Как охладить шкаф управления

Обновлено: 29.04.2024

Частый вопрос - как рассчитать охлаждение электрошкафа? С одной стороны - это комплексный вопрос, с другой, есть две простые формулы, которые позволяют определить необходимое охлаждение электрошкафа через расчёт изменения температуры.

Большинство электронных приборов и компонентов при своей работе выделяют избыточное тепло. Чем опасен перегрев - перегрев электронных компонентов приводит к их ускоренной деградации с последующим выходом из строя. Так как температура большинства электронных компонентов ограничена до 70°C, максимальная температура охлаждающего воздуха, окружающего преобразователь (температура окружающей среды) или подаваемого в него (охлаждающий воздух), ограничена до 50°C. Для некоторых типов устройств и приложений граница составляет 40°C. Стандартно эта информация указана в руководстве по эксплуатации и в технических параметрах устройств. Также отметим, что внутренняя переходная температура между электронными компонентами и радиатором приблизительно находится между 125°C и 150°C.

Как может быть реализовано охлаждения электрошкафа?

конвекционное охлаждение
принудительное воздушное охлаждение шкафа
принудительное воздушное охлаждение через вентиляционные каналы
жидкостное охлаждение
охлаждение с помощью теплообменников и кондиционеров

Какие данные необходимы для расчета охлаждения?

Выделяемая тепловая энергия при полной нагрузке
(= температура окружающей среды внутри электрошкафа).
Максимальная температура воздуха вне электрошкафа или температура подаваемого в электрошкаф воздуха.
Данные расчетов изменения температуры.

Общая мощность тепловых потерь

Общая мощность тепловых потерь - это сумма всех потерь энергии в электрошкафу. Оно должно учитывать все находящиеся в электрошкафу устройства, излучающие тепло, к примеру, трансформаторы, дроссели, блоки питания, преобразователи со всеми принадлежностями и т. д.

Тепловые потери преобразователя

КПД преобразователя указывается равным 97% или 95% – 97%. Но эти данные относятся не к указанной в справочнике “мощности привода”, а к используемой преобразователем электроэнергии.

Например, преобразователь 7,5 кВт с двигателем 7,5 кВт отдает 7,5 кВт механической энергии на валу.

Но по физическим причинам возникают механические и электрические потери в силовой системе привода (преобразователь двигатель механика). Поэтому мощность преобразователя на 7,5 кВт механической мощности равна приблизительно от 9 до 10 кВт электрической (около 10-12 кВА).

Также, к сожалению, не всегда для каждого преобразователя или его опции доступны данные по тепловыделению.

Если данные отсутствуют, то за величину потерь при полной нагрузке преобразователя можно взять 6% от номинального значения в кВт.

Для нагрузок ниже полной могут использоваться пропорциональные полной нагрузке значения, но не ниже 25% от потерь при полной нагрузке .

У преобразователей низкой мощности (ниже 1 кВт) потери выше.
Потери у преобразователей со встроенными или без встроенных фильтров практически идентичны.

Тепловыделение от комплектующих

Преобразователи часто комплектуются входными или выходными дросселями. Тепловыделение этих компонентов также должны быть включены в общее тепловыделение электрошкафа (вместе с другим оборудованием).

И здесь тепловыделение для режима частичной нагрузки может быть рассчитаны заново, но уже не ниже 50% .

Если в электрошкафу установлены тормозные резисторы, то их тепловыделение (в зависимости от нагрузочного цикла) в обязательном порядке должно быть учтено в вычислениях! А лучший вариант вынести тормозные резисторы на крышу шкафа.

Для расчёта необходимо знать мощность потерь для всех компонентов электрошкафа:

Определение температуры в помещении и температуры охлаждающего воздуха

Важно определить температуру воздуха, поступающего в электрошкаф. Необходимо учитывать время года, инсоляцию и другое оборудование. Значения температуры на большой производстве, на котором в летний период работает всё оборудование, могут кардинально отличаться от таковых в зимний период.

Собственно необходимо рассчитать прирост температуры.

Для расчета прироста температуры в электрошкафу можно использовать две простые формулы.

Формула для шкафа с конвекционным охлаждением (естественное охлаждение)

Если внешний воздух в электрошкаф не подается и если охлаждающий вентилятор для воздухообмена в электрошкафу не установлен, то прирост температуры может быть рассчитан из общей мощности тепловыделения излучаемой в электрошкафу и облучаемой поверхности электрошкафа следующим образом:

Система охлаждения электрического шкафа: полное руководство по часто задаваемым вопросам

Зачем вам нужна система охлаждения электрического шкафа?

1. Контроля максимальной внутренней температуры шкафа до рекомендуемого порога

2. Удаления доступа тепла из электрического шкафа. Избыточное тепло может исходить из окружающей среды или рассеиваться электронными компонентами.

3. Уменьшения выхода из строя компонентов из-за чрезмерного нагрева

4. Более низкой стоимости эксплуатации электрических шкафов и систем

5. Предотвращения выхода из строя, вызванного перегревом

6. Увеличения срока службы электронных компонентов

7. Исключения возможности возникновения пожара из-за перегрева

Кроме того, в процессе охлаждения электрического шкафа вы защитите его от грязи, агрессивных паров, мусора и т. д.

В конечном итоге вы сэкономите деньги и время, а значит, оптимизируете операции.

Как полностью интегрировать электрические шкафы с системами охлаждения?

Существует множество систем охлаждения электрических шкафов и аксессуаров, таких как кондиционеры, вентиляторы, системы вентиляции с фильтрами, вихревые охладители и т. д.

Поэтому, объединяя электрический шкаф с системой охлаждения, вы должны выбрать набор аксессуаров, которые оптимально отводят излишки тепла от шкафа.

