Если вы хоть немного работали в шкафу управления на заводе, вы, возможно, заметили, что для управления реле, контакторами и другими устройствами автоматизации используется постоянный ток напряжением 24 вольта. В индустрии автоматизации 24 В постоянного тока используются в качестве стандарта для низковольтного питания и сигнализации, но почему именно это напряжение и почему именно постоянный ток? Что делает 24 В постоянного тока таким особенным, что его можно использовать в стольких различных областях?В этой статье мы рассмотрим различные причины использования напряжения 24 В постоянного тока и сравним этот стандарт с другими напряжениями, которые могут встречаться в нашей панели управления.Безопасность внутри шкафа управленияБезопасность должна обеспечиваться не только для операторов, но и для самих устройств в шкафу управления. Один из способов обеспечить безопасность этих устройств — использовать диапазон напряжений, который считается сверхнизким напряжением (СНН). СНН — это напряжение менее 120 В постоянного тока и менее 50 В переменного тока. Считается, что напряжение в этом диапазоне с меньшей вероятностью вызовет поражение электрическим током в случае, если кто-то замкнет цепь своим телом. Классификация сверхнизкого напряжения определена в стандартах IEC 60038 и UK IET.Таким образом, это первая причина выбора напряжения 24 В постоянного тока: оно обеспечивает более безопасные условия труда.Падение напряженияЕсли вы когда-либо изучали теорию электротехники в школе или смотрели видео в интернете, вы, вероятно, знали закон Ома, который описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Падение напряжения — это величина напряжения, теряемого из-за протекания тока через сопротивление, и распространенным источником сопротивления является сама длина кабеля. Чем длиннее кабель, тем больше сопротивление в цепи, и, следовательно, тем больше будет падение напряжения.Для снижения сопротивления кабеля нам потребовалось бы увеличить площадь поперечного сечения кабеля (по сути, использовать кабель большего диаметра), но это дорого и нецелесообразно в условиях высокой гибкости.Альтернативным вариантом является повышение напряжения. Это снижает ток, потребляемый нагрузкой (что доказывается законом Ватта, объясняющим взаимосвязь напряжения, тока и мощности), и, следовательно, снижает падение напряжения (что доказывается законом Ома).В результате исследований инженеры определили, что 24 вольта — это идеальное напряжение для прокладки относительно длинных кабелей без использования проводов большого диаметра.Шумная средаВ контексте описания шумных промышленных сред речь идет не о слышимом шуме, а об электрическом шуме.Любое оборудование, использующее частотно-регулируемые приводы, сервоприводы или крупные контакторы, будет генерировать значительные электрические помехи (ЭМП) в электрической системе. Если управляющее напряжение невелико, например, 5 В постоянного тока, эти электрические помехи могут привести к тому, что принимающие устройства будут интерпретировать их как сигнал запуска.При уровне управления 24 вольта вероятность того, что электрический шум достигнет амплитуды, достаточной для имитации управляющего сигнала, значительно снижается.Тогда можно спросить: «Почему бы не повысить управляющее напряжение еще больше, что сделало бы его еще менее восприимчивым к шуму и падению напряжения?» Это правда, но при приближении к опасному (не относящемуся к ELV) уровню 120 В постоянного тока начнет возрастать риск поражения электрическим током.Источник питания 24 В постоянного тока, подключенный к релейной плате. Изображение предоставлено сайтом Unsplash.Почему именно Вашингтон?В электрической системе существуют два типа напряжения: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC).В системе переменного тока направление тока меняется между положительным и отрицательным, тогда как постоянный ток движется только в одном направлении — от положительного к отрицательному (условно). Именно переменная частота переменного напряжения делает его опасным в случае поражения электрическим током. Известно, что переменное напряжение может вызывать мышечные спазмы или нарушать сердечный ритм, даже на низких уровнях.Еще одна проблема с переменным напряжением заключается в том, что большинство современных устройств управления (ПЛК, частотно-регулируемые приводы и т. д.) работают с использованием полупроводниковых приборов, которые работают только с постоянным током. Если питание шкафа осуществляется от переменного тока, то каждое из этих устройств управления должно иметь встроенный преобразователь переменного тока в постоянный, что увеличивает стоимость. Вместо этого преобразование постоянного тока выполняется только один раз, что выгодно для всех полупроводниковых приборов.В целях безопасности и повышения эффективности проектирования в качестве отраслевого стандарта для низковольтного управления и сигнализации выбрано постоянное напряжение.Когда использовать кондиционер?Хотя постоянный ток является стандартным напряжением, это не означает, что переменному току нет места.Устройства большой нагрузкиВ некоторых ситуациях, когда необходимо управлять большой нагрузкой, напряжение 24 В постоянного тока будет слишком велико, поэтому необходимо использовать другое управляющее напряжение. По этой причине некоторые контакторы для крупных двигателей используют 120 или даже 220 В переменного тока. Это напряжение уже имеется в шкафу управления двигателем, поэтому его использование для таких крупных устройств управления вполне оправдано.Экономия места и средствЕще одна причина использовать переменное управляющее напряжение — это недостаток места в шкафу управления для блока питания. Основное питание необходимо преобразовать в 24 В постоянного тока, и если физически места для блока питания недостаточно, может потребоваться использование контактора переменного тока. Кроме того, если нет управляющих устройств, требующих постоянного тока, может быть дешевле просто отказаться от блока питания и использовать реле и соленоиды переменного тока.СтандартизацияКак и в случае с программным обеспечением или языками программирования, стандартизация является ключом к успеху. В электротехнической промышленности стандартизировано напряжение управления 24 В постоянного тока. Это означает, что вы можете приобрести ПЛК, произведенный одной компанией в Китае, и блок ввода-вывода, произведенный другой компанией в Бразилии, и оба будут работать с напряжением 24 В постоянного тока.Стандартизация позволяет проектировщикам и инженерам экономить время, поскольку им не нужно искать различные источники питания или следить за тем, чтобы использовать правильное напряжение.Измерение электрического напряжения на контакторах в шкафу управления. Изображение предоставлено Unsplash.Напряжение: не просто произвольное числоКак видите, существует множество причин, по которым мы используем 24 вольта для сигнализации и управления устройствами. 24 В постоянного тока безопасны в работе, надежны в условиях сильных помех и позволяют использовать их на больших расстояниях.Хотя в некоторых ситуациях может потребоваться использование переменного напряжения, чаще всего предпочтительным методом является использование управляющего напряжения, например, 24 В постоянного тока. Как всегда, при работе с электрическими компонентами, ознакомьтесь с документацией и узнайте, какое напряжение питания требуется для ваших устройств.
