы свести к минимуму индуктивность соединений и предотвратить возможность шумовой связи с отфильтрованным проводом до того, как он выйдет из корпуса. Примеры расположения фильтров показаны на рис. 10.

Рис. 10. Возможные конфигурации кабеля-фильтра.

Затухание в волноводах ниже точки отсечки

Иногда необходимо иметь в щите большое количество отверстий для вентиляции.В больших корпусах с очень жесткими требованиями к экранированию и температуре может потребоваться дальнейшее уменьшение количества энергии, которая может уйти через любое заданное отверстие. Этого можно добиться, увеличив глубину апертуры, чтобы она напоминала небольшой волновод. На частотах, где размеры поперечного сечения апертуры малы по сравнению с половиной длины волны, энергия, распространяющаяся через апертуру, будет ослабляться таким же образом, как и энергия, распространяющаяся через волновод ниже частоты отсечки.

Энергия не будет распространяться в волноводе на частотах ниже частоты среза. Вместо этого поля экспоненциально затухают. Простая приблизительная формула для величины ослабления, обеспечиваемого проемом с глубиной d и максимальной высотой или шириной a , составляет:

затухание = 30 да 1- (ffc) 2 дБ (2)

, где f — частота поля, а f c — частота среза отверстия. Частота среза — это приблизительно частота, при которой максимальная высота или ширина, a , равна половине длины волны.

Вывод с использованием прямоугольного волновода

Для прямоугольного волновода с высотой b , шириной a и длиной d режим распространения с самой низкой частотой отсечки — это мода TE 10 .

Рис. 11. Геометрия прямоугольного волновода.

Константа распространения для моды TE 10 определяется выражением,

β = (2πλ) 2− (πa) 2 (3)

На частотах, где член под радикалом отрицательный, постоянная распространения мнима и поля не распространяются.Это происходит при λ> 2a. Следовательно, длина волны отсечки для моды TE 10 составляет λ c = 2a. Частота среза,

fc = vλc = v2a (4)

где v — скорость распространения в диэлектрике волновода (3×10 8 м / с в воздухе).

Ниже частоты отсечки величина поля в волноводе экспоненциально спадает,

E (z) = Eo e− | β | z (5)

Общее затухание поля, распространяющегося на расстояние, d , выраженное в дБ, тогда равно

.

затухание в дБ = 20 log10 e− | β | d = 8.7 | β | d (6)

или, комбинируя уравнения (3), (4) и (6),

затухание в дБ ≈ 27 да 1- (ffc) 2 (7)

Вывод с использованием круглого волновода

Для круглого волновода диаметром a и длиной d , как показано на рисунке 12, режим распространения с самой низкой частотой отсечки — это мода TE 11 .

Рис. 12. Геометрия круглого волновода.

Постоянная распространения определяется выражением,

β = (2πλ) 2 − kc2 = kc1− (kkc) 2 = kc1− (ffc) 2 (8)

, где k c для режима TE 11 ,

кс = 3.682a. (9)

При установке члена под радикалом в уравнении (8) равным нулю, частота среза оказывается равной

.

fc = 0,586 ва (10)

где v — скорость распространения в диэлектрике волновода (3×10 8 м / с в воздухе).

Ниже частоты отсечки величина поля в волноводе экспоненциально спадает,

E (z) = Eo e− | β | z. (11)

Общее затухание поля, распространяющегося на расстояние, d , выраженное в дБ, тогда равно

.

затухание в дБ = 20 log10 e− | β | d = 8.7 | β | d (12)

или, комбинируя уравнения (8), (10) и (12),

затухание в дБ ≈ 32 да 1- (ffc) 2. (13)

Допущения и примечания

Обратите внимание, что производные, основанные как на прямоугольных, так и на круглых волноводах, имеют константу впереди, которая находится в пределах 3 дБ от 30. Другие режимы распространения дают другие константы, но преобладают моды более низкого порядка, поэтому разумно использовать значение 30.

Обратите внимание, что выражение приближается к 0 дБ, когда толщина отверстия d приближается к 0.Однако даже тонкие отверстия будут обеспечивать некоторое ослабление, если их поперечное сечение мало по сравнению с длиной волны. Приблизительное выражение в уравнении (2) не очень точное, если только d >> a .

Эта модель не учитывает, как поле было настроено на одном конце проема или насколько эффективно оно излучается с другого конца. Следовательно, сам по себе он не может использоваться для определения эффективности экранирования какого-либо конкретного щита.Затухание, вычисленное в (2), следует добавить к эффективности экранирования, которая была бы получена при такой же конфигурации апертуры в тонком экране.

Обратите внимание, что если провод или второй проводник любого типа проникает в отверстие, режим распространения низшего порядка является режимом ТЕМ. Поля на любой частоте могут проникать в отверстие в режиме ПЭМ, поэтому нет никакой пользы от использования толстой апертуры, если в отверстие проникает провод.

В некоторых учебниках утверждается, что затухание в (2) должно быть уменьшено в 10 * log10 (количество отверстий), если имеется несколько отверстий.Однако затухание в уравнении (2) является дополнением к любому затуханию, обеспечиваемому тонкой апертурой или массивом тонких апертур. Уравнение (2) нельзя использовать для непосредственного расчета эффективности экранирования; и нет причин уменьшать значение уравнения (2) для нескольких толстых отверстий, если вы начинаете с ослабления, обеспечиваемого несколькими тонкими отверстиями.

Список литературы

[1] Х. Отт, Разработка электромагнитной совместимости , John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 2009.

[2] К. Р. Пол, Введение в электромагнитную совместимость, 2-е изд. , Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, 2006.

Основные принципы экранирования

Современные электрические и электронные устройства подчиняются обязательным требованиям ЭМС во всем мире. Многие устройства работают на высоких частотах и ​​очень малы. Они помещены в непроводящие пластиковые корпуса, не обеспечивающие экранирования. По сути, все эти устройства не могут соответствовать этим обязательным требованиям, или они могут создавать помехи другим устройствам или принимать помехи, вызывающие проблемы с восприимчивостью, без надлежащей программы контроля электромагнитных помех.Эта программа состоит из идентификации «подозрительных» компонентов и цепей, которые могут вызывать электромагнитные помехи или быть восприимчивыми к ним. Это выполняется на ранней стадии программы, чтобы обеспечить эффективный дизайн, позволяющий минимизировать затраты на борьбу с электромагнитными помехами. Полная программа ЭМС состоит из надлежащей фильтрации, заземления и экранирования. В этой статье речь пойдет о последнем, но другие факторы нельзя и не будут игнорировать или уделять недостаточное внимание.

В статье будет рассмотрено, что такое электромагнитные помехи и как спроектировать, чтобы управлять им с помощью экранирования в сочетании с правильным дизайном.Будут обсуждены различные защитные материалы и их использование.

Что такое EMI?

EMI (Электромагнитные помехи) — это процесс, при котором разрушающая электромагнитная энергия передается от одного электронного устройства к другому по излучаемым или проводимым путям, либо по обоим. В электронных компонентах, устройствах и системах электромагнитные помехи могут отрицательно повлиять на их работу. Цель всех разработчиков электроники — достичь ЭМС (электромагнитной совместимости) в своих конструкциях. Не только для обеспечения надлежащей работы, но и для выполнения различных обязательных требований по электромагнитной совместимости, установленных законодательством по всему миру.

EMI может просто мешать, например, статическим электричеством в радиоприемнике, или проявлять себя как опасные проблемы, такие как вмешательство в системы управления самолетом, автомобильные системы безопасности или медицинские устройства.

Помните, всегда эффективнее и дешевле иметь дело с EMI у источника. Чем дальше вы удаляетесь от источника или чем дальше по цепочке проектирования, тем сложнее и дороже устранять проблемы.

