摘要：通过叙述某户外信号电子设备机柜具体设计过程中运用一些板金结构设计技巧，成功地兼顾了机柜通风、散热、吸潮、机壳IP防护以及电磁兼容各方面的要求，从而提出了户外机柜的具体设计方法，为户外机柜的结构设计提供了新思路。
关键词：户外机柜 IP防护 电磁兼容
Abstract：By describing the design techniques of sheet metal structure of an outdoor signal electronic equipment cabinet, the requirements for ventilation, heat dissipation, moisture absorption, ingress protection of the cabinet and electromagnetic compatible have been successfully taken into consideration. The specific design method of the outdoor cabinet is proposed, thereby, providing a new idea for the structural design of the outdoor cabinet.
Key words：Outdoor cabinet, Ingress Protection,Electromagnetic compatibility
随着铁路及城市轨道交通的飞速发展，户外铁路轨旁信号电子设备的种类也越来越多,电子设备对于户外机柜的要求很高,一方面，机柜要防水、防尘、通风散热、防凝露；另一方面，机柜要具有一定的限制轨旁电磁干扰的能力。鉴于此，在设计某户外信号电子设备机柜时，采用了某些特定的设计结构，可满足户外严酷的使用环境，同时能够满足设备自身的使用要求。
1某户外信号电子设备机柜的设计需求
根据某户外信号电子设备的功能性能要求以及户外使用环境，整理机柜设计需满足如下要求：
机柜要具有良好的耐腐蚀能力；机柜要具有良好的通风散热要求；机柜IP防护等级不低于IP55；机柜内具有防潮、防凝露措施；机柜应考虑电磁兼容设计。
2户外机柜设计的常用结构设计技巧
结构设计技巧是指在满足整机技术要求的前提下，使所设计的机柜结构简单、用料节省，有足够的强度和刚度、工艺性好，有巧妙的电磁屏蔽、防振、通风散热、防水密封等耐环境措施、造型美观、款式新颖、富于艺术性等。结构设计上可采取比如特定的板金结构、百叶窗、非贯通式通风孔、空气过滤网、发泡胶条等措施达到防尘防水效果；采用低热传导材料、空气隔离层、隔热材料填充、合理的空气流通通道、温控风扇等对机柜内进行通风散热；机柜内填充吸潮材料防止内部潮湿以及防止内部结构凝露，同时电子器件工作温升也起到降湿作用[1]。
户外轨旁机柜的电磁兼容设计的关键技术是机柜物理结构对电磁干扰的屏蔽效果。电磁屏蔽就是对两个空间区域之间用屏蔽体进行隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。所以机柜要达到最好的屏蔽效果，结构上要采取诸如结构材料采用金属材料、多层拦截、小且短的结构缝隙、较大结构缝隙采用导电材料填充、确保机柜外围结构件导电连续等措施[2]。
3户外机柜的设计方法
某户外机柜安装在铁路轨旁，铁路轨旁电磁干扰(EMI)主要有电力牵引交流输电网谐波干扰、行驶机车牵引高压直流输电谐波以及大气中各种无线电波干扰，其干扰频段在10～300 kHz的谐波以及300 kHz～300 MHz的射频和视频干扰。某户外机柜内部电子部件都具备相应的电磁兼容性能，机柜输入、输出都加装了浪涌保护器、电源滤波器等防护器件，因此对某户外信号设备电磁兼容性能来讲，只要切断周围环境中EMI与机柜之间的各类开孔、缝隙这些干扰通道，就可以保证机柜整体的电磁兼容性能。同时机柜的结构又要满足通风、隔热散热、防尘防水的要求，因此，确定某户外机柜按以下方法进行设计。
3.1机柜整体结构设计方法
户外机柜整体机构采用双层柜体结构，由顶盖、内柜体、外侧板，前后机柜门组成。机柜整体采用06Cr19Ni10不锈钢板制作。机柜的顶盖、外封板、机柜门的外侧壁进行粉末静电喷涂，形成的塑料覆盖层抗腐蚀能力强且耐磨性优良。此结构的机柜既满足散热、防潮要求，同时能满足户外机柜对IP防护等级以及电磁兼容的要求，且避免了机柜内形成潮湿环境的可能。户外机柜整体结构如图1所示。
图1 某户外机柜整体结构
3.2机柜外壳防护设计
内柜体为整体连续焊接的箱体。机柜门为四周折边的板体结构，其内侧固定衬板，衬板边缘上固接有聚酯发泡胶条，为矩形闭合环，与柜口折边对应。当柜门闭合时，柜口折边可以压紧聚酯发泡胶条，使得柜门处可防水防尘。
机柜顶部无开孔，侧面均为开孔向下的百叶窗孔，外侧通风孔与内侧换气孔在位置上未形成贯通孔，阻止了较大颗粒物入侵。另，双层机柜结构与导水过滤网罩配合使用，外界水只可能进入夹层中，进而通过下部孔洞排除，而无法进去机柜内部。如图2所示：
图2 换气孔局部示意图
通过以上设计，该双层机柜结构外壳防护等级可达IP55，满足户外使用要求。
3.3机柜通风与隔热设计
双层结构的柜体前后均设有柜门，柜门内侧衬板为单面开口的盒体结构，且开口侧与机柜门内侧固定连接，两者组成第一风腔。衬板的上端和下端分别设有第一出风孔和第一吸风孔，两者均为通孔。两块外封板，其为一侧开口的盒体结构，且两块外封板的开口侧分别与内柜体外侧的左侧壁和右侧壁固接，并组成两个第二风腔；外封板的上端和下端分别设有第二出风孔和第二吸风孔，两者均为通孔；顶盖，其为下端开口的盒体结构，且开口端与内柜体外侧顶端固接，两者形成第三风腔；顶盖外侧壁设有贯通顶盖的出风孔，顶盖下端还设有贯通顶盖的吸风孔，吸风孔的位置分别与第一出风孔和第二出风孔相对应。
通过以上设计，可使得柜内空气可与外界进行交换，可有效的降低柜内温度。
3.4机柜的防潮设计
为使得机柜内部可与外界进行空气交换，在外界空气潮湿时，难免会造成潮气进入机柜，空气湿度较大时，如在机柜内形成凝露，则可能影响元器件的正常工作，进而影响整个信号系统的性能。
因此，机柜结构设计时，在机柜内顶部安装了吸水性较好的木板，当空气湿度较大时，木板吸水可降低柜内空气湿度；当外界空气湿度降低时，木板中的水蒸发，使得木板可重复使用，并保证柜内不致产生凝露而影响系统可靠性。
3.5机柜电磁兼容设计
机柜的双层结构相当于电磁波两次进入屏蔽体，第二次进入屏蔽体时，电磁波已明显衰减，故该种双层结构可很大程度提高屏蔽效能[3]。
同时衬板上固接有导电胶条，导电胶条紧邻聚酯发泡胶条，为矩形闭合环，当机柜门关闭时，导电胶条可以与柜口折边接触。柜门上的导电胶条可在缝隙处实现电接触，实现导电的连续性，可防止缝隙电磁泄露，达到增强电磁屏蔽的效果。
4验证测试
机柜设计完成制造出一台样机，进行了室外太阳辐射下温度测试以及进行了机柜内顶部吸潮木板交变湿热试样，试验结果见表1、表2。
表1 室外太阳辐射机柜室外室内温度测试
表2 木板试样交变湿热试验结果
5结论
某户外信号机柜的双层结构的具有以下优势：其结构简单，维护方便。通过第一风腔、第二风腔及第三风腔形成围绕内柜体四周的散热风路，能够满足户外机柜对散热效果的要求。同时，通过防护罩、吸潮木板及机柜门的结构，能够满足户外机柜对IP防护等级的要求，且降低了机柜内潮湿环境和凝露的形成，此外，该双层结构的户外机柜还具有较强的防腐蚀性和电磁屏蔽的功能。
参考文献
[1]任清晨.电气控制柜设计制作-结构与工艺篇[M].北京：电子工业出版社，2014.
[2]杨显清，杨德强，潘锦.电磁兼容原理与技术[M].北京：电子工业出版社，2016.
[3]QJ3035-1998，电子机柜电磁屏蔽要求和测试方法[S].
论文作者:薛志远
论文发表刊物:《知识-力量》2中
论文发表时间:2018/9/18