Mocowanie przewodów w szafie sterowniczej – uchwyty, opaski i zasady prowadzenia kabli
Prawidłowe prowadzenie przewodów w szafie sterowniczej ma znaczenie nie tylko dla estetyki wykonania. Wpływa przede wszystkim na niezawodność układu automatyki, odporność na zakłócenia elektromagnetyczne oraz późniejszy serwis. W typowej szafie przewody pomiędzy aparaturą prowadzi się przede wszystkim w korytkach kablowych. Dodatkowego mocowania wymagają m.in. przewody wprowadzane z obiektu, odcinki doprowadzane do aparatury czy połączenia prowadzone na drzwiach. Szczególnej uwagi wymagają obwody falownikowe i sygnałowe. Odpowiednia separacja tras oraz prawidłowe podłączenie ekranów pozwalają ograniczyć zakłócenia. Mogą one wpływać na pracę sterowników PLC, czujników i sieci komunikacyjnych.
Z artykułu dowiesz się:
- jak organizować przewody w korytkach kablowych;
- jak rozdzielać trasy zasilające, sterownicze i sygnałowe;
- jak wprowadzać przewody obiektowe do szafy;
- dlaczego przewody między falownikiem a silnikiem wymagają szczególnej uwagi;
- jak prawidłowo wykonywać połączenia ekranów;
- gdzie stosować uchwyty, opaski i elementy odciążające;
- jakie błędy w prowadzeniu przewodów mogą zwiększać poziom zakłóceń EMC.
Korytka kablowe jako podstawowy sposób prowadzenia przewodów w szafie
Wewnątrz szaf automatyki podstawowym rozwiązaniem do organizacji okablowania są korytka kablowe. Prowadzi się w nich przewody łączące aparaturę zamontowaną na płycie montażowej, m.in. sterowniki PLC, styczniki, przekaźniki, zasilacze, falowniki, zabezpieczenia i listwy zaciskowe. Odpowiednie rozmieszczenie korytek pozwala uporządkować instalację i zachować czytelny przebieg poszczególnych obwodów.
Układ korytek należy zaplanować już na etapie rozmieszczania aparatury. Trasy powinny umożliwiać możliwie krótkie i przejrzyste prowadzenie przewodów. Jednocześnie muszą zapewniać dostęp potrzebny podczas montażu, pomiarów i późniejszego serwisu. Znaczenie ma również pozostawienie odpowiedniej rezerwy miejsca. Całkowite wypełnienie korytka utrudnia modernizację instalacji, prowadzenie nowych obwodów i prawidłowe ułożenie istniejących przewodów.
Opaski kablowe nie zastępują w takim układzie korytek. Mogą być wykorzystywane pomocniczo – np. do uporządkowania krótkich wiązek poza korytkiem, prowadzenia przewodów na drzwiach lub stabilizacji przewodów w miejscach przejściowych. Nie powinny jednak stanowić podstawowego sposobu prowadzenia całego okablowania po płycie montażowej.
Jak rozdzielać przewody zasilające, sterownicze i sygnałowe?
W szafie sterowniczej znajdują się obwody o bardzo różnych poziomach napięć, prądów i odporności na zakłócenia. Przewody zasilające silniki lub inne odbiorniki dużej mocy mogą być źródłem zakłóceń elektromagnetycznych. Przewody analogowe, komunikacyjne czy sygnały z czujników są natomiast na nie znacznie bardziej podatne. Dlatego prowadzenie wszystkich przewodów wspólną trasą bez odpowiedniej separacji może prowadzić do problemów z pracą automatyki.
W praktyce należy rozdzielać przede wszystkim tory mocy od przewodów sterowniczych, pomiarowych i komunikacyjnych. W zależności od konstrukcji szafy wykorzystuje się oddzielne korytka, odpowiednie odstępy albo przegrody. Szczególną uwagę należy zwrócić na przewody analogowe i komunikacyjne oraz przewody pomiędzy falownikiem a silnikiem.
Jeżeli trasy należące do różnych grup muszą się przeciąć, korzystniejsze jest ich skrzyżowanie pod kątem zbliżonym do 90°. Należy unikać ich równoległego prowadzenia na długim odcinku. Konkretne wymagania dotyczące odstępów trzeba dobierać do rodzaju przewodów, poziomu zakłóceń oraz zaleceń producentów zastosowanej aparatury.
Dobrze zaplanowana separacja nie tylko ogranicza problemy EMC. Ułatwia także diagnostykę i późniejsze modyfikacje instalacji. Po otwarciu korytek można dzięki temu łatwiej zidentyfikować poszczególne grupy obwodów.
Przewody falownikowe – dlaczego wymagają odpowiedniego prowadzenia?
Połączenie pomiędzy falownikiem a silnikiem jest jednym z odcinków instalacji wymagających szczególnej uwagi pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej. Falownik nie zasila silnika przebiegiem identycznym z sinusoidalnym napięciem sieciowym. Napięcie wyjściowe jest kształtowane poprzez szybkie przełączanie elementów półprzewodnikowych. Powoduje to powstawanie składowych o wysokich częstotliwościach.
Z tego względu przewód silnikowy może być źródłem zakłóceń. Mogą one oddziaływać na znajdujące się w pobliżu obwody sterownicze, pomiarowe i komunikacyjne. W typowych aplikacjach stosuje się więc przewody ekranowane przeznaczone do współpracy z falownikami. Ich trasę prowadzi się z zachowaniem odpowiedniej separacji od przewodów sygnałowych.
Należy także ograniczać długość równoległego prowadzenia przewodu falownikowego z przewodami wrażliwymi na zakłócenia. Nie powinno się również tworzyć niepotrzebnych pętli ani pozostawiać nadmiernego zapasu przewodu zwiniętego wewnątrz szafy.
Przy projektowaniu połączenia falownik–silnik trzeba uwzględnić instrukcję konkretnego przemiennika. Producent może określać m.in. wymagany rodzaj przewodu i sposób podłączenia ekranu. Dokumentacja może również wskazywać dopuszczalną długość kabla silnikowego oraz konieczność zastosowania dodatkowych elementów ograniczających zakłócenia.
Jak prawidłowo podłączyć ekran przewodu?
Samo zastosowanie ekranowanego przewodu nie zapewnia jeszcze prawidłowej ochrony przed zakłóceniami. Istotny jest sposób wykonania połączenia ekranu z układem wyrównania potencjałów i uziemieniem funkcjonalnym. Powinien być zgodny z wymaganiami producenta urządzenia oraz zasadami EMC.
W przypadku przewodów falownikowych często stosuje się połączenie ekranu na możliwie dużej powierzchni obwodu przewodu, np. za pomocą odpowiednich obejm lub zacisków ekranowych. Takie rozwiązanie zapewnia lepsze właściwości dla zakłóceń wysokoczęstotliwościowych niż długi, cienki odcinek przewodu wyprowadzony z ekranu.
Ekran powinien być odsłonięty tylko w zakresie potrzebnym do wykonania połączenia. Długie nieekranowane końcówki ograniczają skuteczność ekranowania. Jest to szczególnie istotne w miejscu, w którym przewód znajduje się blisko aparatury. Ważne jest także zapewnienie odpowiedniej ciągłości połączeń pomiędzy elementami metalowej konstrukcji szafy.
Nie ma jednej uniwersalnej zasady zakończenia każdego ekranu. Inaczej mogą być traktowane przewody silnikowe, analogowe, enkoderowe czy magistrale komunikacyjne. Dlatego sposób połączenia należy zawsze skonfrontować z dokumentacją producenta urządzenia i wymaganiami dotyczącymi konkretnego interfejsu.
Jak prawidłowo wprowadzać przewody z obiektu do szafy sterowniczej?
Przewody doprowadzane do szafy z czujników, siłowników, silników i innych urządzeń obiektowych wymagają innego podejścia niż okablowanie prowadzone wewnątrz korytek. W miejscu wejścia do obudowy trzeba zapewnić odpowiednie uszczelnienie, ochronę mechaniczną oraz odciążenie przewodu. Dzięki temu siły działające na kabel nie są przenoszone bezpośrednio na zaciski.
Do wprowadzania przewodów wykorzystuje się m.in. dławnice kablowe, przepusty oraz systemy wprowadzania wielu kabli. Ich dobór zależy od średnicy i liczby przewodów, wymaganej szczelności obudowy oraz warunków środowiskowych. W przypadku przewodów ekranowanych mogą być stosowane rozwiązania umożliwiające jednoczesne mechaniczne zamocowanie przewodu i odpowiednie połączenie jego ekranu.
Po wejściu do szafy przewody obiektowe prowadzi się do listew zaciskowych lub bezpośrednio do odpowiedniej aparatury zgodnie z przyjętą koncepcją instalacji. Trasa powinna być możliwie czytelna i nie może powodować nadmiernego zginania przewodu. Należy przestrzegać minimalnego promienia gięcia określonego przez jego producenta.
Gdzie w szafie stosować opaski i uchwyty?
Opaski oraz uchwyty pozostają przydatnym elementem wyposażenia szafy. Pełnią jednak funkcję uzupełniającą względem korytek kablowych. Stosuje się je przede wszystkim tam, gdzie przewód musi zostać mechanicznie ustabilizowany poza standardową trasą.
Dotyczy to m.in. wiązek prowadzonych na drzwiach szafy, krótkich połączeń między korytkiem a aparatem, przewodów obiektowych po wejściu do obudowy oraz miejsc wymagających dodatkowego odciążenia. Przy przewodach prowadzonych na drzwiach trzeba pozostawić odpowiednią długość. Powinna ona umożliwiać ich swobodny ruch podczas otwierania i zamykania.
Opaski nie powinny być zaciskane w sposób powodujący deformację izolacji. Niedopuszczalne jest również prowadzenie przewodów po ostrych krawędziach bez zabezpieczenia czy wykonywanie zbyt małych promieni gięcia. W przypadku ciężkich przewodów mocowanie powinno przejmować ich ciężar, aby nie obciążać mechanicznie zacisków urządzeń.
Najczęstsze błędy w prowadzeniu przewodów w szafie automatyki
Jednym z podstawowych błędów jest prowadzenie przewodów mocy i przewodów sygnałowych wspólną trasą bez analizy EMC. Problem jest szczególnie istotny w szafach wyposażonych w falowniki, serwonapędy i inne urządzenia wykorzystujące szybkie przełączanie elementów energoelektronicznych.
Drugim błędem jest nieprawidłowe wykonanie ekranowania. Zastosowanie właściwego przewodu nie pomoże, jeżeli ekran zostanie zakończony w sposób niezgodny z wymaganiami urządzenia. Problemem może być również połączenie o niewłaściwych właściwościach dla zakłóceń wysokoczęstotliwościowych.
Należy również unikać przepełniania korytek, nadmiernego zaciskania wiązek, pozostawiania dużych pętli przewodów oraz prowadzenia kabli bez uwzględnienia minimalnych promieni gięcia. Problemy mogą powodować także nieprawidłowo wykonane wejścia kablowe oraz brak odciążenia cięższych przewodów.
Prawidłowa organizacja okablowania powinna więc obejmować cały tor – od wejścia przewodu do szafy, przez jego prowadzenie i ewentualne ekranowanie, aż do zacisków urządzenia. Dzięki temu instalacja pozostaje czytelna i łatwa w serwisowaniu. Jednocześnie ogranicza się ryzyko zakłóceń wpływających na pracę systemu automatyki.