Для этого необходимо учитывать такие факторы как:

Сертификация система охлаждения корпуса
Система охлаждения, гарантирующая оптимальную производительность
Тепловая нагрузка электрического шкафа
Автоматизация (при необходимости) с возможностью управления всеми / некоторыми операциями удаленно или автоматически
Охлаждение и защита корпуса от попадания грязи или воды
Понимая окружающую среду, вы можете выбрать систему охлаждения корпуса с открытым или закрытым контуром.
Система охлаждения должна соответствовать требованиям CE, NEMA и IP.
Точное место для установки системы охлаждения электрического шкафа

Благодаря всему этому вы можете выбрать и установить систему охлаждения корпуса для оптимального контроля температуры.

Как тепло повреждает электрические компоненты?

Избыточный нагрев из-за перегрева приведет к частичному или полному выходу из строя электронных компонентов.

Сгоревший электрический компонент
Ухудшение материалов электронных компонентов, которое может проявляться в виде деформации, трещин, расширения, изменения цвета и т. д.
Отказ электронного компонента
Неточная передача сигнала или нарушение целостности сигнала
Повышенная нагрузка, препятствующая нормальной работе

Перегрев может вызвать взрыв или пожар, что в конечном итоге приведет к травмам и повреждению компонентов.

Некоторые из основных причин нагрева — это пробой изоляции, неадекватная система охлаждения, плохие соединения и избыточные токи.

Что такое охлаждение корпуса?

Охлаждение корпуса — это процесс поддержания нормальной рабочей температуры внутри электрического шкафа.

Оно направлено на защиту корпуса и электрических компонентов от высоких внутренних тепловых нагрузок, которые могут вызвать поломку / отказ компонентов, перегрев или пожар.

Существует множество механизмов охлаждения корпуса, таких как охлаждение с обратной связью, охлаждение с естественной конвекцией и охлаждение с принудительной конвекцией.

Система охлаждения корпуса с открытым или закрытым контуром. Как они сравниваются?

Замкнутая система охлаждения электрического шкафа

Система охлаждения электрического шкафа с открытым контуром

Подходит для суровых и агрессивных сред, где корпуса NEMA 4x являются идеальным выбором

Рекомендуется для нормальных наружных и внутренних условий с благоприятной окружающей средой (чистые и прохладные окружающие области), например, где вы можете использовать корпус NEMA 1.

Высокая начальная стоимость установки

Стоимость первоначальной установки невысока.

Полностью изолирует окружающую среду от внутренней части шкафа, т.е. воздух внутри шкафа не смешивается с окружающей средой.

Окружающий воздух и воздух корпуса смешиваются, следовательно, он не изолирует две среды.

Может достигать очень низкой рабочей температуры ниже окружающего воздуха

Невозможно снизить внутреннюю температуру шкафа ниже температуры окружающего воздуха.

Лучше всего подходит для высоких тепловых нагрузок

Подходит для низких тепловых нагрузок

Полная изоляция корпуса исключает попадание грязи, агрессивных паров, грязи, газов или водяного пара.

Грязь, коррозионный пар, влажность или грязь могут проникнуть в электрический шкаф.

Примеры включают теплообменники и кондиционеры.

Примеры включают вентиляторы с фильтрами и системы вентиляции, такие как решетки.

Где можно установить системы охлаждения электрических шкафов?

Лучшее расположение будет зависеть от конструкции электрического шкафа и типа системы охлаждения.

Например, большинство охлаждающих вентиляторов корпуса находятся в нижнем углу электрических шкафов, а выпускные решетки - в верхней части.

С другой стороны, закрытые кондиционеры всегда находятся в центре.

Тем не менее, как показывает практика, система охлаждения корпуса должна обеспечивать оптимальный поток воздуха и охлаждение.

Есть ли у систем охлаждения шкафа возможность удаленного мониторинга?

Некоторые системы охлаждения шкафа, например системы с замкнутым контуром, имеют возможность удаленного мониторинга.

Однако большинство систем охлаждения с открытым контуром не имеют этой функции.

При импорте электрического шкафа с системой охлаждения укажите, нужна ли вам возможность удаленного мониторинга.

Что такое вентилятор с фильтром для бокового монтажа?

Это системы охлаждения, которые можно установить на стене панели электрического шкафа.

Как следует из названия, у них есть как вентилятор, так и система фильтров.

Они поставляются в полностью собранном виде, поэтому вы закрепите их на корпусе и подключите источник питания.

Боковой вентилятор корпуса с фильтром

Что такое направленный охлаждающий вентилятор для электрических шкафов?

Направленные охлаждающие вентиляторы выдувают воздух в определенном направлении к электрическому шкафу.

Они являются идеальным выбором для устранения горячих точек в электрических шкафах.

В зависимости от конструкции и размера, вы можете установить его на DIN-рейку или стену электрического шкафа.

Направленный вентилятор

Могут ли вентиляционные отверстия и решетки охладить электрический шкаф?

Да, вентиляционные отверстия и решетки являются важными частями систем вентиляции и охлаждения электрических шкафов .

Вентиляционные отверстия в электрическом шкафу

В электрических шкафах, которые зависят от систем охлаждения естественной конвекцией, вентиляционные отверстия и решетки обеспечивают свободный поток воздуха.

Холодный окружающий воздух поступает в корпус, обеспечивая необходимое охлаждение.

Какая система охлаждения корпуса лучше всего подходит для опасных зон?

Выбирайте охлаждение электрических шкафов кондиционерами.

Система охлаждения с замкнутым контуром

Они полностью изолируют окружающую среду от внутренней части электрического шкафа.

Следовательно, не будет попадания пыли, грязи, влаги, агрессивных газов или избыточного тепла из внешней среды в корпус.

Насколько эффективна система охлаждения электрического шкафа?

