Системы управлением микроклиматом в электрошкафах

2020-10-17 Промышленное  Комментариев нет

Системы управлением микроклиматом в электрошкафах обеспечивают надежную и долговременную работу оборудования, позволяя поддерживать необходимую рабочую температуру и предотвращая образование повышенной влажности. При этом, еще на этапе проектирования, необходимо учитывать все факторы, которые могут повлиять на нормальную, безотказную работу щитового электрооборудования, такие как тепловыделение самих компонентов системы, температура окружающей среды, климатические условия, в которых будет эксплуатироваться оборудование и т.д.

Отказ от систем климат-контроля или неправильный выбор может привести к перегреву, переохлаждению, образованию конденсата и коррозии. В случае постоянного воздействия этих негативных факторов это неизбежно повлечет за собой сокращение срока эксплуатации оборудования и ухудшения рабочих характеристик, а возможно даже неисправности, учитывая тот факт, что в современных электрощитах зачастую применяется оборудование, содержащее полупроводниковые элементы, для которых перегрев не только нежелателен, но и может повлечь за собой выход из строя. Также как и окисление контактов, в следствии образования конденсата, явно не способствует продолжительной и безаварийной работе.

Особое внимание стоит уделить планированию систем поддержания микроклимата там, где используются устройства с повышенным тепловыделением ( частотные преобразователи, сервоприводы, софтстартеры, тиристорные регуляторы).

Для понимания того, какой вид теплоотвода будет применяться (естественная конвекция, принудительное охлаждение), необходимо правильно рассчитать теплоотдачу — уровень тепла, излучаемого электротехническим шкафом:

Ps = k x A x ΔT

  • k — коэффициент теплоотдачи металла, из которого изготовлен корпус шкафа
  • A — эффективная площадь поверхности электрошкафа
  • ΔT- разность между внутренней и наружной температурами

Коэффициент теплоотдачи, в зависимости от материала шкафа, может быть следующим:

Материал Коэффициент теплоотдачи
Листовая сталь 5,5 Вт/м2 K
Нержавеющая сталь 5,5 Вт/м2 K
Алюминий 12,0 Вт/м2 K
Пластик 3,5 Вт/м2 K

Эффективную площадь поверхности можно рассчитать по формулам:

Тип установки Формула для расчета S

Один шкаф, свободно стоящий

S = 1,8 х H х (W + D) + 1,4 х W х D

Один шкаф, монтируемый на стену

S = 1,4 х W х (H + D) + 1,8 х D х H

Крайний шкаф свободно стоящего ряда

S = 1,4 х P х (H + W) + 1,8 х W х H

Крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену

S = 1,4 х H х (W + D) + 1,4 х W х D

Не крайний шкаф свободно стоящего ряда

S = 1,8 х W х H + 1,4 х W х D + D х H

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену

S = 1,4 х W х (H + D) + D х H

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену, под козырьком

S = 1,4 х W х H + 0,7 х W х D + D х H
  • H = Высота
  • W = Ширина
  • D = Глубина

ΔT= Ti – Ta

  • Ti — внутренняя температура шкафа
  • Ta — температура окружающей среды

Температуру внутри шкафа определяем по следующей формуле Ti = Qv * k * A + Ta

  • Ti — внутренняя температура шкафа
  • Qv — тепловыделение оборудования, установленного в шкафу
  • k — коэффициент теплоотдачи металла, из которого изготовлен корпус шкафа
  • A — эффективная площадь поверхности электрошкафа
  • Ta — температура окружающей среды

Тепловыделение оборудования вычисляется как суммарное значение всех электроприборов, установленных в шкафу. Тепловые потери обычно указываются в технических характеристиках электрооборудования, если это не так, то принимаем потери, равными 10% от общей мощности, которая также должна быть указана в паспорте.

В зависимости от расчета внутренней температуры, требуемой средней температуры шкафа и температуры окружающей среды, уровня теплоотдачи, можно уже говорить о том, насколько оптимальна эта температура для установленного в нем электрооборудования, какой тип поддержания микроклимата нам необходим (охлаждение, обогрев), или достаточно естественной конвекции.

Если температура внутри шкафа превышает температуру окружающего воздуха на 25 градусов, то достаточно будет естественной конвекции, в случае, если температура внутри выше наружней на 10 градусов, то потребуется охлаждение вентилятором и соответственно, если внешняя температура превышает температуру внутри шкафа, то необходимо применять обогрев.

Считается, что средняя рабочая температура,  дающая оптимальный баланс между сроком службы компонентов и затратами на охлаждение шкафа, составляет около 35 °C.

В принципе этими расчетами не обязательно заниматься вручную, можно воспользоваться специализированным ПО фирм, которые занимаются выпуском климатического оборудования для электротехнических шкафов. В частности Pfannenberg Sizing Software можно скачать с официального сайта компании Pfannenberg, или Therm компании Rittal.

После того, как мы определились с тем, какая система  необходима, выбираем необходимое нам решение. В качестве основного оборудования, используемого в электрошкафах для поддержания климат-контроля, чаще всего применяются вентиляционные решетки, вентиляторы, нагреватели, термостаты, гигростаты, фильтры, хотя может возникнуть необходимость в применении теплообменников или кондиционеров воздуха.

Вентиляторы

Вентиляторы с установленными воздушными фильтрами являются наиболее распространенным средством для организации принудительной вентиляции воздуха. В большинстве случаев такого решения вполне достаточно для отвода тепла от работающего оборудования. При этом для эффективной работы приточной вентиляции необходимо соблюдать ряд условий:

  • Вентиляторы должны устанавливаться на подачу воздуха, для создания избыточного давления.
  • Рекомендуется устанавливать вентиляторы в нижней части шкафа, а в верхней устанавливать выпускные решетки с фильтром. Это предотвращает образование теплых зон в верхней части электрошкафа. Использование выпускных фильтров такого же размера, что и вентилятор с фильтром уменьшает производительность вентилятора на 25-30%. Поэтому желательно выбирать размер выпускных фильтров на один размер больше из модельного ряда, либо использовать два фильтра.
  • Для управления вентиляторами использовать термостаты. Это способствует повышению срока службы вентиляторов и обеспечит дополнительную экономию электроэнергии.

Для правильного выбора вентилятора нам нужно провести расчет необходимого потока воздуха:

V = f * Pv/ΔT

  • V — воздушный поток, создаваемый вентилятором с фильтром (м3/ч)
  • f — коэффициент зависимости от высоты местности над уровнем моря
  1. 0-100м — 3,1
  2. 100-250м — 3,2
  3. 250-500м — 3,3
  4. 500-750м — 3,4
  5. 750-1000м — 3,5
  • Pv — мощность рассеивания. Тепловая энергия, образующаяся от нагревания работающего электрооборудования
  • ΔT — разность между внутренней и наружной температурами

Нагреватели

Нагреватели обеспечивают необходимый температурный режим электрошкафа и предотвращают образование конденсата, препятствуя тем самым образованию коррозии токоведущих частей электрооборудования.

В основе лежит нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом PTC (позистор), сопротивление которого зависит от температуры. При повышении температуры увеличивается сопротивление нагревательного элемента, соответственно понижается мощность, таким образом происходит саморегулирование нагревателя. Благодаря этому исключается перегрев и выход из строя нагревателя, снижается энергопотребление.

Как и в случае приточной вентиляции, для эффективной работы системы обогрева необходимо учитывать ряд условий:

  • Корпус нагревателя представляет алюминиевый радиатор, который при работе может значительно нагреваться, поэтому необходимо между нагревателем и оборудованием электрошкафа оставлять свободное пространство.
  • Не устанавливать над нагревателем крупногабаритных элементов, которые будут препятствовать естественной конвекции.
  • Для равномерного распределения температур обогреватель желательно размещать в нижней части шкафа.
  • Для обеспечения нормального процесса естественной конвекции воздуха электронагреватели должны устанавливаться только в вертикальном положении.
  • Для управления нагревателями использовать термостаты.

Основным критерием выбора нагревателя является необходимая мощность. Рассчитывается она по формуле P = Pv – A x k x ΔT

  • P — расчетная мощность обогрева (Вт)
  • Pv — мощность рассеивания. Тепловая энергия, образующаяся от нагревания работающего электрооборудования
  • A — эффективная площадь поверхности электрошкафа
  • k — коэффициент теплоотдачи металла, из которого изготовлен корпус шкафа
  • ΔT — разность между внутренней и наружной температурами

Термостаты

Теромостат

Термостаты служат как устройства регулирования и поддержания температуры в системах управления микроклиматом и используются совместно с вентиляторами и нагревателями.

Основой конструкции термостата является биметаллическая пластина, которая под действием температуры деформируется и замыкает либо размыкает контакты, в зависимости от типа термостата. Термостаты с NO (нормально-разомкнутыми) контактами используются для работы с вентиляторами

Подключение термостата

с NС (нормально-замкнутыми) контактами — с нагревателями.

Подключение термостата

Обычно их можно легко различить по цвету регулятора, либо нанесенной на регулятор шкалы задания уставки — с синей для вентиляторов, с красной для электронагревателей. Также могут применяться сдвоенные термостаты, представляющие два независимо переключающихся термостата.

Помимо простых электромеханических, могут также использоваться электронные термостаты, которые выгодно отличаются меньшей погрешностью срабатывания благодаря встроенному датчику с положительным температурным коэффициентом, правда для его работы необходим дополнительный блок питания на 24 В.

Устанавливать в щите термостаты рекомендуется в верхней части, подальше от нагревательных приборов и других источников тепла.

Гигростаты

гигростат

Гигростаты применяются для измерения относительной влажности воздуха внутри электрошкафа, благодаря чему предотвращается выпадения конденсата и замерзание. Могут применяться как при работе с нагревателями для осушения,так и с вентиляторами для испарения влаги. Также как термостаты могут быть либо электромеханическими, либо электронными и иметь либо одну пару контактов (NO, NС), либо перекидной контакт.

Схема подключения гигростатов точно такая же, как и термостатов.

схема подключения гигростата

Решетки с фильтрами для вентиляторов

Решетки с фильтрами рекомендуется использовать для защиты вентиляторов от попадания посторонних предметов и пыли. Благодаря этому увеличивается срок службы, сокращаются расходы на дополнительное обслуживание вентиляторов, при этом пропускная способность снижается незначительно. Периодически фильтры необходимо чистить и менять.

Могут изготавливаться из ABS-пластика, либо из металла. Габаритные размеры вентиляционных решеток выбираются в зависимости от размеров вентилятора.

Помимо этого наиболее часто используемого оборудования, в электрошкафах для поддержания микроклимата могут применяться и более дорогостоящие решения, образующие замкнутый контур охлаждения, такие как теплообменники «воздух-воздух», «воздух-вода», кондиционеры воздуха, чиллеры. Их применение обычно обусловлено жесткими условиями эксплуатации электрооборудования — высокими температурами, невозможностью охлаждения с помощью окружающего воздуха, наличием в воздухе твердых частиц, агрессивных химических веществ, сильной загрязненностью наружнего воздуха.

 

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Яндекс

Комментарии

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>