Кабельные вводы компании BEISIT с полным электромагнитным экранированием

Опубликовано в номере:
PDF версия
Потребность в оборудовании, которое должно надежно функционировать в жестких условиях окружающей среды, постоянно растет. В первую очередь оно востребовано на индустриальном и телекоммуникационном рынке. Особую роль здесь играет подключение кабелей, которое можно существенно упростить, используя кабельные вводы. Такие элементы при правильном выборе не только способны обеспечить надежное крепление кабеля и герметичность точки ввода, но и помогут решить проблемы электромагнитной совместимости. Предлагаемая статья знакомит с продуктами компании BEISIT (рис. 1), которые помогают решить проблемы кабельного ввода для критического с точки зрения электромагнитной совместимости оборудования, работающего в жестких условиях эксплуатации.

Введение

В конструктивном исполнении оборудования, предназначенного для жесткой среды эксплуатации, не бывает второстепенных элементов — все они играют важную роль для гарантии его надежности и должного функционирования. Провода и кабели выбирают с учетом возможности их эксплуатации в условиях заданной окружающей среды, а сам корпус изготовляют с учетом требуемой механической и климатической стойкости, а часто и экранирования — как защиту от собственного и внешнего электромагнитного излучения. Но есть одно традиционно узкое место такого оборудования, недостаточное внимание к которому может поставить крест на всех конструктивных решениях, — это его подключение.

Разработчики действительно уделяют вопросам подключения очень пристальное внимание. Разъемы выбирают с учетом тока контактов, усилия сочленения, способа монтажа. И, с одной стороны, использование разъемов, несомненно, удобно. Это проще выполнить конструктивно, облегчает монтаж и при необходимости ремонт. Но, с другой стороны, разъемы — это проблема контактного сопротивления, дополнительные требования по их защите от влаги и пыли, наконец, это удовольствие не из дешевых, причем как по стоимости самих компонентов (а их два — вилка и розетка, к тому же они часто сборные, с множеством вспомогательных деталей), так и по трудозатратам. Кроме того, если сам разъем выбран с блокировкой от расчленения, то проблема механического крепления кабеля (иначе провода можно просто вырвать) никуда не исчезает, и ее нужно так или иначе решать.

Продукция компании BEISIT

Рис. 1. Продукция компании BEISIT

Ранее описанные проблемы устраняли с помощью резиновых уплотнителей, а также обработкой вводов герметиками или реже — клеями, а механические требования выполнялись скобами или специальными вставными зажимами, которые часто передавливали кабель, так как он в таких зажимах жестко изгибался и сдавливался для надежной фиксации. На современном этапе подобные решения могут иметь место разве что для разовых и некритических применений. Со временем резиновые уплотнители деградируют, их наполнители мигрируют в оболочку кабеля и тем самым портят внешний вид изделия. Ко всему прочему, они не обеспечивают надежную фиксацию. Механические скобы не обеспечивают пыле- и влагозащиту, а пластиковые фиксаторы могут просто повредить кабель. Дополнительная герметизация герметиками также сказывается на ремонтопригодности изделия, а клеями — все вообще выходит за рамки целесообразности.

Как выход из положения, в случае если мы используем цилиндрический кабель в оболочке, задачу можно упростить, переместив подключение кабеля внутрь блока. Для этого потребуется такой элемент, как кабельный ввод, иногда еще называемый гермовводом (рис. 2).

Типичные кабельные вводы широкого применения компании BEISIT

Рис. 2. Типичные кабельные вводы широкого применения компании BEISIT

Задача таких вводов состоит в обеспечении надежной фиксации кабеля без его повреждения и гарантировании необходимого соответствия оборудования требованиям по классу защиты оболочки — IP, то есть заданной герметичности. Однако не забываем, что любое отверстие в металлическом корпусе оборудования — это место для излучения электромагнитных полей в виде помех, способных нарушить нормативы по электромагнитной совместимости. Некоторые компании, в том числе и компания BEISIT, для этой цели предлагают вводы в металлическом исполнении, как показано на рис. 3.