Степень эффективности будет зависеть от таких факторов:

Тип систем охлаждения электрического шкафа - используете ли вы вентиляторы, кондиционеры или другие системы вентиляции.
Размер электрического шкафа
Компоненты электрического шкафа
Окружающая среда вокруг электрического шкафа

Как правило, современные системы охлаждения электрических шкафов полностью интегрированы, чтобы обеспечить эффективный и экологичный механизм охлаждения.

Чтобы узнать о ваших уникальных требованиях к охлаждению электрического шкафа, обратитесь к производителю, который разработает для вас экологически безопасное решение.

Где можно использовать систему охлаждения электрического шкафа с термостатическим управлением?

Системы охлаждения с термостатическим управлением подходят для тех случаев, когда вы хотите поддерживать температуру в определенном диапазоне.

Термостат будет включать / выключать систему охлаждения корпуса в зависимости от требований калибровки.

Кроме того, они подходят для электрических шкафов в агрессивных средах, в системах охлаждения с обратной связью.

Что такое система охлаждения герметичного корпуса?

Это система охлаждения шкафа с ограниченной производительностью, которая полностью изолирует внутреннюю и внешнюю среду шкафа, одновременно эффективно удаляя избыточное тепло из шкафа.

Герметичные системы охлаждения шкафа экономичны и подходят там, где внутренняя температура шкафа выше, чем температура внешней среды.

Являются ли вентиляционные системы частью системы охлаждения корпуса?

Да. Системы вентиляции являются неотъемлемой частью систем охлаждения электрических шкафов, в частности:

1. Охлаждение с естественной конвекцией - холодный воздух вокруг шкафа свободно поступает и выходит через отверстия или вентиляционные системы шкафа.

2. Принудительное конвекционное охлаждение - вентиляторы и нагнетатели электрического шкафа всасывают окружающий воздух (холодный) и заставляют его входить и выходить из шкафа через решетки и вентиляционные отверстия.

Охлаждающий кожух через систему вентиляции

Таким образом, системы вентиляции обеспечивают путь, по которому воздушный поток входит в электрический шкаф и выходит из него.

Насколько быстро электрический шкаф устранит нежелательное тепло?

Это будет зависеть от стратегии управления температурным режимом электрического шкафа.

То есть с эффективной системой охлаждения электрического шкафа и правильным пониманием тепловой нагрузки это займет несколько минут.

Чтобы быстрее устранить нежелательное нагревание, выберите систему охлаждения, которая точно соответствует техническим характеристикам электрического шкафа.

Как часто следует обслуживать систему охлаждения корпуса?

Временной интервал будет зависеть от:

Где вы установили электрический шкаф - снаружи, в помещении или во взрывоопасной среде
Тип системы охлаждения корпуса — это могут быть кондиционеры, фильтры вентиляторов, решетки и т. д.
Характер технического обслуживания - это может быть генеральная очистка, удаление конденсата или замена деталей.

Как правило, у вас может быть график регулярного обслуживания и очистки, который варьируется от 7 дней до 1 или 2 месяцев.

Вам следует узнать у производителя о рекомендуемом графике чистки и обслуживания систем охлаждения корпуса.

Как сравнить системы охлаждения шкафов с температурой выше и ниже окружающей среды?

Вы можете классифицировать системы охлаждения электрического шкафа как:

Конвекционные системы охлаждения воздухом снаружи шкафа - здесь температура внутри электрического шкафа выше, чем внешняя температура (температура окружающей среды). К системам охлаждения этой категории относятся вентиляторы с фильтрами, охладители с тепловыми трубками и радиаторы.
Замкнутые системы охлаждения - здесь температура внутри электрического шкафа ниже, чем температура окружающей среды (температура окружающей среды). Это означает что такие типы охлаждения, как естественная конвекция и принудительная конвекция не может обеспечить эффективное охлаждение. Некоторые из основных систем охлаждения корпуса в этой категории включают теплообменники жидкость-воздух, вихревые охладители, термоэлектрические охладители и кондиционеры.

Как работают радиаторы корпуса?

Радиаторы представляют собой плоские или выступающие (с ребрами) металлические конструкции, которые «улавливают» тепло из окружающего воздуха и отводят его, создавая охлаждающий эффект.

С помощью механизма вентилятора радиаторы корпуса будут проводить тепло от корпуса к окружающей среде.

Этот эффект охладит электрический шкаф.

Что такое горячая точка в электрическом шкафу?

Иногда внутри электрического шкафа могут быть участки, которые невозможно охладить за счет естественной конвекции, что приводит к накоплению тепла.

Такие участки называют горячими точками.

В основном они возникают из-за ограниченного потока воздуха внутри электрического шкафа или поднутрений.

Если вы хотите узнать, есть ли горячие точки в электрическом шкафу, используйте любой из следующих методов:

Моделирование теплопередачи
Инфракрасное тестирование
Тепловидение

Как уменьшить количество отказов вентилятора охлаждения корпуса?

1. Регулярно обслуживайте вентилятор охлаждения корпуса

2. Перед установкой проверьте мощность вентилятора электрического шкафа.

3. Устраните неисправность охлаждающего вентилятора в соответствии с рекомендациями производителя.

4. Покупайте качественные вентиляторы для охлаждения корпуса, соответствующие рыночным стандартам и нормам.

5. Не злоупотребляйте вентилятором и не эксплуатируйте его без надобности, чтобы снизить скорость износа.

6. Вентилятор охлаждения корпуса должен работать только в тех условиях, которые рекомендованы производителем.

7. Только обученные техники должны обслуживать, заменять или регулировать вентилятор охлаждения корпуса.

Каковы распространенные ошибки при выборе системы охлаждения электрического шкафа?