Проблемы

В современных электронных устройствах наблюдается тенденция к тому, что они быстрее, меньше по размеру и цифровые, чем аналоговые.Большая часть современного оборудования содержит цифровые схемы. Современный цифровой разработчик должен создать печатную плату с минимально возможным уровнем электромагнитных помех в сочетании с максимально возможной скоростью работы и обработки; как правило, сохраняя его как можно меньше. Дизайн печатной платы (PCB) является наиболее важным фактором, влияющим на ЭМС для любой системы, поскольку практически все активные устройства расположены на плате. Именно изменяющийся ток (ускоряющееся движение электронов), производимый активными устройствами, приводит к электромагнитным помехам.

Чем выше скорость цифрового сигнала, тем больше необходимая полоса пропускания цепи и тем труднее контролировать как излучаемые излучения, так и восприимчивость. В этом отношении полезно сначала рассмотреть взаимосвязь между рабочими частотами и излучаемыми излучениями. Необходимо учитывать основную частоту каждого активного устройства и связанных с ним схем. Но гармоники этих устройств могут быть от 10 до 100 раз больше по частоте, чем их основные. Нечетные гармоники, 3, 5, 7, 9 и т. Д.раз фундаментальные, особенно хлопотны. В результате рост электромагнитных помех по мере перехода от аналоговых к высокоскоростным цифровым схемам был резким. Уровни радиочастотной энергии на более высоких частотах гармоник аналоговых устройств незначительны. Гармоники идеальной гауссовой формы волны, хотя и являются скорее математической концепцией, чем практической реальностью, очень быстро затухают на более высоких частотах.

Форма волны косинус-квадрат, приблизительно эквивалентная той, которая создается линейным источником питания или другим аналоговым источником непрерывных волн (CW), имеющим некоторые гармонические искажения, демонстрирует спад амплитуды высокочастотной гармоники 60 дБ на декаду частоты.Переход от аналоговых схем к низкоскоростным цифровым схемам не оказывает значительного влияния на фундаментальном уровне, но амплитуды РЧ увеличиваются на более высоких частотах гармоник, потому что спад происходит на 40 дБ на декаду, а не на 60 дБ. При переходе от низкоскоростной к высокоскоростной цифровой работе уровни высокочастотных радиочастот (РЧ) увеличиваются еще больше, поскольку гармоники уменьшаются всего на 20 дБ, а не на 40 дБ за декаду. Учитывая чрезвычайно быстрое время нарастания сегодня, можно видеть, что высокочастотные гармоники намного больше, чем в прошлом.

Рисунок 1: На этой диаграмме сравниваются характеристики электромагнитных помех аналоговой, низкоскоростной цифровой и высокоскоростной цифровой логики.

Упрощенная математика

Излучение, излучаемое электронными устройствами, является результатом как дифференциальных, так и синфазных токов. В полупроводниковых устройствах токи дифференциальной моды, протекающие синхронно через контуры распределения сигналов и мощности, создают изменяющиеся во времени электромагнитные поля, которые могут распространяться вдоль проводящей среды или посредством излучения в пространстве.На простых одно- или двухслойных печатных платах петли образуются цифровыми сигналами, передаваемыми от одного устройства к другому, которые возвращаются по дорожкам распределения питания. Петли также создаются дорожками печатной платы, которые обеспечивают питание этих устройств. Синфазное излучение возникает из-за падений напряжения в системе, которые создают синфазный потенциал относительно земли. Кроме того, паразитная емкостная связь, трудно управляемое явление, которое возникает между всеми проводящими материалами, заставляет внешние кабели действовать как антенны.

Уровни излучаемых электромагнитных помех, создаваемые активными контурами цепи на плате, пропорциональны квадрату самых высоких созданных частот. Эти частоты определяются временем нарастания импульса данных и содержат значительную радиочастотную энергию, обычно в 10–15 раз превышающую рабочую скорость. Время нарастания также определяет полосу пропускания схемы. Для небольших схем, размеры которых меньше, чем размеры в резонансе, уровни излучения плоских волн, генерируемые этими контурами, могут быть рассчитаны по следующему уравнению:

E = 1.3 AIF 2 / (DS)

Где:
E = микровольт / метр
A = площадь излучающей петли в см 2
I = ток в амперах
F = частота в МГц
D = расстояние измерения в метрах
S = коэффициент эффективности экранирования

Рисунок 2: Эта диаграмма коррелирует максимальную площадь контура в квадратных сантиметрах и ограничение FCC, Часть 15B (B) для излучаемых РЧ при токе 1 мА (a), 10 мА (b) и 100 мА (c). Расстояние измерения 3 метра.

Восприимчивость к излучению, с другой стороны, линейно увеличивается с частотой нарушения.Для небольших цепей, размеры которых меньше размеров в резонансе, максимальное напряжение, индуцируемое в цепи узкополосной падающей плоской волной в пределах ее полосы пропускания, равно:

В и = 2πεAB pb / λS

Где:
В i = вольты, индуцированные в контуре
ε = напряженность поля падающей волны в В / м
A = площадь захвата цепи в квадратных метрах
B pb = характеристика полосы пропускания
λ = длина волны в метрах падающей волны
S = коэффициент эффективности экранирования

Вне полосы пропускания схемы влияние узкополосного сигнала будет определяться характеристикой затухания схемы.Эффекты широкополосного сигнала будут определяться как характеристикой затухания, так и шириной полосы канала. Конечно, затухание в цепи можно увеличить с помощью экранирования.

Изучив две формулы, мы можем сделать некоторые выводы. Что касается излучений, напряженность поля контролируется спецификацией, которая должна соблюдаться, или максимально допустимыми излучениями для среды, в которой должно работать устройство. Расстояние устанавливается либо спецификацией, например, три метра для требований FCC, часть 15, либо расстоянием от источника до приемника излучаемой энергии.Как правило, эти факторы не зависят от разработчика устройства. Конечно, 1.3 — это константа, и ее нельзя изменить. Теперь мы подошли к факторам, которые дизайнер может контролировать. Мы видим, что частота возведена в квадрат; следовательно, эмиссия увеличивается экспоненциально с увеличением частоты. Это объясняет, почему высокочастотные устройства и схемы вызывают наибольшее беспокойство. Выбросы также увеличиваются линейно с током. Следовательно, следует поместить высокочастотные и сильноточные цепи в верхнюю часть списка подозреваемых в EMI.Однако выбросы также увеличиваются с увеличением площади контура. Безусловно, большие неконтролируемые и даже неизвестные зоны контура оказались самой большой причиной отказов выбросов.

Мы видим, что разработчик должен контролировать область контура после того, как установлены частота и ток. Площадь контура должна быть минимальной, особенно для высокочастотных и сильноточных цепей. Это необходимо сделать в начале дизайна. Сделать это слишком сложно и дорого, если печатные платы спроектированы и даже изготовлены.

После того, как частота, ток и площадь контура были установлены, а схема не соответствует требованиям по излучению, мы видим, что в уравнении остался только один фактор, который может привести схему в соответствие: экранирование!

Что касается восприимчивости, мы видим, что применяются те же передовые методы проектирования, что и для выбросов. В этом случае индуцированное в цепи напряжение является функцией напряженности поля, которая регулируется либо спецификацией, либо окружающей средой цепи.Отклик полосы пропускания регулируется выбором компонентов и других компонентов схемы, таких как выбор активных компонентов и неактивных компонентов, таких как ферритовые чипы или фильтры. Опять же, мы видим, что площадь петли является фактором. Чем больше площадь петли, тем эффективнее срабатывание схемы и, как правило, тем более чувствительной она будет. Наконец, мы снова видим, что после завершения проектирования схемы, если она все еще чувствительна, единственный фактор, оставшийся в формуле, — это экранирование!

