IP防護等級定義

在IP防護體系中，IP代碼表明了外殼防止固體異物或水進入的防護等級及其附加信息。IP代碼組成：由IP代碼字母、第一位特征數字、第二位特征數字、附加字母、補充字母組成，不要求規定數字時，應由字母“X”代替。第一位特征數字即為防止固體進入與接近危險部件，第二位特征數字表示防止進水造成有害影響。

如IP54即表示防塵等級為5級，防水等級為4級。

散熱方案與防塵

內置空調散熱

機柜配備制冷系統,蒸發器和功率器件采用密閉的方式安裝在機柜內部,冷凝器和壓縮機放置在外循環風道,也可以放置柜體外。由于功率單元被密封在柜體內，只要采用合適的密封膠條就可以完全隔絕外界灰塵進入，因此功率單元防塵等級可以達到IP6X。這種形式的散熱方案可以使柜體維持在最佳工作溫度，但空調結構復雜，成本和使用能耗較大。

熱交換機散熱

采用熱交換器的機柜，門板四周采用密封條將柜內與柜外完全隔離，柜內空氣進行內循環，通過熱交換器和外界空氣進行熱交換，這種形式避免了灰塵進入柜體內部，能達到IP6X防護等級。但是由于柜內空氣和柜外空氣進行了二次換熱才能將功率單元的熱量傳導到柜外，柜內和柜外環境溫度始終存在一個溫度差，導致柜內電子器件的環境溫度較高，因此電子設備的失效率也大大增加。

強制風冷散熱

風扇強制風冷能適用于功率較大的電氣設備，安裝維護方便，相對其他散熱方式來說成本較低，因此在電氣機柜中被廣泛使用。同時由于強制風冷采用的是柜內柜外直通風的模式，外界的灰塵不可避免的會進入機柜內部，因此，機柜內風扇位置、進風口和出風口位置、功率器件布局，單板安裝方向、風道的暢通性都影響防塵效果。

以上幾種散熱方式，只有強制風冷散熱的機柜受灰塵影響比較大，需要重點考慮。

防塵設計

在強迫風冷結構中，顆粒的主要沉積機理為慣性沉積、布朗擴散沉積、湍流沉積以及靜電沉積，不同直徑粒子的沉降機理有所不同。電氣機柜合理的設計能大大減少灰塵的沉積，或者減少在關鍵器件上的沉積，盡量減小灰塵對機柜的影響。

進風口防塵網

根據機柜防塵要求，選用相應的防塵網材料。大多數電氣機柜可以選用聚氨酯發泡、聚丙烯絲織、聚酯合成纖維類的防塵網。其中G3/G4/F5（EN 779，分別對應計重法80%≤E<90%、90%≤E或比色法40%≤E<60%）等級的防塵網可以滿足防塵等級IP5X，過濾等級越高，防塵性能越好，但同時阻力也越大，因此需要綜合考慮使用的防塵網等級。另外，根據防塵試驗指標的要求，需要計算防塵網的更換或者維護周期，以免防塵網堵塞。

風速和風道設計

大顆粒灰塵在電氣機柜中主要以慣性沉積為主，即是沿著流線運動的顆粒不隨著流線在風道中阻擋結構上發生彎曲，而是由于慣性作用射向阻擋物表面發生沉積。它們對于風速比較敏感，風速越大，在進入防塵網之后與纖維碰撞的幾率增大。

在設計風道時，需要盡量避免各種擋板，轉角，橫向放置的單板和器件等等，這些障礙物都會受到大顆粒灰塵的撞擊，從而導致慣性沉積。

小顆粒灰塵(＜0.1μm)的行為模式主要是布朗擴散，在使用F6以上高等級防塵網的時候，風速不宜太大。因為風速降低之后，小顆粒灰塵在防塵網中滯留的時間變長，隨著布朗運動的擴散，就會有更多的機會撞擊防塵網，從而被防塵網捕獲。

進入機柜以后的灰塵顆粒，主要受到空氣流場的作用而隨著氣流運動，另外由于機柜內有電場的存在，會使灰塵發生荷電，因此也會受到電場力的影響，再加上重力的影響，這三種力量決定了灰塵顆粒的運動特性。對于受到風道內障礙物的阻擋或者粒子相互撞擊而脫離氣流的灰塵顆粒，大顆粒主要受重力的影響而向下沉積，因此在機柜內，不宜將對灰塵敏感器件水平安裝，防止沉積的灰塵對其造成影響。小顆粒更容易受到電場力的影響而隨著電場方向運動。交流電場中產生的電場力方向不斷改變，其作用在一段時間的總體效果為0。而直流電場產生的電場力方向始終不變，其作用效果顯著，因此在單板上直流電路，直流器件的針腳和直流線纜上常常會附著較多的小灰塵顆粒，在防塵設計時需重點防護這些位置。

分級防護

對灰塵不敏感而又發熱量大的器件，比如電感，變壓器等，可以放置在風道內，加上散熱器、風扇，形成一個低防護、高效散熱的風道。而對于敏感器件，可以放置在機柜內獨立的密閉空間，他們的連接線纜可以采用毛刷或塔形橡膠密封件進行密封。這樣在柜內形成一個IP6X的防護區域，滿足了敏感器件的高防護要求。相對內置空調散熱、熱交換器散熱、液冷散熱來說，強制風冷散熱加分級防護運行穩定可靠、維護便利、成本低。

電氣機柜的應用環境各不相同，因此就要求結構設計人員了解設備的工作環境以及工作環境空間顆粒類型和分布情況，進行針對性設計，同時結構人員還需要掌握風量和風速的計算、不同防塵網的應用場合及其所能達到的防塵效果、風道采用吹風或抽風時對機柜縫隙的密封處理技術、結構布局對灰塵沉積的影響因素等知識。