Выбор крупногабаритной системы охлаждения электрического шкафа
Покупка системы охлаждения распределительного шкафа перед расчетом внутренней тепловой нагрузки электрического шкафа
Использование кондиционеров в вентилируемых электрических шкафах
Несоблюдение степени защиты IP и NEMA
Предположение, что любая электрическая система охлаждения может работать с любым корпусом
Несоблюдение технического обслуживания и ремонта системы охлаждения корпуса
Наем неподготовленных технических специалистов для установки или модернизации системы охлаждения корпуса
Выбор более дешевой и некачественной системы охлаждения корпуса
Игнорирование воздействия окружающей среды на охлаждение и обогрев электрического шкафа
Несоблюдение допустимых тепловых пределов

Каковы преимущества системы вентиляции и фильтрации?

Вентилятор с фильтром электрического шкафа

Системы вентиляторов и фильтров обеспечивают эффективное принудительное конвекционное охлаждение в электрических шкафах.

В состав системы вентиляции и фильтрации корпуса входят:

Система решетки, которая позволяет воздуху поступать в электрический шкаф
Система фильтрации, которая удаляет возможные загрязнения, такие как грязь, пыль и влага.
Система вентилятора, которая обеспечивает циркуляцию воздуха в электрическом шкафу

Что такое управление температурным режимом электрического шкафа?

Это процесс мониторинга, оценки и управления внутренней температурой электрического шкафа.

Процесс включает в себя надлежащий анализ температуры снаружи и внутри электрического шкафа.

Он направлен на достижение баланса, который обеспечит оптимальную температуру, которая предотвратит перегрев и максимизирует работу компонентов корпуса.

Какие системы охлаждения шкафов предлагает компания ОША?

Мы предлагаем ряд решений для охлаждения корпусов, таких как вентиляторы, системы фильтрации, теплообменники, системы вентиляции, также мы можем предложить вам решения для охлаждения, такие как кондиционеры, радиаторы и вихревые охладители среди прочего.

Наши специалисты помогут вам определить подходящую систему охлаждения электрического шкафа в зависимости от вашей среды и тепловой нагрузки.

Производит ли ОША собственные системы охлаждения корпусов?

Компания ОША производит обогреватели шкафов управления ОША , а другие товары для обеспечения микроклимата в шкафу управления, такие как терморегуляторы и системы охлаждения мы закупаем у ведущих мировых производителей.

У нас хорошие рабочие отношения с нашими партнерами, и ОША обязательно предоставит вам лучшую систему охлаждения корпуса.

Охлаждение и вентиляция шкафов управления и автоматики

Элементы охлаждения распределительных шкафов помогают защитить установленные в них приборы, рассеивая выделяемое от них тепло.

Охлаждение и вентиляция корпуса шкафа включает в себя несколько затруднений, но улучшение естественного воздушного потока при помощи вентиляторов и вентиляционных решеток могут довольно легко решить большинство проблем. Первый и, возможно, самый важный шаг в электрошкафах - это правильно расположить компоненты в нем так, чтобы теплоотдача от них быстро рассеивалась. Для этого нельзя укладывать приборы, выделяющие большое количество тепла, вплотную, проводка также должна быть аккуратно уложена. Для увеличения естественного воздушного потока также нужно организовывать вентиляционные отверстия, в которые монтируются решетки с фильтрами.

Как только естественный воздушный поток будет увеличен, теплый воздух будет легче циркулировать и подниматься, и это будет очень эффективным при установке дополнительных вентиляторов. Если на полках имеется несколько зон с тепловыделяющими компонентами, может потребоваться более одного блока с вентиляторами. Таким образом, вы можете охлаждать отдельные области шкафа управления, не добавляя тепла к верхним областям.

Избегайте распространенных заблуждений, связанных с охлаждением шкафа управления.

1) Мощность вентилятора и требования к воздушному потоку. Для вентиляции шкафов огромная мощность не требуется. Существуют формулы расчета мощности, но в них есть слишком много переменных, поэтому произвести точные подсчеты не так просто. К примеру, объем воздуха для охлаждения не определяется лишь габаритами электрощита. От объема воздуха в нем нужно отнять объем всего установленного в нем оборудования. Для расчета мощности вентиляции шкафов управления обращайтесь к нашим специалистам по телефону или через электронную почту.

2) Воздушные потоки и красивые диаграммы. Это тема, которая иногда сбивает с толку. Часто можно встретить рисунки и схемы воздуха, красиво движущегося через шкаф с холодным воздухом, отображенным синими стрелками, идущим внизу шкафа, а затем горячим воздухом, изображенным красными стрелками, конечно, выходящим из верхней части.

Дело в том, что было бы здорово, если бы это было так просто, а воздух был таким «управляемым», но это не так. В рабочих шкафах управления воздух будет входить и выходить по путям наименьшего сопротивления. Это включает в себя сквозные трещины в дверях, отверстия, вырезанные для проводки. Большой объем воздуха может попасть в шкаф через небольшой зазор в двери и еще большее количество через отверстия для проводки и другие отверстия.

Мы рекомендуем устанавливать вентиляторы в нижнюю часть шкафа, чтобы они нагнетали холодный воздух, а вентиляционные решетки с фильтрами монтировать вверху, чтобы теплый воздух выходил через них.

3) Срок службы оборудования уменьшается вдвое с каждым повышением на 10 градусов. Мы не видели ни одного «достоверного» исследования, подтверждающего это. Это еще одна область, где люди пытались дать количественную оценку принципу, но истинное исследование ограничено или отсутствует. Мы даже не собираемся вдаваться во все переменные, которые бы разрушили эту линию рассуждений.