Металлический гермоввод индустриального применения компании BEISIT

Рис. 3. Металлический гермоввод индустриального применения компании BEISIT

Такое решение помогает частично устранить проблему, но некоторые специфические трудности все же остаются. Главная из них — что делать, если схемотехническое решение блока требует полной экранировки? Это часто происходит в радиотехническом оборудовании, оборудовании с высоким уровнем электромагнитных помех (ЭМП) и в оборудовании, чувствительном к воздействию внешних ЭМП. Экранирование вводов всегда было проблемой из проблем. Часто она решалась в лоб: опайкой на корпус экранной оболочки кабеля. Для этого использовались довольно дорогие кабели с фторопластовой (под экранной оплеткой) изоляцией и низкотемпературные припои, обычные экранированные и коаксиальные кабели не применялись, а сам кабель (его оплетка была открытой), во избежание неконтролируемых контактов, затягивали в ПХВ‑трубку. О какой-либо ремонтопригодности здесь можно было вообще забыть, а почти все низкотемпературные припои были свинецсодержащими, то есть подпадали под ограничения Директивы RoHS [1].

Проблемы понятны, но что в этом случае делать разработчикам? Ответ на поставленный вопрос есть у компании BEISIT. Однако давайте сначала познакомимся с этим производителем и поставщиком решений для кабельных вводов.

 

О компании BEISIT

Компания BEISIT (ее полное название — BEISIT ELECTRIC (HANGZHOU) CO. LTD) была основана в декабре 2009 года и является национальным высокотехнологичным предприятием КНР, объединяющим исследования, разработки и продажи. Компания занимается исследованиями, разработками и производством высококачественных водонепроницаемых кабельных вводов, в том числе индустриального и специального назначения, и корпусов блоков РЭА. Примеры продукции, выпускаемой компанией, представлены на заставке (рис. 1).

Компания BEISIT предлагает:

  • кабельные вводы;
  • взрывозащищенные кабельные вводы;
  • экранированные кабельные вводы ЕМС для выполнения требований по электромагнитной совместимости;
  • мультивводы для нескольких проводов;
  • вентиляционные заглушки-ввода (компенсаторы давления);
  • кабельные вводы с защитой от перегиба;
  • гофрированный рукав и аксессуары;
  • водонепроницаемые корпуса;
  • аксессуары (заглушки, переходники, фитинги);
  • крепежные элементы (нейлоновые стяжки, металлические хомуты).

Продукция компании BEISIT получила множество национальных и зарубежных патентов. Она прошла самую строгую сертификацию, включая UL, VDE, сертификацию по взрывозащищенности ATEX/IECEX и европейскую сертификацию на соответствие знаку CE. Система качества предприятий компании также прошла необходимую сертификацию, что гарантирует неизменно высокое качество ее изделий.

Области применения продуктов компании BEISIT охватывают ядерную энергетику, ветроэнергетику, оборудование для солнечных электростанций, железнодорожного подвижного состава, морское и военное оборудование, а также гибридные и электрические транспортные средства, комплекты электрооборудования, телекоммуникационное оборудование, базовые станции сотовой связи, промышленную автоматизацию, системы наружного освещения и не только. Подробнее ознакомиться с продукцией компании BEISIT поможет видео, доступное по ссылке [4].

Основные рынки компании: Китай, Европа, Северная Америка, Япония, Южная Корея и другие промышленно развитые страны и регионы, у компании есть десятки дистрибьюторов и партнеров по всему миру, ею созданы торговые компании и зарубежные склады в США и Германии. Компания BEISIT весьма амбициозна, о чем говорит ее торговая марка BEiSiT, представляющая собой комбинацию из слова BEST — «лучшая» с двумя интегрированными в него «i», которые означают — integrity и international. Первое в данном контексте означает — «верность своим принципам», второе — «международная» (рис. 4). Можно с уверенностью сказать, что для продукции компании BEISIT есть все предпосылки стать столь же успешной и широко востребованной на российском рынке, где ее официальным представителем является хорошо известная потребителям компонентов РЭА Группа компаний «Симметрон».

Логотип компании BEISIT

Рис. 4. Логотип компании BEISIT

 

Кабельные вводы с электромагнитным экранированием

Для экранированных кабелей, оплетка которых требует подключения к корпусам РЭА, существует специально разработанная компанией BEISIT серия EMC кабельных вводов и предназначенная для электромагнитного экранирования кабельного ввода путем обеспечения контакта корпуса и экранирующей оплетки кабеля без его распайки. Общая конструкция такого кабельного ввода представлена на рис. 5.

Конструктивные элементы основных вариантов защищенного от ЭМП кабельного ввода компании BEISIT

Рис. 5. Конструктивные элементы основных вариантов защищенного от ЭМП кабельного ввода компании BEISIT

Подключение обеспечивается специальными элементами в виде пружины или шайбами гермоввода, которые зажимают оплетку кабеля, обеспечивая ее надежный электрический контакт. Для экономии времени при сборке кабеля с фиксацией экрана на кабельный ввод или при вводе кабеля с экраном применен специальный кабельный сальник. Высокая степень экранирования ввода обеспечивает полный 360°-ный контакт экрана, а его долговременная функциональность достигается благодаря комбинации уплотнения, прижимной втулки и контактной шайбы, что обеспечивает высокое качество контакта даже в жестких условиях эксплуатации.

