為實現(xiàn)5G,電子制造商需要生產(chǎn)新的器件來支持5G網(wǎng)絡(luò)。下一代網(wǎng)絡(luò)需要更快、更可靠、更安全。
什么是HV(高壓)?
全球電氣標準協(xié)會以不同的方式定義高壓。例如,IEC(國際電工委員會)、IET和IEEE將HV定義為高于1000 VAC或1500 VDC的任何電壓;在區(qū)分大于或小于600V的電壓時,2011年的美國國家電氣規(guī)范對HV沒有固定值。在不同國家工作的工程師在設(shè)計應(yīng)用程序時必須考慮當?shù)睾蛧覙藴省?/p>
電力通常在高電壓和低電流(安培數(shù))下遠距離傳輸。其主要目的是通過最小化由導(dǎo)體中的高電阻和I2R加熱引起的損耗來提高效率。因此,電力可以使用更薄的導(dǎo)體進行遠距離傳輸。另一方面,大電流下的電力傳輸將需要更大的導(dǎo)體,這使該過程變得非常昂貴。高壓的一些重要應(yīng)用包括配電網(wǎng)、粒子科學(xué)研究、陰極射線管和放大器真空管。
什么是LV(低壓)?
和高壓一樣,LV(低壓)也是一個相對分類。IEC認為低電壓是50至1000 V交流電或120至1500 V直流電。在配電系統(tǒng)中,低電壓指在家用和輕工業(yè)/商業(yè)應(yīng)用中使用的電源電壓,可以是100到240V交流電。電氣設(shè)備、LED燈、風扇和個人計算機可以看作是低壓設(shè)備。低壓的重要工業(yè)應(yīng)用包括軸流和徑向風機、離心和半潛式泵、冷卻器和銑床。
高低電壓工作
確定電壓水平的正確使用以允許工程師設(shè)計高效安全的設(shè)備和裝置。在較高電壓下工作的三個基本考慮因素涉及:物理尺寸;無源元件;連接器和電纜。
物理尺寸
在設(shè)計高壓系統(tǒng)時,導(dǎo)體間距是一個重要的考慮因素?;镜摹敖?jīng)驗法則”是允許空氣中介電強度為每英寸7.5 kV至10 kV。工程師必須確定的兩個基本變量是間隙和爬電距離。間隙是導(dǎo)體與地面之間的最短距離,通過絕緣介質(zhì)測量。爬電距離是沿著絕緣材料表面測量的兩個導(dǎo)體之間的最短距離。對于防止電弧和閃絡(luò)等危險,最小化爬電距離至關(guān)重要。為確定導(dǎo)體的理想間距,我們將均方根(RMS)電壓乘以3。工程師可在其設(shè)計中使用IEC指南和規(guī)范。
無源元件
設(shè)計高壓系統(tǒng)的工程師通常比設(shè)計低壓系統(tǒng)的工程師更關(guān)心與他們一起工作的無源元件(如電阻、電容器和開關(guān)設(shè)備)的容差和最大電壓額定值,因為低壓系統(tǒng)很少讓元件承受更高的電壓。在高壓設(shè)計中,選擇具有更高最大額定電壓值的無源元件可以防止過早甚至是災(zāi)難性的故障。為了安全起見,工程師必須選擇安全系數(shù)比預(yù)期最大電壓大幾倍的器件。
連接器和電纜
連接器和電纜連接提供電氣設(shè)備的各個器件之間的連接。為了設(shè)計最佳的電氣布線布局,工程師必須再次考慮爬電距離和間隙。此外,在為高壓裝置選擇無源元件時,設(shè)計人員必須選擇具有足夠最大額定電壓的電纜,以避免過熱和絕緣擊穿等問題。
高壓和低壓的重要安全考慮
在高壓和/或低壓應(yīng)用中保持高度安全對于防止危險工作場所、電氣設(shè)備損壞和生命損失至關(guān)重要。當不嚴格遵守標準安全預(yù)防措施時,高低壓都是危險的。例如,暴露在220伏交流電可以誘發(fā)房顫,而高壓電擊可能對人體重要的內(nèi)臟器官造成生理損害。能源最常見的危險方式是通過接觸或電弧。前者發(fā)生在人體接觸裸導(dǎo)體時;后者發(fā)生在人體距離電氣設(shè)備很近,特別是當通過周圍空氣發(fā)生高壓放電時。帶電接觸可導(dǎo)致觸電死亡,而電弧會導(dǎo)致嚴重燒傷。
為了最大限度地減少在低電壓和高電壓下工作時的接觸發(fā)生率,工程師必須使用適當?shù)念~定部件,保持裝置和工作場所不受潮,使用適當?shù)膫€人防護設(shè)備,并在不使用電源時隔離電源(即使用行業(yè)安全程序,例如“鎖定,掛牌”)。工程師可以通過使用過電流保護裝置來防止電弧放電,例如斷路器和在異常條件下快速打開電路的保險絲。同樣重要的是切斷設(shè)備的電源,并在所有高壓裝置上證明已關(guān)閉,以確保雜散電流不會釋放到周圍的空氣中。
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