Дело в том, что да, тепло может повредить оборудование, но также существует тот факт, что внутренние температуры, «нормальные» рабочие температуры в компоненте, намного выше, чем мы говорим в холодильных шкафах и оборудовании в целом. Большинство компонентов сегодня также имеют встроенную тепловую защиту, поэтому, если у вас отключение компонентов из-за перегрева, вам следует обратить внимание на проблему. Следует также обратить внимание на температуру окружающей среды в шкафу, поскольку проблема возникает из-за того, что несколько компонентов, которые выделяют тепло или помещают в одну область, а затем ограничивают или полностью перекрывают поток воздуха. Смысл в том, чтобы эта тактика запугивания не сработала на вас! Опять же, руководствуйтесь здравым смыслом и принимайте основные меры предосторожности.

Итак, суть в том, что, хотя вы, безусловно, можете найти широкий ассортимент «вентиляторов» на рынке, убедитесь, что ваш поставщик охлаждающих элементов провел исследование типов вентиляторов и выбрал подходящие модели.

Для создания качественной системы охлаждения шкафов управления обращайтесь к нам! Специалисты компании ОША подберут наиболее подходящие компоненты для охлаждения и вентиляции Вашего распределительного шкафа с учетом всех особенностей конструкции.

Поддержание климата в шкафах автоматики. Тепловой расчет шкафа (Калькулятор)

В современном мире развивающейся автоматизации постоянно стоит вопрос - как продлить срок службы используемого оборудования, чтобы оно работало без сбоев и не вышло из строя раньше времени. Оптимальным решением этой задачи является монтаж оборудования в шкаф управления, ведь основная функция шкафа - это защита установленных приборов от влияния окружающей среды: воды, влаги, пыли и так далее. Правильно подобранный шкаф позволяет защитить оборудование от внешних негативных воздействий.

Расчет температуры обогрева и охлаждения шкафа управления

Однако внутри шкафа также присутствуют факторы, отрицательно влияющие на оборудование. Одним из таких факторов является избыточное тепло. Перегрев довольно частая причина выхода из строя различных устройств. Самым распространенным способом охлаждения оборудования является конвекция — охлаждение потоком воздуха. В этом случае вентиляторы служат наиболее простым и экономным средством отвода тепла.

Другим негативно влияющим фактором внутри шкафа выступает холод. Во-первых, большинство оборудования не рассчитано на работу при сильных морозах, поэтому при установке шкафа в неотапливаемом помещении или на улице, и эксплуатации в зимнее время, необходимо устанавливать в шкаф дополнительный обогрев. Во-вторых, холод создает условие для образования конденсата, а это еще один фактор, который способствует выходу оборудования из строя. Существует так называемая точка росы, это температура, ниже которой при определенной влажности воздуха на поверхности образуется конденсат. Чтобы избежать выпадения конденсата на стенках внутри шкафа автоматики, в шкафу необходимо поддерживать температуру выше точки росы. В Таблице 1 представлены значения точки росы для различных показаний окружающей температуры и влажности воздуха. Использование обогревателей в этих случаях позволит избежать такой проблемы.

Таблица 1 — Точка росы

Относительная влажность среды, %	Температура окружающей среды, °C
Относительная влажность среды, %	20	25	30	35	40	45	50	55
40	6	11	15	19	24	28	33	37
50	9	14	19	23	28	32	37	41
60	12	17	21	26	31	36	40	45
70	14	19	24	29	34	38	43	48
80	16	21	26	31	36	41	46	51
90	18	23	28	33	38	43	48	53
100	20	25	30	35	40	45	50	55

Чтобы нейтрализовать все эти факторы и обеспечить долгую службу оборудования, установленного в шкафу, необходимо корректно рассчитать и подобрать комплектующие для поддержания климата внутри шкафа, при этом следует учитывать ряд важных моментов.

Для начала необходимо определить размеры шкафа управления и место его установки. Эти данные необходимы для вычисления эффективной поверхности теплообмена, поверхности, которая может рассеивать тепло в окружающую атмосферу. Чем больше размер шкафа, тем большее количество тепла будет рассеиваться с его поверхности. Соответственно, если необходимо охлаждать автоматику в таком шкафу, нам потребуется меньший объем воздуха, чем если бы мы установили то же самое оборудование в более компактный шкаф. А с обогревом возникает обратная ситуация, обогреть компактный шкаф, проще чем большой. Рассчитать эффективную поверхность теплообмена можно по формулам, приведенным в Таблице 2. Данные формулы взяты из стандарта МЭК 60890, этот документ содержит методику расчета теплообмена при помощи конвекции и естественной вентиляции.

Таблица 2 — Эффективная поверхность теплообмена

Место установки шкафа	Формула расчета
Отдельно стоящий шкаф	A = 1,8 · В · (Ш + Г) + 1,4 · Ш · Г
Шкаф смонтирован на стене	A = 1,4 · Ш · (В + Г) + 1,8 · Г · В
Крайний шкаф, стоящий в ряде	A = 1,4 · Г · (В + Г) + 1,8 · Ш · В
Крайний шкаф, смонтирован на стене	A = 1,4 · В · (Ш + Г) + 1,4 · Ш · Г
Средний шкаф, стоящий в ряде	A = 1,8 · Ш · В + 1,4 · Ш · Г + Г · В
Средний шкаф, смонтирован на стене	A = 1,4 · Ш · (В + Г) + Г · В
Средний шкаф, смонтирован на стене, под козырьком	A = 1,4 · Ш · В + 0,7 · Ш · Г + Г · В

На теплоотвод влияет место установки шкафа. Так, отдельно стоящий шкаф отдает больше тепла в окружающую атмосферу, чем шкаф смонтированный на стене или установленный в один ряд с другими шкафами. Еще одним параметром, влияющим на теплоотвод, является плотность теплового потока, она зависит от константы воздуха. Простыми словами, это скорость, с которой шкаф рассеивает тепло. Этот параметр зависит от атмосферного давления, чем ниже давление, тем хуже рассеивается тепло. А атмосферное давление, в свою очередь, зависит от высоты над уровнем моря. Соответственно, получаем такую зависимость: плотность теплового потока обратно пропорциональна высоте над уровнем моря. Чем выше над уровнем моря установлен шкаф, тем хуже он будет рассеивать тепло. Для средней полосы России высота над уровнем моря составляет 170 метров, и константа воздуха для этого региона будет равна 3,2 м 3 К/Втч.