Ассортимент продукции компании BEISIT этого направления представлен экранирующими вводами двух серий: EMC-S и EMC-R.

 

Кабельные вводы серии EMC-S

Особенностью конструкции нового ввода серии EMC-S является применение для подключения экранирующей оплетки кабеля специального пружинного зажима. Здесь в обозначении ввода S — это сокращение от spring («пружина»). Это современное решение для экранирования хорошо зарекомендовало себя на автомобильном и железнодорожном транспорте, в том числе и для оборудования подвижного состава. Кабельные вводы серии EMC-S просты в установке и эксплуатации. Конструкция такого ввода обладает высокой устойчивостью к вибрациям и нагрузкам динамического характера, обеспечивает плотный и равномерный контакт с оплеткой кабеля (рис. 6).

Кабельный ввод серии EMC-S компании BEISIT

Рис. 6. Кабельный ввод серии EMC-S компании BEISIT

 

Кабельные вводы серии EMC-R

В конструкции кабельных вводов серии EMC-R применяется хорошо зарекомендовавшая себя система компрессионных шайб. Здесь в обозначении ввода R — это сокращение от ring («кольцо»). Экранирующая оплетка кабеля сдавливается между шайбами, обеспечивая ее надежный контакт с корпусом ввода (рис. 7). Способ установки кабельных вводов EMC-R немного сложнее, чем EMC-S, но они создают дополнительную механическую прочность в точке ввода кабеля. Сфера применения вводов типа EMC-R — устройства, работающие в непосредственной близости с электролизным оборудованием, мощными электродвигателями, генераторами, трансформаторами, реле управления, линиями электропередачи, сборочными линиями и т. д.

Кабельный ввод серии EMC-R компании BEISIT

Рис. 7. Кабельный ввод серии EMC-R компании BEISIT

Кабельные вводы серий EMC-S и EMC-R предназначены для использования в составе чувствительного к ЭМП оборудования, действующего в условиях сильных ЭМП, которые могут серьезно помешать нормальной работе его электроники, а также для электромеханического и прочего оборудования, которое само по себе может стать источником недопустимо высокого уровня электромагнитного излучения. Также обеспечивается соответствующая герметичность и защита ввода по классу до IP68, то есть до максимальной степени защиты по данной классификации, а это подразумевает пыленепроницаемый прибор, выдерживающий длительное погружение в воду под давлением. Диапазон рабочих температур кабельных вводов рассмотренных типов составляет –40…+100  °C (для метрических тип S/ только NEV +125  °C).

Кабельные вводы компании BEISIT серий EMC-S и EMC-R доступны для заказа в следующих вариантах исполнения [2]:

  • метрические М: метрические с удлиненной резьбовой частью, метрические с увеличенным диапазоном зажима кабеля;
  • PG, в том числе с удлиненной резьбовой частью PG-L;
  • NPT;
  • G(PF).

Кроме стандартных EMC-вводов, у компании BEISIT для EMC-экранирования есть и более экзотические варианты вводов — кабельный ввод с EMC-экранированием на несколько кабелей и уникальный комбинированный EMC-ввод с металлической токопроводящей частью и пластиковым корпусом (рис. 8).

Кабельный EMC-ввод на несколько кабелей и EMC-ввод с металлической проводящей внутренней частью и пластиковым корпусом разработки компании BEISIT

Рис. 8. Кабельный EMC-ввод на несколько кабелей и EMC-ввод с металлической проводящей внутренней частью и пластиковым корпусом разработки компании BEISIT

 

Кабельные вводы и проблема ЭМС

Мы рассмотрели весьма интересные предлагаемые компанией BEISIT кабельные вводы. Даже просто взглянув на их конструкцию, которая бесспорно является инженерным искусством, понятно что она заметно дороже традиционной, отсюда возникает вопрос. Насколько оправданы затраты? Поэтому давайте в данном контексте посмотрим на проблему ЭМС более пристально.