Экранирование

Экранирование — это проводящий барьер, окружающий электрическую цепь, чтобы обеспечить изоляцию.«Идеальный» экран — это сплошная токопроводящая коробка достаточной толщины без отверстий. Экранирование имеет дело почти исключительно с излучаемой энергией. Эффективность экранирования (SE) — это отношение высокочастотной энергии на одной стороне экрана к высокочастотной энергии на другой стороне экрана, выраженное в децибелах (дБ).

Рисунок 3: Графическое изображение экранирования

Для источников вне экрана, поглощение и отражение экранирующего материала в дБ суммируются, чтобы получить общую SE экрана. Для источников внутри экрана можно примерно учитывать только поглощение экрана.

Поглощение экранирующего материала на частотах, вызывающих озабоченность, контролируется:

  • Проводимость
  • Проницаемость
  • Толщина

Отражательная способность материала на рассматриваемых частотах контролируется:

  • Электропроводность
  • Проницаемость

Однако это верно только для нашего «идеального» щита.Два других важных фактора:

  • «Отверстия» — отверстия или щели в корпусе.
  • Механические характеристики и эффективность прокладок, используемых в корпусе.

Указывается на «Механические символы», потому что самая большая причина того, что прокладки RF не работают так, как указано, — это неправильная установка, например, «установка прокладки там, где прокладка никогда не была предназначена». Это связано с тем, что во многих случаях прокладка RF используется в качестве «исправления» после того, как конструкция была установлена. Как мы видели в формулах, экранирование необходимо после того, как будут установлены все остальные факторы в цепи. К сожалению, это тоже так. Вместо того, чтобы проектировать экранирование и прокладку, это используется как последняя отчаянная попытка привести устройство в соответствие; добавляя причину стольких неудач в усилиях по экранированию и уплотнению.

Экранирование, которое является неинвазивным и не влияет на работу на высоких скоростях, работает как для выбросов, так и для восприимчивости. Это может быть автономное решение, но оно более рентабельно в сочетании с другими методами подавления, такими как фильтрация, заземление и правильная конструкция для минимизации площади контура.Также важно отметить, что экранирование обычно можно установить после завершения проектирования. Однако гораздо экономичнее и, как правило, эффективнее проектировать экранирование устройства с самого начала как часть процесса проектирования. Важно помнить, что другие методы подавления, как правило, не могут быть легко добавлены после того, как устройство вышло за пределы стадии прототипа.

Экранирование может принимать различные формы, от ВЧ прокладок до экранов на уровне плат (BLS).Прокладка RF обеспечивает хорошее уплотнение EMI ​​/ EMP на границе раздела прокладка-фланец. Идеальная поверхность уплотнения — проводящая, жесткая, гальванически совместимая и утопленная, чтобы полностью разместить прокладку.

Устройство, помещенное в металлический корпус, обычно является хорошим кандидатом в качестве материалов для высокочастотных уплотнений. Когда электрические и электронные схемы находятся в непроводящих корпусах или когда трудно или невозможно использовать радиочастотные уплотнения, BLS предоставляет лучший вариант для подавления электромагнитных помех. Правильно спроектированный и установленный BLS может фактически устранить всю площадь контура, потому что неисправная или затронутая цепь будет содержаться внутри экрана.

Отверстия

Отверстия или отверстия имеют SE. SE отверстия и, в конечном итоге, всего электронного корпуса определяется размером, формой и количеством отверстий. Формула:

Где:
λ = длина волны
k = 20 для щели или 40 для круглого отверстия
L = наибольший размер отверстия
Если имеется более одного отверстия, мы вычитаем из исходной формулы: общее количество отверстий внутри на половину длины волны.

Апертуры размещаются в корпусах для электроники по многим причинам. Отверстия необходимы для просмотра, управления, счетчиков, ввода проводов и т. Д. Одной из причин является просто шов по периметру крышки (ей). Чтобы сохранить проводимость по шву, обычно необходимо использовать радиочастотные уплотнения. Радиочастотное уплотнение также используется вокруг панелей дисплея, экранированных разъемов и других отверстий в корпусе.

RF Прокладки

Несмотря на то, что существуют сотни разновидностей прокладок в зависимости от геометрии и материалов, существует четыре основных категории экранирующих прокладок: бериллиево-медные и другие металлические пружинные пальцы, вязаная проволочная сетка, эластомеры, наполненные проводящими частицами, и проводящая ткань поверх вспененного материала. Каждый из этих материалов имеет определенные преимущества и недостатки в зависимости от области применения. Независимо от типа прокладки, при выборе прокладки необходимо учитывать такие важные факторы, как ВЧ-импеданс (R + jX, где R = сопротивление, jX = индуктивное реактивное сопротивление), эффективность экранирования, контроль коррозии совместимости материалов, силы сжатия, сжимаемость, диапазон сжатия. , компрессионный комплект и экологическое уплотнение. Однако на выбор может повлиять множество других факторов.

Ниже приводится полный список факторов выбора.

  • Рабочая частота
  • Совместимость материалов
  • Соображения о коррозии
  • Обязательное соответствие
  • Операционная среда
  • Нагрузка / силы
  • Стоимость
  • Характеристики затухания
  • Способы крепления
  • Среда хранения
  • Ядерная, биологическая, химическая (NBC)
  • Срок службы
  • Экранирование / заземление / другое
  • Требования к электрооборудованию
  • Толщина материалов / сплав
  • Размеры / вес
  • Безопасность продукции
  • Возможность вторичного использования

Металлические радиочастотные прокладки (пальцы) и пружинные контакты

Металлические прокладки RF изготавливаются из различных материалов. Как правило, они имеют самый большой физический диапазон сжатия и высокую эффективность экранирования, устойчивую в широком диапазоне частот. CuBe является наиболее проводящим и обладает лучшими пружинными свойствами. На них можно легко нанести покрытие из соображений гальванической коррозии.

Наконечники и пружинные контакты идеально подходят для приложений с интенсивным циклом, требующих частого доступа, с сотнями стандартных форм, а также с возможностью поперечной резки и модифицированных стандартов.

Проволочная сетка и трикотажные прокладки

Прокладки из проволочной сетки могут быть изготовлены из различных металлических проволок, включая монель, плакированную медью сталь или алюминий.Они экономичны для приложений с низкой циклической нагрузкой и обеспечивают высокую эффективность экранирования в широком диапазоне частот. Они доступны в большом разнообразии размеров и форм с вязанной конструкцией, обеспечивающей длительную упругость с универсальными вариантами монтажа.

Трикотаж из проводящей ткани предлагает плотную строчку из металлизированного нейлона, обеспечивая высокоэффективную защиту от электромагнитных помех, а также гладкую мягкую поверхность. Медно-бериллиевая (CuBe) сетка обеспечивает превосходную упругость для постоянного контакта точка-точка, требующего минимальных усилий сжатия.

Сетка с эластомерным сердечником

сочетает в себе отличные экранирующие характеристики с высокой степенью эластичности.

Ориентированный провод

Ориентированная проволока — это токопроводящий эластомер, в котором отдельные токопроводящие жилы из монеля или алюминия пропитаны твердым или губчатым силиконом. Ориентированная проволока обеспечивает защиту от электромагнитных помех и герметизирует от влаги или дождя на литых или обработанных поверхностях.

Ткань поверх пены (FoF) Прокладки

FoF EMI обеспечивают высокую проводимость и экранирующее затухание и идеально подходят для применений, требующих низкого усилия сжатия. Типичные области применения прокладок FoF EMI включают экранирование или заземление швов и отверстий в автомобильном электронном оборудовании. Существует широкий выбор форм и толщины для удовлетворения любых дизайнерских потребностей.

Электропроводящие эластомеры

Проводящие эластомеры идеальны для приложений, требующих как защиты от воздействия окружающей среды, так и защиты от электромагнитных помех. Они обеспечивают эффективность экранирования до 120 дБ на частоте 10 ГГц с широким выбором профилей, подходящих для широкого спектра приложений.Проводящие наполнители включают, но не ограничиваются:

  • Углерод (C)
  • Пассивированный алюминий (IA)
  • Посеребренный алюминий (Ag / Al)
  • Посеребренная медь (Ag ​​/ Cu)
  • Посеребренное стекло (Ag / G)
  • Никель с серебряным покрытием (Ag / Ni)
  • Углерод с никелевым покрытием (Ni / C)
  • Серебро (Ag)
  • Варианты эластомеров включают:
  • Силиконовый каучук
  • Фторсиликоновый каучук
  • Этиленпропилендиеновый мономер (EPDM)
  • Фторуглеродный каучук, витон или флуорел

Form-in-Place (FiP)

Form-in-Place (FiP) EMI-прокладки могут наноситься на любую токопроводящую окрашенную, гальваническую или металлическую поверхность корпуса электроники, которая требует герметичности, имеет сложные или закругленные поверхности или имеет миниатюрные устройства, требующие прецизионных прокладок; таким образом, защищая корпус от внутренних и внешних помех и элементов окружающей среды.

Экранирование на уровне платы (BLS)

Если все сделано правильно, экранирование на уровне печатной платы может быть наиболее экономичным средством решения проблем EMI. В качестве недорогого и наиболее распространенного метода экранирования использовались различные экраны типа металлических банок на уровне платы для устранения электромагнитного излучения, проникающего или выходящего из секций печатной платы. В этом методе в основном использовались прикрепленные припоем перфорированные металлические банки, прикрепляемые и припаянные к заземляющей дорожке на печатной плате непосредственно над электрическими компонентами, которые необходимо экранировать.

Экраны баночного типа часто устанавливаются полностью автоматически с помощью технологии поверхностного монтажа, в то же время сами компоненты устанавливаются на печатную плату с использованием пайки волной припоя или паяльной пасты и процесса оплавления. Такие банки обеспечивают очень высокий уровень эффективности защиты, обычно очень надежны и широко используются в промышленности.

Защитные металлические банки на уровне платы могут состоять из оловянной или оцинкованной стали, нержавеющей стали, луженого алюминия, латуни, меди, бериллия, нейзильбера или других медных сплавов.

Комбинированные экранирующие изделия

Комбинированные экраны предлагают две или более технологий, объединенных в одну удобную форму. Эти экраны изготавливаются путем отливки стенок из проводящего эластомера на металлические экранирующие банки для обеспечения любой необходимой геометрии отсека. Кроме того, еще более сложные приложения включают сварку контакта пружины / пальца для защиты банок и герметизации отсеков в сверхнизкопрофильных приложениях.

Заключение

Базовая теория экранирования на самом деле не так уж и проста.Необходимо учитывать всесторонние знания в области управления электромагнитными помехами, схемотехники, обязательных спецификаций, проблем окружающей среды и других факторов. Для экранирования требуется токопроводящий корпус вокруг цепи, устройства, оборудования или даже целых зданий для контроля электромагнитных помех. Наиболее экономичное экранирование применяется в источнике проблемы. Однако это не всегда возможно.

После того, как конструкция установлена ​​и часто возникают проблемы с электромагнитными помехами, экранирование является единственным решением. Сегодня существует множество вариантов экранирования материалов от BLS до металлических и / или корпусов из «проводящего пластика».В большинстве случаев, когда требуются экранированные корпуса, радиочастотное уплотнение также необходимо для обеспечения проводящего интерфейса через отверстия корпуса.

Просто попытаться выбрать стандартные защитные материалы — не вариант. При выборе материалов для защиты от радиочастотного излучения и радиочастотных прокладок необходимо учитывать множество факторов. Фактически, если кто-то не очень хорошо знаком с материалами и механикой экранирования, то лучше оставить это экспертам в области экранирования.

Список литературы
  • Руководство по инженерному проектированию и выбору защитных устройств для специалистов по приборам: 2000
  • Веб-сайт Laird Technologies: 2010

% PDF-1.4 % 452 0 obj> endobj xref 452 79 0000000016 00000 н. 0000002685 00000 н. 0000001876 00000 н. 0000002876 00000 н. 0000002902 00000 н. 0000002948 00000 н. 0000002983 00000 н. 0000003184 00000 п. 0000003262 00000 н. 0000003338 00000 н. 0000003416 00000 н. 0000003494 00000 н. 0000003572 00000 н. 0000003650 00000 н. 0000003728 00000 н. 0000003805 00000 н. 0000003882 00000 н. 0000003959 00000 н. 0000004036 00000 н. 0000004113 00000 п. 0000004190 00000 п. 0000004267 00000 н. 0000004344 00000 п. 0000004421 00000 н. 0000004498 00000 н. 0000004575 00000 н. 0000004652 00000 п. 0000004729 00000 н. 0000004806 00000 п. 0000004883 00000 н. 0000004960 00000 н. 0000005037 00000 н. 0000005114 00000 п. 0000005191 00000 п. 0000005268 00000 н. 0000005345 00000 п. 0000005422 00000 н. 0000005499 00000 н. 0000005575 00000 п. 0000005651 00000 п. 0000005775 00000 н. 0000006399 00000 н. 0000006911 00000 п. 0000006947 00000 н. 0000007132 00000 н. 0000007209 00000 н. 0000007399 00000 н. 0000008046 00000 н. 0000008724 00000 н. 0000009416 00000 н. 0000010102 00000 п. 0000010871 00000 п. 0000011469 00000 п. 0000012145 00000 п. 0000012316 00000 п. 0000014986 00000 п. 0000015043 00000 п. 0000015146 00000 п. 0000015238 00000 п. 0000015323 00000 п. 0000015418 00000 п. 0000015519 00000 п. 0000015651 00000 п. 0000015740 00000 п. 0000015832 00000 п. 0000015993 00000 п. 0000016154 00000 п. 0000016281 00000 п. 0000016449 00000 п. 0000016554 00000 п. 0000016685 00000 п. 0000016795 00000 п. 0000016902 00000 п. 0000016999 00000 н. 0000017107 00000 п. 0000017198 00000 п. 0000017287 00000 п. 0000017401 00000 п. 0000017515 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 454 0 obj> поток xb«f`f` cg`a8Ġ! `

Когда и почему электрические провода имеют экраны?

Экранирование — самый эффективный способ предотвратить любые физические повреждения электрических проводов.На нем можно оставить 15-тонный грузовой парк на ночь (не правда ли, было бы неплохо). Хотя экранирование звучит так, будто оно может защитить от физического насилия, на самом деле все наоборот.

Экранированный провод используется для борьбы с EMI или электромагнитными помехами, «это когда радиочастотный спектр имеет помехи, создаваемые внешним источником, который влияет на электрическую цепь посредством электромагнитной индукции, электростатической связи или проводимости» ( Википедия).

Многожильные и многопарные изделия

Наша команда — широко известный дистрибьютор многопроводных и многопарных. Эти многоцелевые кабели предназначены для управления, связи и компьютерных приложений. Экранирование позволяет многожильным кабелям работать без воздействия на них EMI ( Электромагнитные помехи) . Благодаря нескольким формам экранирования, защищающим от магнитного шума, обычного шума, статического шума и, что наиболее важно, перекрестных помех, наша команда может поставить многожильные кабели даже для самых сложных применений, предлагая собственные кабельные сборки для любых индивидуальных требований.

Классификация шумов, влияющих на характеристики многожильных и многопарных кабелей:

Высокий уровень шума — Обычно создается тяжелыми двигателями, генераторами, линиями электропередач, индукционным нагревом, релейным управлением и электролитическими процессами. Шум высокого уровня обычно возникает в таких местах, как тяжелые перерабатывающие предприятия, заводы и сталелитейные заводы.

Средний шум — Проводка рядом с двигателями и реле управления трансформатором, которые обычно используются на среднем производственном предприятии.

Низкий уровень шума — Источник электропроводки часто располагается от линий электропередач, двигателей, а также реле управления или мощности. Такой низкий уровень шума часто можно найти в офисах, складских помещениях, а также в медицинских или других лабораториях.

Когда дело доходит до экранирования многожильных или многопарных кабелей, существует 4 типа стандартных вариантов экранирования, каждый из которых имеет свои уникальные атрибуты, благодаря которым они лучше других подходят для конкретных приложений:

Оплетка : Экран из многопроводной оплетки имеет умеренную гибкость и имеет материал экрана, вплетенный в трубчатую структуру или прямоугольное поперечное сечение.Плетеный многожильный экран также является самой старой формой экранирования, которая все еще используется. Эти оплетки бывают из различных материалов, таких как сталь, алюминий, медь, луженая медь, посеребренная медь и голая медь, при этом иногда используется стекловолокно для дополнительной прочности. Эти косы имеют покрытие только от 55% до 95%. Этот тип экранирования все еще используется, но плетение (машина, которая создает плетение) занимает много времени и, как правило, дороже, чем другие альтернативы.

  • Размер сердечника: 0,012 дюйма и больше
  • Диапазон частот: низкие и средние частоты (до 100 МГц)
  • Гибкость Хорошая

Один из популярных продуктов Sycor для многожильных оплеточных экранов:

Спираль : Многожильные спиральные экраны часто создаются из оголенных, луженых или посеребренных медных жил, в то время как другие металлы, такие как сталь, могут использоваться для дополнительной физической защиты.Спиральные оплетки обладают высочайшей гибкостью и могут быть легко изготовлены с охватом 95% и меньшим весом, чем другие экраны. Спиральные экраны имеют материал проводки, обернутый вокруг сердечника с покрытием от 95% до 98%. Спиральные экраны эффективны в приложениях, включающих звуковые частоты, и в других приложениях для аудиопроводки, таких как микрофон или аудио приложения.

  • Размер сердечника: 0,004–0,450 дюйма
  • Диапазон частот: низкие частоты (примерно до 1 МГц)
  • Гибкость очень хорошая

Фольга : экранирование из многожильной фольги имеет форму обертки из жевательной резинки и почти всегда состоит из пленки из майлара или алюминия.Конструкция с заземляющим проводом, при этом обеспечивая 100% экранирование, позволяет приложениям быть стабильно эффективными на более высоких частотах. В случае экрана из фольги дренажный провод должен быть на один размер меньше, чем проводник, который он оканчивает. Экран из фольги также не рекомендуется для приложений с непрерывным изгибом, так как варианты заделки часто ограничены.

  • Размер сердечника: 0,025 дюйма и больше
  • Диапазон частот: высокие частоты (более 100 МГц)
  • Низкая гибкость

Некоторые из популярных продуктов Sycor для многожильных и многопарных фольгированных экранов:

Комбинированные экраны : Многожильные и многопарные кабели Sycor состоят из 2 или более экранов, которые одновременно вставляются в один кабель.Наиболее распространенный тип комбинированного многожильного кабеля — это оплетка поверх фольги или оплетка поверх оплетки. Комбинированный экран обычно используется из-за его 100% покрытия фольгой, механической прочности, физической защиты, низкого сопротивления постоянному току и гибкости. Комбинированное экранирование часто имеет трех- или четырехкратный экран, который добавляет дополнительную защиту внешней оплетке. Комбинированное экранирование также изолирует проводники, тем самым уменьшая вероятность электромагнитных помех и перекрестных помех между проводниками, что увеличивает характеристики многожильных и многопарных кабелей.

Один из популярных многожильных комбинированных экранированных продуктов Sycor:

Дополнительные методы блокировки EMI

Экранирование — важная часть телекоммуникационной отрасли, но в качестве альтернативы были разработаны и усовершенствованы другие формы блокировщиков электромагнитных помех. Хотя эти новые разработки все еще не так эффективны, как экранирование, они предлагают дополнительную защиту там, где важна надежность сигнала. Одна из самых популярных разработок в этой области известна как «Ферритовые шарики».«Эти шарики не являются щитом, но они воспроизводят эффект экранирования и могут использоваться после установки неэкранированного провода. Эти шарики размещаются вокруг каждого провода и предотвращают любые нежелательные помехи, заземляя любое электричество.

Экранирование — важная часть кабеля, особенно в индустрии связи. У каждого типа щита есть свои плюсы и минусы, которые лучше или хуже работают в определенных условиях. Выбор правильного продукта может зависеть от многих факторов, таких как тип среды, заземленная или незаземленная, необходимое количество гибкости и частотный диапазон.Наша команда предлагает все эти средства защиты и имеет команду экспертов по продажам, которая поможет вам и ответит на любые ваши вопросы.

Эффекты экранирования от электромагнитных помех

Электромагнитные помехи (EMI) — это распространенный и широко распространенный источник помех, который может прервать работу электроники и вызвать сбои в работе электронных устройств. Справочник по помехам Федеральной комиссии по связи содержит информацию о влиянии электромагнитных помех на бытовую электронику.Проводящий материал специальной формы может использоваться для формирования экрана от электромагнитных помех, частично или полностью окружая излучатель электромагнитных помех, например электронную схему. haha уменьшает количество электромагнитного излучения, которое может пройти из внешней среды в экранированную цепь, а также контролирует количество электромагнитного излучения, генерируемого самой цепью, которое может уйти в окружающую среду. Материалы, используемые для изготовления этого экрана, могут иметь широкий диапазон свойств электропроводности, геометрии и магнитной проницаемости.

Экраны от электромагнитных помех обычно имеют отверстия или отверстия для вентиляции и доступа к экранированным компонентам, а также к соединениям и элементам конструкции, которые позволяют прикреплять их к проводам или другим узлам. Эти особенности могут снизить эффективность экранирования и являются важными факторами в большинстве приложений экранирования от электромагнитных помех. Помимо специальной конструкции схемы, экранирование — единственный метод уменьшения воздействия электромагнитных помех без снижения производительности сложных электронных систем. Экранирование может также уменьшить скорость хода цепи муфты и внутренних перекрестные помехи внутри устройства, обеспечивая изолированную землю.Экраны от электромагнитных помех доступны в различных масштабах, включая варианты для интегральных схем, печатных плат, экранированных помещений и экранированных зданий. Несмотря на различия в масштабе, большинство систем защиты от электромагнитных помех следуют одним и тем же базовым принципам.

Экранирующая оболочка от электромагнитных помех

В большинстве случаев экранирование от электромагнитных помех может быть выполнено путем создания проводящего слоя или корпуса, отражающего помехи в землю. Этот процесс основан на принципе клетки Фарадея, который показывает, что закрытый проводящий корпус приведет к нулевому электрическому полю, тем самым подавляя эффекты электромагнитных помех.Электронное устройство внутри тонкой проводящей оболочки внутри электрического поля может быть защищено, поскольку ток электромагнитных волн не может проходить внутрь корпуса. Проводящая оболочка не полностью поглощает волны поля, но имеет электрические заряды различной полярности вдоль своей поверхности, которые создают отдельное электрическое поле, чтобы нейтрализовать эффекты исходного поля. При более высоких частотах волн проводящий слой может быть тоньше, так как электромагнитные токи обычно идут по пути наименьшего сопротивления, проходя по внешней стороне защитной оболочки.Однако любой зазор или отверстие в корпусе будет притягивать ток и заставлять его проходить через защитную внешнюю поверхность, независимо от того, насколько маленькое отверстие. Таким образом, наличие отверстий снижает эффективность защиты от электромагнитных помех.

Высокочастотные и низкочастотные эффекты

Когда поле определяется в соответствии с вектором напряженности магнитного поля или H-полем, соображения экранирования от электромагнитных помех несколько отличаются. Для экранирования низкочастотного H-поля обычно требуется защитный слой, изготовленный из магнитомягкого материала с высоким уровнем проницаемости и толщиной, которая обеспечивает ослабление магнитного поля вдоль оболочки из-за низкого сопротивления.Слой магнитного материала, который обеспечивает путь для тока с низким сопротивлением наряду с высокой проницаемостью, подавляет напряженность H-поля, удерживая H-поле внутри магнитного слоя. На высоких частотах H-поля тонкий проводящий экран с низкой проницаемостью может обеспечить эффективные результаты экранирования, поскольку переменное H-поле индуцирует вихревые токи в экранирующем слое. Вихревые токи могут генерировать противоположное H-поле внутри защитной оболочки, и эта способность увеличивается с увеличением частоты, что делает относительно более трудным экранирование в H-полях с более низкой частотой.

Эффекты проводящего экранирования


Тонкие проводящие экраны, разработанные для работы в соответствии с принципами индуцированного тока, могут обеспечить эффективную защиту на частотах линий электропередач, в то время как экраны магнитного поглощения обычно должны быть толще и изготавливаться из магнитных материалов . Проводящие экраны, такие как алюминиевые экраны, часто можно использовать для защиты от электромагнитных помех в магнитных полях, создаваемых трансформаторами или аналогичными устройствами, эффективно работающими в верхнем диапазоне от 50 до 60 герц.Однако, как и в большинстве типов экранирования электромагнитных помех, проводящие экраны могут быть скомпрометированы отверстиями, разрывами или отверстиями в защитном слое, поскольку экранирование H-поля посредством индуцированного тока также основано на том эффекте, что ток будет течь только по пути без препятствия. Таким образом, проектирование экранирования с отверстиями, расположенными таким образом, чтобы минимизировать их влияние на ток, является важным фактором практически для любой системы, построенной для защиты устройств от электромагнитных помех.

Информацию об электромагнитных помехах в бытовой электронике см. В Руководстве Федеральной комиссии по связи по помехам.

Электрическое экранирование — обзор

4.21.4.3 Различные типы функций экрана

На стены и катоды нанесены экраны для защиты деталей от нежелательного покрытия. Другие функции экранов включают создание функции электрического экранирования с определенным или плавающим потенциалом. Тепловое экранирование применяется для защиты от теплового излучения, где экран должен удерживать тепловые потери на стене на низком уровне. Это основная функция инструментальных станков.В области применения компонентов могут применяться экраны с водяным охлаждением для охлаждения подложки и, как таковые, для увеличения скорости осаждения. Наконец, иногда применяются пылезащитные экраны для защиты от попадания пыли непосредственно на подложки.

Все экраны должны легко заменяться, и, поскольку часто приходится обслуживать несколько щитов, их следует четко идентифицировать. Это позволяет быстро менять экранирование и увеличивает доступность системы. Очень важно, чтобы экраны устанавливались только в предполагаемых местах, поскольку смешение положений экрана может создать зазоры и / или отсутствие возможностей расширения, что приведет к изгибу и даже короткому замыканию.

Щитки должны быть сконструированы таким образом, чтобы их можно было легко очистить дробеструйной очисткой, не влияя на их конструктивную форму.

Экраны с функцией электрического экранирования

Если экраны предназначены для выполнения функции электрического экранирования, они будут применяться для влияния на пути электронов и, таким образом, создания различных квазистационарных условий плазмы. Это влияет на распределение плазмы внутри технологической камеры.Щиты, имеющие эти функции, необходимо регулярно проверять. Особое внимание требуется в случае плавающих экранов, поскольку они имеют тенденцию терять свой плавающий потенциал при загрязнении рабочей камеры паразитными покрытиями (особенно в случае токопроводящих покрытий). Если экраны спроектированы так, чтобы иметь определенный потенциал, разработчик может измерять и контролировать потенциал экрана во время процесса с помощью управляющего программного обеспечения.

С точки зрения защиты деталей от нежелательных паразитных покрытий функция экранов заключается либо в предотвращении коротких замыканий, которые могут создавать плазму в нежелательных местах и ​​повреждают детали системы, либо в предотвращении появления паразитных покрытий в местах, где эти паразитные покрытия не удаляются легко.

При проектировании экрана инженер должен учитывать, что экраны будут нагреваться до рабочей температуры и / или под воздействием электрического тока. Следовательно, они должны быть спроектированы таким образом, чтобы они могли расширяться. Это предотвращает сильный изгиб, который может повлиять на функцию экранирования и в конечном итоге привести к короткому замыканию.

Экраны для защиты от паразитных покрытий

В периодической системе, а также в поточной системе, экраны должны быть заменены в определенный момент, когда слои покрытия, выросшие на экранах, станут становятся настолько толстыми, что начинают отслаиваться из-за напряжений внутри покрытия.Кроме того, время откачки системы (играет роль для систем периодического действия) увеличивается из-за накопления водяного пара во время воздействия условий окружающей среды. Это особенно важно для периодических систем производства углеродных покрытий, поскольку углерод сильно поглощает водяной пар и поскольку здесь дегазация играет важную роль из-за воздействия атмосферных условий после каждой партии. Как показано в примере с оксидом, необходимо в конечном итоге рассмотреть возможность кондиционирования технологической камеры для поточных систем для достижения стабильной технологической среды.

Помимо настенных экранов, паразитными покрытиями будут покрыты также столы с подложками. Подобно настенным экранам, покрытия начнут отслаиваться, если они станут слишком толстыми из-за повторяющегося перекрытия. В зависимости от типа покрытия рано или поздно начнется отслаивание. Здесь эмпирическое правило состоит в том, что чем тверже покрытие, чем больше внутреннее напряжение в покрытии и чем толще покрытие, тем больше складывается напряжение. Части вращающихся столов с покрытием, а также экраны должны быть подвергнуты струйной очистке.

Как упоминалось ранее, инженер должен учитывать, что экраны будут нагреваться и могут достигать рабочей температуры. Поэтому экраны должны быть спроектированы таким образом, чтобы допускать расширение во избежание сильного изгиба. Это не повлияет на функцию экранирования.

По соображениям экономии желательно очищать экраны дробеструйной очисткой, так как это снизит стоимость обслуживания. Экраны должны изготавливаться с достаточной точностью при минимальных затратах, поскольку это изнашиваемые детали.По этой причине лазерная резка является одним из предпочтительных методов производства. Другие требования к экранам заключаются в том, что они должны быть из материала с надлежащей прочностью (т. Е. Достаточной толщиной) и совместимостью с вакуумом. Кроме того, экраны в большинстве случаев должны быть электропроводными, иметь хорошую теплопроводность для правильного распределения температуры в случае защиты от тепла или теплопроводности и не должны быть сделаны из магнитных материалов. Поэтому нержавеющая сталь является одним из наиболее подходящих материалов для экранирования.При наличии надлежащей прочности экраны можно использовать несколько раз, что позволяет производить дробеструйную очистку для удаления покрытия.

Струйная очистка также имеет тенденцию к деформации экранов, что также требует использования более толстого листового материала для защиты. Иногда также используется химическая очистка, но это ограничивается несколькими типами покрытий.

В случае дробеструйной обработки рекомендуется использовать струйный аппарат определенного типа. Один из примеров включает струйный аппарат, использующий в качестве абразива абразивный материал из глинозема, загрязненный свинцом.Поскольку экраны заземлены, они будут нагреваться электронным током, а также технологическим теплом. В этом случае было трудно найти причину технологических проблем, существующих в определенный момент, но гораздо позже, после первоначального возникновения проблем, компонентный анализ показал, что проблема связана с загрязнением свинцом. Из-за низкой температуры испарения давление паров свинца было высоким во время технологического давления, и поэтому свинец мог загрязнить атмосферу покрытия. Дальнейшее расследование показало, что первопричину следует искать в бластере.Дальнейшие проблемы удалось избежать за счет того, что пескоструйный аппарат с этого момента использовал всегда чистый песок для струйной обработки щитов.

Пылезащитные экраны для подложки

Другой тип защиты — это пылезащитный кожух, который иногда используется для защиты от пыли, падающей непосредственно с подшипников и других вращающихся и движущихся частей на подложке. Если применяется, эти типы экранов являются частью шпинделя на столе для подложек. Они защищают плоские поверхности покрываемых поверхностей от скопления падающей пыли.Одним из основных источников пыли являются подшипники на верхней части стола для подложек, где вращаются шпиндели (см. Раздел 4.21.3.1). Они собирают паразитный материал покрытия, который имеет тенденцию падать из-за вращающихся шпинделей. Конечно, собранную пыль следует удалять при регулярном техническом обслуживании перед каждой партией.

Теплозащитные экраны

Теплозащитные экраны используются для уменьшения теплового излучения на охлаждающие поверхности в случае высокотемпературных систем.Теплозащитные экраны применяются и в других случаях для защиты компонентов от перегрева в результате воздействия излучения горячих точек или излучения плазмы.

Для уменьшения лучистого охлаждения внутри системы перед стенкой камеры устанавливаются тепловые экраны.

Расчет теплопередачи за счет лучистого охлаждения q (тепловой поток в единицу времени) выполняется по закону Стефана – Больцмана:

q = kT4A,

, где k — постоянная Больцмана, A — поверхность нагревается излучением, а T — температура излучающего тела.

Поскольку соотношение пропорционально четвертой степени температуры, можно показать, что для теплозащитного экрана температура будет примерно 84% от температуры подложки как источника излучения. При увеличении количества экранов эта температура снова увеличивается. Следует избегать потерь из-за конвекции. Таким образом, тепловые экраны помогают поддерживать высокую температуру подложки, позволяя сильно повысить температуру осаждения, что особенно полезно в системах периодического действия для нанесения покрытий на режущие инструменты.Недостаточная тепловая защита в этом случае потребует дополнительной мощности нагревателя, что не выгодно для конструкции камеры, поскольку занимает пространство и может в этом случае даже уменьшить необходимое количество катодов в конструкции оборудования. Инструменты в большинстве случаев состоят из твердого сплава и в любом случае должны быть устойчивы к высоким температурам из-за применения. С другой стороны, более высокая температура осаждения часто приводит во многих случаях для нитридных покрытий с улучшенным качеством покрытия.

С другой стороны, покрытия компонентов в большинстве случаев ограничены максимально допустимой температурой подложки. Здесь часто необходимо иметь максимально возможную охлаждающую способность, позволяющую увеличить скорость осаждения, что в то же время снизит стоимость покрытия. Некоторые системы даже оснащены экранами, содержащими активное охлаждение подложки, что позволяет увеличить скорость осаждения.

В других случаях активное охлаждение подложки может даже использоваться с охлаждающей средой с регулируемой температурой, что позволяет обеспечить дополнительное охлаждение и поддерживать температуру на достаточно низком уровне для конкретных требований процесса.В такой конструкции должно быть доступно быстрое соединение водяных шлангов, чтобы обеспечить быструю замену носителя субстрата без утечки воды.

Экранирование силовых кабелей

Зачем нужно экранировать кабели?

Силовые кабели среднего и высокого напряжения в цепях с напряжением более 2000 вольт обычно имеют экранирующий слой из медной или алюминиевой ленты или проводящего полимера. Если неэкранированный изолированный кабель контактирует с землей или заземленным объектом, электростатическое поле вокруг проводника будет сосредоточено в точке контакта, что приведет к коронному разряду и, в конечном итоге, к разрушению изоляции.

Кроме того, ток утечки и емкостной ток через изоляцию представляют опасность поражения электрическим током. Заземленный экран выравнивает электрическое напряжение вокруг проводника, отводит любой ток утечки на землю. Обязательно используйте конусы для снятия напряжения на концах экрана, особенно для кабелей, работающих при напряжении более 2 кВ относительно земли.

Экраны силовых кабелей подключены к заземлению на каждом конце экрана и в местах сращивания для резервирования, чтобы предотвратить удар, даже если наведенный ток будет течь в экране.Этот ток приведет к потерям и нагреву и уменьшит максимальный номинальный ток цепи. Испытания показывают, что наличие оголенного заземляющего проводника, прилегающего к изолированным проводам, будет быстрее проводить ток короткого замыкания на землю. В сильноточных цепях экраны могут быть подключены только с одного конца.

В очень длинных высоковольтных цепях экран может быть разбит на несколько частей, так как при длительном проходе экрана может возникнуть опасное напряжение во время повреждения цепи. Однако опасность поражения электрическим током при заземлении только одного конца экрана должна быть оценена с учетом риска!

Экранирование силового кабеля осуществляется путем окружения сборки или изоляции заземленной проводящей средой.Это ограничивает диэлектрическое поле внутри этого экрана.

Используются экраны двух разных типов:

Назначение изоляционного экрана:

  • Обеспечение симметричного распределения радиальных напряжений с изоляцией.
  • Устраняет касательные и продольные напряжения на поверхности изоляции.
  • Исключите из диэлектрического поля такие материалы, как оплетка, ленты и наполнители, которые не предназначены для использования в качестве изоляции.
  • Защищайте кабели от наведенного или прямого среднего напряжения. Экраны делают это, делая импульсное сопротивление однородным по всей длине кабеля и помогая ослабить импульсные потенциалы.

Экран проводника

Кабель с бумажной изоляцией

В кабелях с номинальным напряжением более 2000 В по промышленным стандартам требуется экран проводника. Назначение полупроводникового, также называемого экранирующим, материала поверх проводника состоит в том, чтобы обеспечить гладкий цилиндр, а не относительно шероховатую поверхность многожильного проводника, чтобы уменьшить концентрацию напряжений на границе раздела с изоляцией.

Экранирование проводов использовалось для кабелей как с ламинарной, так и с экструдированной изоляцией .

Используемые материалы представляют собой полупроводниковые материалы или материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, известные как материалы для контроля напряжения. Оба служат одной и той же функции снижения стресса.

Экраны проводов для кабелей с бумажной изоляцией представляют собой ленты сажи или металлизированные бумажные ленты. Изначально экранирующие материалы проводника были изготовлены из полупроводниковых лент, которые спирально наматывались на проводник.Существующие стандарты по-прежнему допускают такую ​​ленту поверх проводника. Это делается, особенно на больших проводниках, для того, чтобы прочно удерживать жилы вместе во время нанесения экструдированного полупроводникового материала, который теперь требуется для кабелей среднего напряжения.

Опыт работы с кабелями, которые имели только полупроводниковую ленту, был неудовлетворительным, поэтому промышленность изменила свои требования и потребовала нанесения экструдированного слоя поверх проводника.

В экструдированных кабелях этот слой теперь выдавливается непосредственно над проводником и соединяется с изоляционным слоем, который наносится поверх этого слоя снятия напряжений.Чрезвычайно важно, чтобы между этими двумя слоями не было пустот или постороннего материала.

Современные экструдированные слои не только чистые (без нежелательных примесей), но и очень гладкие и круглые. Это значительно уменьшило образование водяных прядей, которые могли возникнуть на неровных поверхностях. При одновременном выдавливании двух слоев экран проводника и изоляция отверждаются одновременно. Это обеспечивает неразрывную связь, которая сводит к минимуму вероятность образования пустот на критической границе раздела.

По соображениям совместимости экструдированный экранирующий слой обычно изготавливается из того же или подобного полимера, что и изоляция.

Специальная сажа используется для того, чтобы сделать слой поверх проводника полупроводником для обеспечения необходимой проводимости . Отраслевые стандарты требуют, чтобы полупроводниковый материал проводника имел максимальное удельное сопротивление 1000 метров Ом. Эти стандарты также требуют, чтобы этот материал прошел испытание на долгосрочную стабильность на удельное сопротивление на уровне аварийной рабочей температуры, чтобы гарантировать, что слой остается проводящим и, следовательно, обеспечивает длительный срок службы кабеля.

Водонепроницаемый материал может быть включен как часть экрана проводника для предотвращения радиальной передачи влаги. Этот слой состоит из тонкого слоя алюминия или свинца, помещенного между полупроводниковыми материалами. Аналогичный ламинат можно использовать для изоляционного экрана по той же причине.

Не существует окончательного стандарта, описывающего класс экструдируемых защитных материалов, известный как « супер гладкий, супер чистый ». Обычно нецелесообразно использовать фирменное наименование производителя или номер продукта для описания любого материала.

T Термин «супер гладкий, супер чистый» — единственный способ на момент написания данной статьи описать класс материала, обеспечивающий более высокое качество кабеля, чем в более ранней версии. Это только академическая проблема, поскольку старые типы материалов больше не используются для строительства кабелей среднего напряжения известными поставщиками.

Дело в том, что эти новые материалы значительно улучшили характеристики кабеля в лабораторных условиях.


Изоляционное экранирование кабелей среднего напряжения

Изоляционный экран для кабеля среднего напряжения состоит из двух компонентов:

  • Полупроводниковый слой или слой снятия напряжения
  • Металлический слой ленты или отвода, заземляющих проводов, концентрических нейтральных проводов , или металлическая трубка.

Они должны функционировать как единое целое для кабеля, чтобы обеспечить длительный срок службы.

Слой для снятия напряжений

Полимерный слой, используемый с удлиненными кабелями, заменил ленточные экраны, которые использовались много лет назад. Этот экструдированный слой называется экструдированным изоляционным экраном или экраном. Его свойства и требования к совместимости аналогичны ранее описанному экрану проводника, за исключением того, что стандарты требуют, чтобы объемное удельное сопротивление этого внешнего слоя было ограничено до 500 метров-Ом.

Неметаллический слой находится непосредственно над изоляцией, и напряжение на этой границе раздела ниже, чем на границе раздела экрана проводника. Этот внешний слой не требуется связывать для кабелей с номинальным напряжением до 35 кВ. При напряжении выше этого настоятельно рекомендуется приклеивать этот слой к изоляции.

Поскольку большинство пользователей хотят, чтобы этот слой легко снимался, ассоциация Association of Edison Illuminating Companies (AEIC) установила пределы натяжения полосы.В настоящее время эти ограничения заключаются в том, что полоса шириной 1/2 дюйма, отрезанная параллельно проводнику, отслаивается с минимальным усилием в 6 фунтов и усилием не менее 24 фунтов под углом 90º к поверхности изоляции.

Металлический экран

Металлическая часть изолирующего экрана или экрана необходима для обеспечения пути с низким сопротивлением для прохождения зарядного тока на землю. Важно понимать, что экструдируемые экструзионные материалы не выдержат длительного протекания тока силой более нескольких миллиампер.Эти материалы способны выдерживать небольшие зарядные токи, но не могут выдерживать несимметричные токи или токи короткого замыкания.

Металлический компонент изолирующего экрана системы должен выдерживать эти более высокие токи. С другой стороны, чрезмерное количество металла в экране одножильного кабеля обходится дорого по двум причинам. Во-первых, дополнительный металл сверх того количества, который действительно требуется, увеличивает первоначальную стоимость кабеля. Во-вторых, чем больше металлический компонент изоляционного экрана, тем выше потери в экране, которые приводят к протеканию тока в центральном проводнике.

В конструкции кабеля должно быть предусмотрено достаточное количество металла, чтобы гарантировать, что кабель активирует резервную защиту в случае любой неисправности кабеля в течение срока его службы. Есть также опасения по поводу потерь в щите.

Следовательно, становится важным следующее:
  • Тип оборудования, отключающего цепи, которое необходимо проанализировать. Какова конструкция и рабочие настройки hse, устройства повторного включения или автоматического выключателя?
  • Какой ток повреждения будет встречаться в кабеле в течение всего срока службы?
  • Какие потери в щите допустимы? Сколько раз нужно заземлять экран? Будут ли разрывы экрана для предотвращения циркуляции токов?

Кабели с концентрической нейтралью

Если указаны кабели с концентрической нейтралью, концентрические нейтрали должны изготавливаться в соответствии со стандартами ICEA.Эти провода должны соответствовать ASTM B3 для проводов без покрытия или B33 для проводов с покрытием.

Эти провода накладываются непосредственно на неметаллический изоляционный экран с укладкой не менее шести или более чем десяти диаметров концентрических проводов.


Экранирование кабелей низкого напряжения

Обычно требуется экранирование кабелей низкого напряжения там, где индуктивные помехи могут быть проблемой. В многочисленных применениях кабелей связи, контрольно-измерительных приборов и управления небольшие электрические сигналы могут передаваться по проводнику кабеля и усиливаться на приемном конце.Нежелательные сигналы ( шум ) из-за индуктивных помех могут быть больше желаемого сигнала. Это может привести к ложным сигналам или звуковому шуму, которые могут повлиять на голосовую связь.

По всему спектру частот необходимо разделить возмущения на эффекты электрического поля и эффекты магнитного поля.

Электрические поля

Эффекты электрического поля — это эффекты, которые зависят от емкостной связи или взаимной емкости между цепями. Экранирование может быть выполнено с помощью сплошного металлического экрана для изоляции нарушенной цепи от нарушающей цепи.

Даже полупроводниковые профили или ленты, дополненные заземленным проводом постоянного тока, могут выполнять некоторую функцию экранирования от воздействия электрического поля.

Магнитные поля

Эффекты магнитного поля являются результатом связи магнитного поля между цепями. Это немного сложнее, чем для электрических эффектов.

На относительно низких частотах энергия, испускаемая источником, рассматривается как излучение. Он увеличивается пропорционально квадрату частоты. Это электромагнитное излучение может вызывать дисбаланс на значительном расстоянии и проникать в любые «отверстия» в защите.Это может происходить с экранами из оплетки или лент, которые не перекрываются. Тип металла, используемого в щите, также может влиять на количество помех.

Любой материал металлического экрана, в отличие от магнитных металлов, будет обеспечивать некоторый экран из-за вихревых токов, которые создаются в металлическом экране падающим полем. Эти вихревые токи стремятся нейтрализовать мешающее поле. Неметаллическое полупроводниковое экранирование неэффективно для магнитных эффектов. Как правило, наиболее эффективным экранированием является полный стальной трубопровод, но это не всегда практично.

Эффективность экрана называется «коэффициентом экранирования » и выражается как:

SF = Индуцированное напряжение в цепи экрана / Индуктивное напряжение в неэкранированной цепи

Испытательные цепи для измерения эффективности Гудинг и Слэйд сообщили о различных конструкциях защиты от воздействия электрического поля и магнитного поля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *