Шкафы монтажные

Шкафы монтажные: классификация, конструкция, применение и правила выбора

Шкаф монтажный (ШМ) представляет собой унифицированную металлическую конструкцию, предназначенную для компактного размещения, защиты и организации электротехнического и слаботочного оборудования, аппаратов управления, приборов учета, клеммников, устройств автоматики и телемеханики. Основное функциональное назначение – создание безопасной и упорядоченной среды для монтажа аппаратуры, обеспечение ее механической защиты, экранирования от электромагнитных помех, а также защита персонала от поражения электрическим током и доступа к токоведущим частям. Шкафы являются неотъемлемым элементом структурированных кабельных систем, систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП), распределительных сетей низкого напряжения и систем связи.

Классификация и типы монтажных шкафов

Классификация шкафов осуществляется по ряду ключевых признаков, определяющих их конструктивное исполнение, назначение и условия эксплуатации.

1. По назначению и конструктивному исполнению:

• Шкафы навесные: Монтируются на вертикальные поверхности (стены, колонны, стойки) с помощью крепежных элементов. Характеризуются относительно небольшой глубиной (от 200 до 600 мм). Применяются для размещения ограниченного количества аппаратуры, клеммных блоков, устройств управления отдельными агрегатами.
• Шкафы напольные: Устанавливаются непосредственно на пол или на подготовленный фундамент. Обладают большими габаритами, глубиной и нагрузочной способностью. Предназначены для размещения сложных комплексов аппаратуры, крупногабаритных устройств (частотных преобразователей, блоков питания), систем вентиляции и кондиционирования. Часто выполняются в виде сборных конструкций из нескольких секций.
• Шкафы стоечные (телекоммуникационные стойки/шкафы): Имеют стандартизированную ширину (чаще 19 или 24 дюйма) и крепежные отверстия с шагом в единицах высоты (U или Юнит, 1U = 44.45 мм). Предназначены для монтажа серверного, сетевого, телекоммуникационного оборудования в стандартных корпусах. Комплектуются панелями, органайзерами для кабелей, системами охлаждения.
• Шкафы для клеммников (клеммные шкафы): Специализированные шкафы, основное внутреннее пространство которых занято монтажными панелями (DIN-рейками) для установки клеммных блоков. Играют ключевую роль в организации точек коммутации и распределения цепей в промышленных системах автоматизации.

2. По степени защиты (IP/IК):

Класс защиты оболочки по ГОСТ IEC 60529 (международный стандарт IP) и ГОСТ IEC 62262 (степень защиты от механических воздействий IK) является критически важным параметром.

Код IP	Защита от проникновения твердых тел	Защита от проникновения воды	Типовые области применения
IP20	Защита от пальцев и предметов диаметром >12.5 мм	Без защиты	Отапливаемые сухие помещения, электрощитовые, помещения с кондиционированием.
IP30	Защита от инструментов и проволоки диаметром >2.5 мм	Без защиты	Промышленные цеха с нормальной влажностью.
IP54	Защита от пыли (частичное проникновение без вреда)	Защита от брызг воды со всех направлений	Помещения с повышенной влажностью, запыленностью, наружная установка под навесом.
IP65 / IP66	Полная пыленепроницаемость	Защита от струй воды (IP65) или сильных струй (IP66)	Наружная установка, помещения с возможностью прямого попадания воды, мойки, пищевое производство.
IP67	Полная пыленепроницаемость	Защита от кратковременного погружения в воду	Установка в грунт, зоны с риском затопления.

3. По материалу и конструкции корпуса:

• Металлические (стальные): Наиболее распространенный тип. Изготавливаются из холоднокатаной или оцинкованной стали толщиной 0.8–2.0 мм. Обеспечивают высокую механическую прочность, электромагнитное экранирование (EMI/RFI), пожаробезопасность. Требуют обязательного заземления.
• Из нержавеющей стали (AISI 304, 316): Применяются в агрессивных средах (химическая, пищевая, фармацевтическая промышленность), помещениях с высокой влажностью и требованиями к стерильности.
• Пластиковые (поликарбонат, полиэстер): Обладают высокой коррозионной стойкостью, малым весом, диэлектрическими свойствами. Применяются в слаботочных системах, в условиях химической агрессии, на объектах с повышенными требованиями к электробезопасности. Могут иметь ограничения по пожарной безопасности и механической прочности.

Конструктивные элементы и комплектация

Современный монтажный шкаф представляет собой модульную систему, состоящую из следующих базовых элементов:

• Рама (каркас): Несущая конструкция, определяющая габариты и жесткость шкафа. Выполняется из профилированной стали.
• Двери: Одно- или двухстворчатые. Могут быть глухими или со вставками из прозрачного поликарбоната для визуального контроля. Оборудуются замками (механическими, цилиндровыми, сейфовыми) и уплотнителями по периметру (для классов IP54 и выше).
• Боковые и задние стенки: Съемные или стационарные. Съемные панели облегчают монтаж и обслуживание.
• Внутренние монтажные панели (платы): Вертикальные или горизонтальные стальные листы, на которые непосредственно монтируется оборудование. Часто перфорированы для гибкости крепления.
• DIN-рейки: Стандартные металлические профили шириной 35 мм (реже 15 мм) для быстрого монтажа модульной аппаратуры (автоматические выключатели, реле, клеммы, УЗО, контроллеры).
• Крыша и основание (дно): Могут иметь отверстия для ввода кабелей, которые комплектуются сальниками или гибкими вводными муфтами для обеспечения степени защиты.
• Система кабельного ввода/вывода: Включает перфорированные зоны с выламываемыми заглушками или специализированные модульные системы (кабельные вводные пластины, шлейфовые коробки).
• Система заземления: Главная заземляющая шина (ГЗШ), установленная внутри шкафа, и шина защитного заземления на дверце для обеспечения непрерывности цепи заземления.
• Вспомогательные компоненты: Органайзеры для кабелей, держатели предохранителей, светильники внутреннего освещения, розетки 220В, вентиляторы, системы кондиционирования, обогреватели для предотвращения конденсата.

Критерии выбора монтажного шкафа

Выбор конкретной модели шкафа осуществляется на основе технического задания и анализа условий эксплуатации. Алгоритм выбора включает следующие этапы:

1. Определение габаритных размеров и конфигурации:
   • Расчет необходимого внутреннего объема на основе габаритов всего устанавливаемого оборудования с учетом запаса не менее 20-30% для будущей модернизации и обеспечения нормативной воздушной циркуляции.
   • Определение высоты, ширины и глубины в стандартных единицах (мм или U для стоечных шкафов).
   • Выбор между навесным и напольным исполнением.
2. Анализ условий окружающей среды:
   • Температурный диапазон.
   • Наличие пыли, влаги, агрессивных паров.
   • Риск прямого попадания воды или механических воздействий.
   • На основании этого выбирается класс защиты IP и материал корпуса.
3. Оценка электромагнитной обстановки: При наличии чувствительной электроники или источников сильных помех требуется шкаф с высокой степенью экранирования (EMI-gasket на дверях, специальные фильтры для кабельных вводов).
4. Определение требований к теплоотводу:
   • Расчет тепловыделения всего оборудования (в Ваттах).
   • Выбор системы охлаждения: естественная вентиляция (перфорация), принудительная вентиляция (вентиляторы с фильтрами), кондиционер или теплообменник.
5. Требования к монтажу и обслуживанию:
   • Наличие съемных боковин и дверей.
   • Ширина монтажной панели (часто отличается от общей ширины шкафа).
   • Наличие и количество DIN-реек.
   • Тип и расположение кабельных вводов.
6. Нормативное соответствие: Соответствие требованиям национальных стандартов (ГОСТ, ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования»), а также отраслевым стандартам (для взрывоопасных зон – шкафы во взрывозащищенном исполнении).

Правила монтажа и эксплуатации

Монтаж и эксплуатация шкафов должны осуществляться в строгом соответствии с ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), инструкциями производителя и проектной документацией.

Основные правила монтажа:

• Установка производится на прочное, ровное, негорючее основание. Для напольных шкафов часто требуется фундамент.
• Необходимо обеспечить свободный доступ к шкафу для обслуживания (не менее 0.8-1.0 метра спереди).
• Все входящие и исходящие кабели должны быть маркированы. Ввод кабелей осуществляется, как правило, снизу, с использованием штатных мест ввода и сальников для сохранения степени защиты IP.
• Внутри шкафа кабели должны быть аккуратно уложены и зафиксированы стяжками на кабельных органайзерах. Силовые и контрольные кабели должны быть разделены.
• Оборудование внутри шкафа монтируется согласно монтажной схеме. Все аппараты должны быть надежно закреплены на DIN-рейках или монтажных панелях.
• Обязательным является выполнение защитного заземления. Корпус шкафа и все металлические элементы должны быть соединены с главной заземляющей шиной (ГЗШ) проводом защитного заземления сечением, определенным ПУЭ.
• Перед подачей напряжения необходимо проверить отсутствие коротких замыканий, качество изоляции и правильность всех соединений.

Эксплуатация и техническое обслуживание:

• Периодический визуальный контроль состояния шкафа, целостности пломб и замков.
• Очистка вентиляционных решеток и фильтров от пыли.
• Контроль работы систем вентиляции и кондиционирования.
• Проверка затяжки силовых и заземляющих соединений (по регламенту, обычно раз в 1-3 года).
• Контроль отсутствия конденсата внутри шкафа.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Чем отличается монтажный шкаф (ШМ) от распределительного шкафа (ШР) или щита управления (ЩУ)?

Ответ: Эти понятия часто пересекаются, но есть ключевое отличие по назначению. Монтажный шкаф (ШМ) – это, прежде всего, универсальная оболочка, «пустой ящик» для размещения самого разного оборудования. Распределительный шкаф (ШР) – это законченное устройство, собранное в шкафу, основная функция которого – распределение электроэнергии и защита линий (вводные автоматы, групповые автоматы, УЗО). Щит управления (ЩУ) – также законченное устройство, но его основная функция – управление технологическим процессом (контроллеры, реле, элементы индикации). Таким образом, ШР и ЩУ часто собираются внутри типовых монтажных шкафов.

Вопрос: Как правильно рассчитать необходимый размер шкафа?

Ответ: Необходимо составить план размещения всего оборудования на монтажной панели в масштабе. Учесть габариты каждого устройства (в т.ч. его монтажную длину на DIN-рейке в модулях, где 1 модуль = 17.5 мм), требуемые зазоры для охлаждения (указаны в паспортах на оборудование), пространство для организации кабелей (боковые и верхние/нижние кабельные отсеки). К полученному объему добавить минимум 20-30% резерва. Стандартные высоты: 600, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2200 мм.

Вопрос: Нужен ли кондиционер в шкафу, если суммарное тепловыделение оборудования составляет 500 Вт?

Ответ: Решение зависит от температуры окружающей среды и требуемой температуры внутри шкафа. Для большинства электронных компонентов допустима температура до +55°C. При установке в кондиционируемом помещении с температурой +25°C может быть достаточно принудительной вентиляции. Если шкаф стоит в цеху с температурой +35°C, то естественного или принудительного охлаждения может не хватить. Точный расчет производится по формуле: Q = P

• k, где Q – необходимая холодильная мощность (Вт), P – суммарные теплопоступления (Вт), k – коэффициент запаса (1.2-1.5). Для 500 Вт в жаркой среде может потребоваться кондиционер мощностью 600-800 Вт.

Вопрос: Можно ли увеличить степень защиты IP20 шкафа до IP54 самостоятельно?

Ответ: В большинстве случаев – нет. Шкаф IP54 имеет конструктивные отличия: уплотнительные профили по периметру двери и крышки, специальные герметичные кабельные вводы (сальники), отсутствие перфорации для естественной вентиляции, а часто и литой дверной профиль. Попытка модификации шкафа IP20 путем наклейки уплотнителей не даст гарантированного результата и может нарушить сертификацию изделия.

Вопрос: Как выбрать между стальным и пластиковым шкафом?

Ответ: Стальной шкаф выбирают, когда требуется: высокая механическая прочность, электромагнитное экранирование, пожаробезопасность, монтаж тяжелого оборудования, необходимость заземления корпуса. Пластиковый шкаф предпочтителен для: слаботочных систем (связь, сигнализация), химически агрессивных сред (бассейны, животноводческие комплексы), помещений с высокой влажностью, а также когда важны малый вес и диэлектрические свойства корпуса (дополнительная безопасность).

Вопрос: Обязательно ли заземлять металлический монтажный шкаф?

Ответ: Да, это обязательное требование ПУЭ (п. 1.7.61). Все открытые проводящие части электроустановки, к которым относится и металлический корпус шкафа, должны быть присоединены к системе защитного заземления. Это обеспечивает защиту от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции и попадания напряжения на корпус. Заземление выполняется проводом с сечением, не меньшим, чем у фазного проводника питающей линии, с помощью надежного болтового соединения к специальной заземляющей шине внутри шкафа или к корпусу в предусмотренном для этого месте.