Поскольку вы разработчик электрического или электронного оборудования, у разрабатываемого вами изделия всегда есть требования по ЭМС. Они весьма жесткие и вытекают из стандартов, которым должны соответствовать ваши продукты, иначе их просто нельзя будет потом даже передать заказчику, планирующему их продавать на рынке. Выполнение требований по ЭМС, как и требования стандартов по безопасности, является обязательным и контролируется соответствующими органами по сертификации конкретного вида продукции. Так, для медицинского, автомобильного и оборудования специального назначения (военного, аэрокосмического и пр.) они жестче, чем для бытового или даже телекоммуникационного.

Измерительный комплекс для оценки ЭМС в безэховой (экранированной) камере

Рис. 9. Измерительный комплекс для оценки ЭМС в безэховой (экранированной) камере

Электромагнитная совместимость — проблема, от которой не уйти, и решать ее нужно с самых ранних этапов разработки продукта и далее по всему циклу. Сложность тут в том, что эта проблема комплексная и затрагивает все, начиная с технического задания и заканчивая базовым решением. Это проблема комплексная, а потому и решать ее нужно комплексно и с точки зрения схемотехники, и с точки зрения конструкции. И это еще не все. ЭМС — это палка о двух концах. Вы должны обеспечить такое схемотехническое решение, которое не будет мешать и соседнему оборудованию, и останется устойчивым к внешним ЭМП. Испытания не просты и выполняются в специально оснащенных лабораториях в экранированных комнатах (рис. 9) — например, на устойчивость к разрядам проводятся с помощью специального, имитирующего такие разряды оборудования (рис. 10).

Типовые интерфейсы современной аппаратуры, где защита от электростатического разряда имеет решающее значение

Рис. 10. Типовые интерфейсы современной аппаратуры, где защита от электростатического разряда имеет решающее значение [9]

Проигнорировать и оставить решение проблемы ЭМС «на потом» — может вый-ти боком. Причем настолько, что придется полностью перерабатывать изделие. Это не страшилка. В практике автора статьи был реальный случай, когда главный конструктор изделия увлекся разработкой идеологии, схемотехники и программного обеспечения нового комплекса на основе машинного обучения и распознавания образов и понадеялся на свой богатый опыт. Это было равносильно русскому авось, и изделие не прошло дорогостоящие сертификационные испытания в одном из зарубежных центров. Мало того, что не прошло, его пришлось заново проектировать — менять схемы (вводить фильтры) и конструкцию (усиливать экранирование). Кроме того, за время переработки ввели сомнительную, по мнению автора статьи и не только, Директиву RoHS [1], а правила игры на рынке проектируемого нами оборудования поменялись. С выходом на рынок мы опоздали и в результате наплевательского отношения к ЭМС понесли убытки, зато приобрели очень ценный, в прямом и переносном смысле, опыт и больше такого отношения к ЭМС не повторяли.

Но не будем здесь разбирать особенности испытаний и решения проблем (они детально описаны в серии популярных статей [7]), а также схемные ухищрения для уменьшения уровня ЭМП и повышения устойчивости к ним. Они, безусловно, полезны, но решают не все. Как правило, последней соломинкой, которая ломает горб этой проблеме, как верблюду из известной пословицы, является экранирование. Для такой цели используются металлические корпуса, например, такие как представленные в [8], и экранированные провода того или иного исполнения в зависимости от типа оборудования.

Экранирование, если его рассматривать в общем плане, — это установление между приемником и излучателем некой поглощающей электромагнитные волны среды. Если посмотреть на рис. 11, то мы видим следующее: энергия падающей волны Ein частично отражается в виде Erefl, частично проникает в токопроводящую среду и там затухает по экспоненциальному закону, частично отражается от границы среды, а часть энергии волны Ein, пройдя сквозь экран, выходит наружу в виде Eout [8].

Распределение энергии плоской электромагнитной волны при наличии на ее пути токопроводящей среды

Рис. 11. Распределение энергии плоской электромагнитной волны при наличии на ее пути токопроводящей среды

Здесь необходимо учитывать неоднородность материала и конструкции самого экрана, который, как правило, состоит из нескольких частей, как минимум корпуса и крышки, при этом остается возможность проникновения поля через щели и отверстия, неизбежно имеющиеся в реальном экране. На эффективность экранирования оказывают существенное влияние частота ЭМП, электропроводность и магнитная проницаемость материала экрана и, как уже было сказано, конфигурация, размеры, толщина экрана и неоднородности в материале. Нельзя забывать и то, что внутри экранированных объемов могут возникать и резонансные эффекты, а также иметь место переизлучение.

Если даже глухой экран не всегда справляется с помехой, то что говорить о реальной ситуации, когда такой вариант просто нереализуем? Проблема, с которой неизбежно придется столкнуться в реальной жизни, — это отверстия в экране, например, под органы управления, разъемы, кабели, для вентиляции и т. д. Отверстие или чаще отверстия (имеются в виду не только круглые, но и вырезы, щели, прорези, стыки) приводят к деградации затухания, что может уменьшить требуемую эффективность экранирования. В практике автора статьи был случай, когда для охлаждения трансформатора в накрывающем его пермаллоевом экране решили сделать небольшие дырочки диаметром 5 мм. Хорошо, что эту идею сначала проверили, поскольку из-за помех, которые выбрались наружу, приемник сразу потерял чувствительность.

Кроме того, необходимо учитывать и организацию ввода. Трудно представить себе корпус, не имеющий отверстий и связи с внешним миром, однако эта тема обширна и требует отдельного описания, что не входит в рамки настоящей статьи, но варианты решения можно оценить, в частности по ссылкам в публикации [8]. Пример, скажем так, классического решения экранированного кабельного ввода и его сравнение с предлагаемым компанией BEISIT показан на рис. 12. Как говорится, почувствуйте разницу. Такие вводы весьма перспективны, причем не только в традиционных сферах, таких как силовое преобразовательное оборудование или чувствительная к ЭМП электроника в плотной компоновке с наличием внешних помех. Такие вводы весьма перспективны на автомобильном рынке, особенно учитывая то внимание, которое сейчас направлено на электрические транспортные средства.

Классическое решение кабельного ввода и полностью экранированный кабельный ввод, предлагаемый компанией BEISIT

Рис. 12. Классическое решение кабельного ввода и полностью экранированный кабельный ввод, предлагаемый компанией BEISIT

Однако для того, чтобы дополнительные затраты на приобретение описанных в статье полностью экранированных кабельных вводов были оправданны и ваши деньги не были потрачены впустую, эти вводы требуется не только правильно выбрать, но и с учетом их конструкции должным образом монтировать. Особенности конструкции и монтаж кабельных вводов типа EMC-S и EMC-R показаны на видео, подготовленном компанией «Симметрон» и доступном по ссылке [3] или в конце статьи. Полная информация по кабельным вводам компании BEISIT, обеспечивающим защиту от ЭМП, представлена по ссылке [2]. Кроме того, для облегчения выбора кабельных вводов типа EMC-S и EMC-R компанией «Симметрон» подготовлен русскоязычный каталог, который доступен по ссылке [6].

 

Заключение

Как можно видеть даже из кратко изложенного в статье материала, в настоящее время разработчикам электронной и электротехнической продукции, которая предназначена для работы в жестких условиях эксплуатации, но при этом должна иметь защиту от ЭМП и соответствовать требованиям по ЭМС, компания BEISIT предлагает достаточно большой выбор кабельных вводов. Это позволяет снять с повестки дня проблемы, связанные с заводкой в оборудование кабелей, требующих особой защиты от внешней среды. Применение кабельных вводов компании BEISIT позволяет повысить надежность и эксплуатационные характеристики конечного оборудования, устраняя неблагоприятное воздействие ЭМП и внешней среды на внутренние элементы блоков управления и обеспечивая надежный подвод и фиксацию кабелей.

Если вам требуется дополнительная информация или специфические технические решения для конкретных приложений, вы можете обратиться за консультацией в службу технической поддержки компании или к ее представителю — в Группу компаний «Симметрон». Каталог по продуктам компании BEISIT, содержащий в том числе и технические характеристики рассмотренных в настоящей статье кабельных вводов с защитой от ЭМП, можно загрузить со страницы [5] сайта компании «Симметрон».


Литература
  1. Рентюк В. RoHS-директива: защита экологии или рынков? // Технологии в электронной промышленности. 2013. № 5.
  2. EMC series Products.
  3. Видео по установке EMC-R и EMC-S. «Симметрон».
  4. beisit.in.ua/video/video.mp4
  5. symmetron.ru/news/novinka-produktsii-beisit-kabelnye-vvody-s‑elektromagnitnym-ekranirovaniem/
  6. Кабельные вводы.
  7. Рентюк В. Электромагнитная совместимость: проблема, от решения которой не уйти // Компоненты и технологии. 2017. № 7.
  8. Рентюк В. Малые экранирующие корпуса как еще одно эффективное решение проблемы ЭМС // Компоненты и технологии. 2018. № 7.
  9. Денисов Д. Оборудование и методы проверки РЭА на устойчивость к электростатическим разрядам и элементы для ее защиты от их воздействия // Компоненты и технологии. 2020. № 3.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *