Электронные контроллеры на большой высоте

Хотя легко представить, насколько морская среда является проблемной для электроприборов из-за солености, не так сразу ясно, что горы тоже могут скрывать определенные проблемы. В этой статье я выделю проблемы, с которыми можно столкнуться при установке электроники на большой высоте. Электронные контроллеры, если иное не заявлено производителем, спроектированы и изготовлены в соответствии с требованиями по умолчанию, рекомендованными соответствующими международными стандартами, особенно для высот до 2000 метров. Помимо этого, необходимо учитывать некоторые аспекты, поскольку они влияют на определенные электрические и конструктивные параметры: это плотность воздуха и атмосферное давление.

Плотность воздуха отрицательно влияет на электроизоляционные свойства воздуха, следовательно, чем выше высота, тем ниже диэлектрические свойства воздуха. Другой эффект - снижение теплопередачи (за счет теплопроводности и конвекции) и, следовательно, ухудшение условий для компонентов, в которых происходит значительное накопление тепла. С другой стороны, атмосферное давление оказывает влияние на компоненты, которые из-за своей конструкции заключены в герметичные или почти герметичные корпуса, такие как электролитические конденсаторы и батареи.

Проблемы, с которыми необходимо столкнуться:

• Уменьшение зазоров в цепях с опасным напряжением;
• Совместимость электролитических конденсаторов и аккумуляторов с работой на больших высотах;
• Уменьшение тепловыделения на компонентах, которые значительно нагреваются во время работы.

Понижение клиренса

Стандарты безопасности продукции (например, IEC 60730-1 и IEC 60335-1) определяют минимальный зазор, определяемый в зависимости от требуемого класса изоляции, рабочего напряжения, категории перенапряжения (импульсного напряжения) и степени загрязнения окружающей среды.

Большинство контроллеров имеют рабочее напряжение 230 В (напряжение на землю системы до 300 В), снимаемое с точек питания с категорией перенапряжения III (импульсное напряжение 4000 В) и с учетом степени загрязнения окружающей среды 3 для конечного использования, все в соответствии с IEC 60730 -1 глава 20. В случае, например, усиленной изоляции (эквивалентной защите двойной изоляции) минимальный зазор, требуемый стандартом и принятый на изделии, составляет 5,5 мм.

Очевидно, что конструктивные параметры не могут быть изменены в соответствии с фактическими условиями использования, тем не менее, можно изучить конкретный случай и воздействовать на исходные параметры, используемые для расчета зазора: рабочее напряжение, категория перенапряжения и загрязнение окружающей среды. Идея состоит в том, чтобы понизить (где возможно) один или несколько из этих параметров таким образом, чтобы обеспечить соответствие расчетных значений зазору, требуемому стандартом, также с учетом поправочного коэффициента высоты.

Например, если на программируемом контроллере релейные выходы, управляющие контакторами нагрузки, используют цепи с 24 В, а не с катушками 230 В, произойдет два эффекта: напряжение питания снизится до 24 В и, прежде всего, категория перенапряжения будет понижена на один градус. (категория II, импульсное напряжение 2500 В), поскольку использование трансформатора можно рассматривать как средство снижения переходных перенапряжений. Зазор, требуемый стандартом в этом случае при сохранении той же усиленной изоляции, составляет, таким образом, 3 мм, что при умножении на 1,29 (поправочный коэффициент для 4000 метров) становится 3,87 мм, что удобно в пределах 5,5 мм, предусмотренных на контроллере.

Еще один способ снизить категорию перенапряжения без изменения источника питания реле - это установить системы контроля перенапряжения, такие как ограничители переходного напряжения (варисторы подходящего размера или газоразрядные трубки). Конечный результат будет таким же, поскольку категория перенапряжения будет уменьшена как минимум на один градус, и, следовательно, импульсное напряжение будет ниже.

Совместимость электролитических конденсаторов и аккумуляторов

Электролитические конденсаторы с жидкими электролитами, используемые во многих электронных контроллерах, при использовании на больших высотах испытывают повышение внутреннего давления из-за более низкого давления окружающей среды. Это явление может вызвать утечку электролита, в том числе в виде газов, что снижает срок службы и производительность. Рекомендуется ознакомиться с официальными декларациями производителей электролитических конденсаторов, используемых в их продукции, чтобы определить, как их можно использовать на высоте до 6000 метров без значительного снижения производительности (большинство спецификаций покрывает использование до 10000 метров, а порой и гораздо более высокие значения).

В отношении силовых электролитических конденсаторов, используемых в приводах компрессоров BLDC (инверторах), необходимо учитывать другое соображение из-за пониженного тепловыделения (см. Следующую главу) и из-за снижения температуры кипения электролита: в этом случае условия установки близки к предельным. следует избегать как с точки зрения нагрузки, так и температуры окружающей среды. Следует проверить максимальную температуру силовых конденсаторов, если привод используется в условиях максимальной нагрузки, и она не должна превышать 80 ° C.

Понижение тепловыделения

Этот эффект связан с тем, что теплопередача за счет теплопроводности / конвекции между нагревательным элементом и окружающей средой снижается в результате более низкой плотности воздуха (отрицательная экспоненциальная тенденция в зависимости от высоты). Следствием этого является повышение температуры компонентов, которая не должна превышать максимальные пределы, чтобы гарантировать безопасность и срок службы.

Также необходимо помнить, что на больших высотах температура воздуха (снаружи) постепенно снижается. Таким образом, чтобы сделать общую оценку, эти два эффекта необходимо суммировать, принимая во внимание фактические условия установки и проверяя, что электронный контроллер никогда не превышает заявленные максимальные значения температуры.
В наиболее критических ситуациях добавление системы принудительной вентиляции внутри оборудования или блоков, в которых установлены электронные контроллеры, скорее всего, решит проблему.
В качестве практического примера, учитывая установку на высоте 4000 метров, максимальную температуру окружающей среды необходимо снизить примерно на 8-10 ° C.

Электронные контроллеры и другие подобные устройства, даже если они спроектированы и построены для работы на высоте до 2000 метров (значение по умолчанию, заданное применяемыми стандартами безопасности), обычно могут использоваться на больших высотах, обычно до максимум 6000 метров, после детальная оценка условий установки и, при необходимости, принятие систем для исправления критических факторов:

• Категория перенапряжения;
• Источник питания;
• Загрязнение окружающей среды;
• Рабочая температура окружающей среды;
• Максимальная загрузка.

Получить подробную информацию или проконсультироваться можно на сайте официального поставщика Carel в России ru-carel.com.