Помимо размеров и места установки необходимо учитывать из какого материала изготовлен шкаф. Разный материал имеет разный коэффициент теплоотдачи. Этот параметр показывает какое количество теплоты в единицу времени переходит от более нагретого теплоносителя к менее нагретому через 1м 2 эффективной поверхности теплообмена. Например, листовая крашеная сталь имеет коэффициент 5,5 Вт/м 2 К, у нержавеющей стали он равен 4,5 Вт/м 2 К, а коэффициент алюминия равен 12 Вт/м 2 К. Если мы возьмем два шкафа одинакового размера, но из разного материала — один из алюминия, второй из стали, то проще будет охладить шкаф из алюминия, так как он имеет больший коэффициент теплоотдачи и через его поверхность будет рассеиваться большее количество тепла, чем с поверхности стального шкафа.

Одним из основных пунктов при выборе шкафа и комплектующих для поддержания климата является само оборудование, которое будет установлено в наш шкаф. Если внутри шкафа смонтированы приборы, выделяющие большое количество тепла: частотники, блоки питания, трансформаторы или другие подобные устройства, то в этом случае нужно обязательно провести расчет и определить требования по дополнительному охлаждению или обогреву шкафа.

Расчет температуры внутри шкафа осуществляется по формуле:

где:
T_r – температура внутри шкафа;
Q_v – тепловыделение установленного оборудования;
k – коэффициент теплоотдачи;
A – эффективная поверхность теплообмена;
T_u – окружающая температура.

Если тепловыделение установленного оборудования неизвестно, его можно самостоятельно посчитать. Данные для расчета тепловыделения различных устройств приведены в Таблице 3.

Таблица 3 — Тепловыделение различного оборудования

Устройство	Формула для расчета	Описание расчета
Преобразователи частоты	Q_пч = Q · 0,05	Суммарная мощность всех ПЧ умножить на 0,05
Блоки питания	Q_бп = Q · 0,1	Суммарная мощность всех БП умножить на 0,1
Автоматы	Q_а = I · 0,2	Суммарный ток всех автоматов умножить на 0,2Вт/А
Пускатели	Q_п = I · 0,4	Суммарный ток всех пускателей умножить на 0,4Вт/А
Трансформаторы	Q_т = Q · 0,1	Суммарная мощность всех трансформаторов умножить на 0,1
Твердотельные реле	Q_р = I · 1,2	Суммарный ток всех нагрузок по каждой фазе умножить на 1,2

Из этих данных рассчитывается тепловыделение Qv (Вт) внутри шкафа, результат суммируется Q_v = Q_пч + Q_бп + Q_а + Q_п + Q_т + Q_р.

После проведения данного расчета станет известна температура внутри шкафа, это позволит определить дальнейшие действия. Если расчетная температура ниже необходимой температуры (Tu P n = A ⋅ k ⋅ ( T u − T i ) P_n=A cdot k cdot (T_u-T_i)

где:
P_n – необходимая мощность обогрева;
A – эффективная поверхность теплообмена;
k – коэффициент теплоотдачи;
T_u – окружающая температура;
T_i – необходимая температура.

Если расчетная температура выше необходимой температуры (Tu > Ti), то нам потребуется дополнительно охлаждение. Так как охлаждение происходит при помощи обдува, следует помнить, что вентилятор не сможет охладить шкаф ниже окружающей температуры, это физически невозможно.

Расчет необходимого для охлаждения объема воздуха в шкафу производится по формуле:

где:
B – необходимый объем воздуха;
Q_v – тепловыделение установленного оборудования;
f – константа воздуха (для средней полосы России равна 3,2 м 3 К/Втч);
T_u – окружающая температура;
T_i – необходимая температура.

При использовании данных расчетов следует помнить, что на вентиляторах и решетках установлен защитный фильтр и он имеет свойство засоряться, особенно если в воздухе присутствует пыль. Как правило, на большинстве производств чистота воздуха не идеальна. При засорении фильтрующего элемента падает производительность установленных вентиляторов, воздухообмен уменьшается и это может привести к перегреву оборудования. Поэтому необходимо уделять особое внимание состоянию фильтров и производить их своевременную замену.

Когда шкаф выбран, произведен температурный расчет и подобраны климатические компоненты, очень важным моментом в поддержании климата является правильная установка этих компонентов. Вентиляторы рекомендуется всегда устанавливать, так чтобы они нагнетали воздух в нижнюю часть шкафа и комплектовать шкаф выходными решетками с фильтрами в верхней части. Вентиляторы поставляются собранными в виде нагнетающего модуля, то есть они засасывают воздух внутрь шкафа и обдувают установленное оборудование. Благодаря этому в шкафу создаётся избыточное давление чистого воздуха, предотвращающее попадание грязного воздуха внутрь через возможные дефекты уплотнения врезанного оборудования. При установке вентиляторов необходимо обратить внимание на воздушный поток собственных вентиляторов в оборудовании. Следует убедиться, что потоки воздуха от вентиляторов и компонентов внутри шкафа не имеют отрицательного воздействия друг на друга. Воздух должен выдуваться по диагонали, это способствует равномерному распределению воздуха в корпусе.

При монтаже обогревателей для лучшего распределения тепла их необходимо устанавливать внизу шкафа. Не стоит размещать обогреватели вплотную к другим приборам, чтобы избежать перегрева оборудования. Если обогреватель не имеет защитного кожуха, существует опасность получения ожога. В таких случаях следует устанавливать обогреватель так, чтобы исключить возможность случайного касания радиатора.

Чтобы вентиляторы и обогреватели постоянно не работали, рекомендуется использовать для их управления терморегуляторы или термостаты. Это позволит уменьшить износ, уменьшить энергопотребление, увеличить срок службы и повысить эффективность вентиляторов и обогревателей.

В данной статье мы рассмотрели основные принципы поддержания температуры в шкафах автоматики. Поддержание климата является очень важным моментом для сохранения работоспособности оборудования. Поэтому следует уделять этому особое внимание.

Подбор компонентов в результате расчета по калькулятору климата в шкафах управления

К статье прилагается калькулятор расчета климатических компонентов. При помощи этого калькулятора легко и быстро производится расчет даже теми специалистами, которые в первый раз столкнулись с такой задачей.

В калькуляторе температуры шкафа необходимо заполнить все поля отмеченные зеленым цветом, после ввода всех данных о высоте, глубине, установленном оборудовании, графе обогрев и охлаждение будут показыны расчетные данные для вашего шкафа. Подробная инструкция прилагается к калькулятору в архиве для скачивания.

По итогам расчетов воспользуйтесь готовым комплектом приборов для климатики в шкафах управления. Готовые наборы охлаждения и обогрева шкафов приведены ниже.

Охлаждение до 24 м 3 /ч

Регулятор температуры внутри шкафа (термостат) для управления кондиционером (диапазон уставок 0. +60 C, 1НО, 10A, ширина 17.5мм, IP20 ) Регулятор внутренней температуры шкафа (термостат) (нагрев/охлаждение, диапазон уставок +5. +60 С, 10А/5А, 24-230VAC/24-60VDC, монтаж на DIN-рейку) в комплекте с фильтрующей прокладкой (116,5х116,5мм, воздушный поток 20 м3/ч, 220 VAC, IP54) Вентилятор с фильтром для электрических щитов, замена 7F.50.8.230.1020 (размер 1, 114х114мм, 230VAC, 24м3/ч, 13Вт, IP54) / Вентилятор с фильтром для электрических щитов, замена 7F.50.9.024.1020 (размер 1, 114х114мм, 24VDC, 24м3/ч, 4Вт, IP54) Решетка с фильтрующей прокладкой (116,5х116,5x16мм, IP54) Решетка с Фильтром на вытяжке для электрических щитов, замена 7F.05.0.000.1000 (размер 1, 114х114мм, IP54) Фильтрующий элемент (размер 1, IP54) Фильтрующая прокладка для вентиляторов/решеток 116,5х116,5мм (несгораемое хим.волокно, IP 54) 5 шт. Защитный кожух для вентиляторов/решеток 116,5х116,5мм (нерж.сталь, уплотнение силикон, IP56)

Охлаждение 24…55 м 3 /ч

Охлаждение 55…105 м 3 /ч

Охлаждение 105…230 м 3 /ч

Охлаждение 230…370 м 3 /ч

Обогрев до 25 Вт

Обогрев 25…50 Вт

Обогрев 50…100 Вт

Обогрев 100…150 Вт

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Хоровец Г.Н.

350000, Краснодарский край, г. Краснодар, ул. им. Митрофана Седина, 145/1
ИНН 2308073661, КПП 231001001

Выбор способа охлаждения электротехнического шкафа

Для того чтобы оборудование в электротехническом шкафу не выходило из строя, необходимо поддерживать определенную температуру и влажность. Для охлаждения и борьбы с конденсатом применяются разные методы, которые выбираются в зависимости от условий эксплуатации. В статье приведены расчеты, на которые следует опираться при выборе метода охлаждения, и показано, что на базе электротехнического шкафа EMS торговой марки Elbox можно собрать решение с любым способом вентиляции.

Специалисты, работающие с техническим оборудованием, знают, насколько важен правильный климат-контроль внутри электротехнического шкафа. Ведь после подбора оборудования для реализации проекта, после его пусконаладки наступает период эксплуатации, который должен протекать многие годы. Но такие факторы, как суточные колебания температуры внутри металлических шкафов, влажность, конденсат, а в последующем и коррозия, могут значительно сократить жизнь оборудования.

Для того чтобы понять, какое устройство для создания климата поставить в шкаф, необходимо знать, какие способы охлаждения существуют.

Естественная конвекция

Если температура снаружи электротехнического шкафа ниже температуры внутри, то отдача тепла во внешнюю среду происходит через поверхность шкафа. Этот способ эффективен при условии, если наружная температура ниже требуемой температуры внутри шкафа на 25 градусов. При расчете уровня тепла, излучаемого электротехническим шкафом, можно использовать простое уравнение:

где Ps [ватт] – тепловая энергия, излучаемая во внешнюю среду с поверхности шкафа;
k [Вт/м²К] – коэффициент теплоотдачи, который зависит от материала (листовая сталь – 5,5 Вт/м²К, пластмасса – 3,5 Вт/м²К);
А [м²] – площадь поверхности электротехнического шкафа.

Следует отметить, что в формуле берется эффективная площадь теплообмена шкафа и что способ установки шкафа (свободно стоящий, у стены, в нише) радикально влияет на теплообмен.

В области систем микроклимата для шкафов действуют несколько стандартов: IEC 60 890 (ранее МЭК 890), EN 60 814, DIN 57660 часть 500, VDE 0660 часть 500. Все они являются по сути одной и той же нормой, принятой разными институтами.

Стандартом предусмотрена классификация типов установки шкафов и указана формула для расчета эффективной площади теплообмена А для каждого случая:
- один шкаф, свободно стоящий: A = 1,8 · H · (W + D) + 1,4 · W · D;
- один шкаф, монтируемый на стену: A = 1,4 · W · (H + D) + 1,8 · D · H;
- крайний шкаф свободно стоящего ряда: A = 1,4 · D · (H + W) + 1,8 · W · H;
- крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену: A = 1,4 · H · (W + D) + 1,4 · W · D;
- не крайний шкаф свободно стоящего ряда: A = 1,8 · W · H + 1,4 · W · D + D · H;
- не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену: A = 1,4 · W · (H + D) + D · H;
- не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену под козырьком: A = 1,4 · W · H + 0,7 · W · D + D · H,
где W – ширина шкафа, м; H – высота шкафа, м; D – глубина шкафа, м.
∆T [К] – разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа.
В данном случае устройство охлаждения не требуется.

Принудительная вентиляция

При данном методе охлаждение осуществляется с помощью вентилятора с фильтром. Принудительная вентиляция применяется в чистых помещениях с приемлемым колебанием температур, если требуемая температура внутри шкафа превышает температуру окружающей среды на 10 градусов. Для расчета необходимого потока воздуха используется уравнение:

где V [м³/ч] – воздушный поток, создаваемый вентилятором с фильтром;
Pv [ватт] – тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающего установленного оборудования;
∆T [К] – разница температур воздуха снаружи и внутри шкафа.

Электротехнические напольные шкафы Elbox серии EMS имеют в линейке аксессуаров стенки для монтажа вентиляторов PF, произведенные фирмой Pfannenberg EMS-WF. Стенки предназначены для обеспечения климат-контроля путем установки вентиляторов и выпускных фильтров. При этом сохраняется степень защиты корпуса IP55. В нижнюю часть стенки шкафа устанавливается вентилятор, в верхнюю – фильтр, который имеет одинаковый дизайн с вентилятором. Крепление вентилятора и фильтра производится методом защелкивания и не требует дополнительных крепежных элементов.

Рис. 1. Стенки EMS-WF c установленными вентилятором и фильтром

Замкнутый контур охлаждения

При замкнутом контуре охлаждения внутренняя воздушная среда изолирована от внешней, благодаря чему обеспечивается охлаждение и циркуляция чистого воздуха внутри электротехнического шкафа, а температура внешней среды превышает необходимую температуру внутри корпуса. Такое активное охлаждение осуществляется с помощью кондиционеров и теплообменников. При проектировании следует учитывать размер шкафа и температуру окружающей среды, используя диаграммы в расчетах. Требуемая мощность охлаждения вычисляется по уравнению:

где Pк [ватт] – холодопроизводительность кондиционера;

Pv [ватт] – тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающего электротехнического оборудования;
Pr [ватт] – теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции).

где k [Вт/м²К] – коэффициент теплоотдачи;

А [м²] – площадь поверхности электротехнического шкафа;

∆T [К] – разница температур воздуха снаружи и внутри шкафа.

Для определения мощности требуемого кондиционера необходимо использовать кривую производительности (рис. 2). Холодопроизводительность должна примерно на 10 % превышать величину тепловых потерь от установленных компонентов.

Рис. 2. Кривая производительности для определения мощности кондиционера

Российский производитель электротехнических шкафов Elbox вывел на рынок аксессуар для линейки напольных электротехнических шкафов EMS – крышу для монтажа кондиционера DTT, выпущенного немецкой компанией Pfannenberg EMS-RC. Это охлаждающее устройство надежно предохраняет оборудование от образования капель воды благодаря запатентованной сверхнадежной системе удаления конденсата. Кондиционеры отличаются простотой установки, снабжены мультиконтроллером и легко обслуживаются. Крыша для монтажа кондиционера обеспечивает степень защиты корпуса IP54. Плюсом такого решения является значительная экономия места в электротехническом шкафу. Крыша выполнена таким образом, что потолочные кондиционеры устанавливаются посередине шкафа.

Рис. 3. Крыша для установки кондиционера DTT EMS-RC

После того как выбран оптимальный способ вентиляции, подбираются соответствующие аксессуары. На базе электротехнического шкафа EMS торговой марки Elbox можно собрать решение с любым необходимым способом вентиляции.

Линейный электротехнический шкаф серии EMS – флагман торговой марки Elbox. Основу конструкции шкафа составляет инновационный сложный профиль МS. Несущая нагрузочная способность каркаса составляет 1800 кг при равномерно распределенной статической нагрузке.

Рис. 4. Шкаф EMS в стандартной комплектации

Монтажная панель выполнена из оцинкованной листовой стали толщиной 3,0 мм, имеет двойную окантовку, что повышает несущую нагрузочную способность, которая составляет 600 кг/м².

Рис. 5. MS – сложный профиль шкафа EMS

На базе корпуса EMS, дополненного стенками или крышей, с помощью различных аксессуаров создается шкаф с климатикой. При использовании монтажной шины EMS-RV-Х.23 с тремя поверхностями перфорации возможен монтаж в трех плоскостях: горизонтальной, вертикальной и с торца. Распределенная нагрузочная способность монтажных шин EMS-RV‑23.23 достигает 40 кг, EMS-РRV‑48.23 – 80 кг и EMS-RV‑73.23 – 180 кг. Если необходимо создать 19‑дюймовое пространство внутри шкафа, то комплект юнитовых направляющих из 4 вертикальных направляющих и 4 поперечных кронштейнов с возможностью регулировки по глубине шкафа поможет его организовать.

Большим плюсом является производство в зоне Таможенного союза, что позволяет использовать оборудование Elbox в процессе импортозамещения. Еще один плюс – цена, на которую не влияют курсы валют.

Торговая марта Elbox является собственностью производственной группы REMER (Россия), которой также принадлежат такие торговые марки, как ЦМО и Rem.

В этом году производственная группа REMER отмечает свое пятнадцатилетие. За это время было разработано более тысячи изделий, приобретен неоценимый опыт, что позволяет компании успешно конкурировать с западными производителями.

Читайте также: