ΨΥΞΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΠΙΝΑΚΩΝ

Μία τυπική ψύξη ενός ηλεκτρολογικού κιβωτίου έχει σχεδιαστεί για μία εσωτερική θερμοκρασία των 35°C. Αυτό σημαίνει, ότι η απόδοση μιας μονάδας ψύξης, πρέπει να είναι τέτοια, ώστε να εξασφαλίζεται μία μέση εσωτερική θερμοκρασία 35°C υπό όλες τις συνθήκες φορτίου του κινητήρα και κάτω από όλες τις συνθήκες περιβάλλοντος.

Τοποθετείστε αισθητήρα θερμοκρασίας

Για να κρίνουμε την επάρκεια ένα κλιματιστικού μπορεί να γίνει μια μέτρηση της θερμοκρασίας μέσα στο ερμάριο: Για το λόγο αυτό τοποθετούνται αισθητήρες θερμοκρασίας στις οπές ψυχρού αέρα των θερμοκρασιακά κρίσιμων μηχανημάτων (π.χ. inverters) και καταγράφεται η μεταβολή της θερμοκρασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αν παρατηρηθούν στα σημεία αυτά θερμοκρασίες αέρα πολύ πάνω από 40°C, τότε η απόδοση ψύξης της μονάδας ψύξης είναι ανεπαρκής ή υπάρχει βλάβη στη ροή ψύξης στο θάλαμο. Το τελευταίο σημαίνει ότι ο αέρας εμποδίζεται να φθάσει - ή φθάνει μόνον εν μέρει - στα ευαίσθητα στη θερμοκρασία εξαρτήματα.

Η διάρκεια ζωής ενός ηλεκτρικού πίνακα καθώς και του εξοπλισμού που αυτός περιλαμβάνει, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σωστή διαχείρηση της θερμοκρασίας που αναπτύσσεται στο εσωτερικό του

 Η υπερβολικά υψηλή θερμοκρασία στο εσωτερικό ενός πίνακα είναι η σημαντικότερη αιτία φθοράς του ηλεκτρικού εξοπλισμού (καλώδια, μικροαυτόματοι διακόπτες, αυτόματοι διακόπτες ισχύος κ.α.) με επιπτώσεις στην απόδοση και την αξιοπιστία του συστήματος (επίπεδα ενεργοποίησης θερμικών/μαγνητικών στοιχείων, χρόνοι απόκρισης κ.α.) αλλά και την αναμενόμενη διάρκεια ζωής τους. Η ανεξέλεγκτη υπερθέρμανση των ηλεκτρικών πινάκων είναι συχνά η αιτία βλαβών που κοστίζουν πολύ περισσότερο από ό, τι το ίδιο το σύστημα ελέγχου της θερμοκρασίας. Αντίθετα, η διατήρηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό των πινάκων σε κανονικά επίπεδα αποτελεί το σημαντικότερο παράγοντα καλής συντήρησης του σχετικού βιομηχανικού εξοπλισμού.

Περιορισμός φαινομένων υπερθέρμανσης στο εσωτερικό των ηλεκτρικών πινάκων

Το πρώτο βήμα για τη μείωση φαινομένων υπερθέρμανσης στο εσωτερικό των πινάκων είναι η επιλογή πεδίων μεγαλύτερων διαστάσεων που θα παρέχουν καλύτερα χαρακτηριστικά απαγωγής θερμότητας (εάν δεν υπάρχουν περιορισμοί στις εξωτερικές διαστάσεις του πεδίου).

Την ίδια στιγμή θα πρέπει να μελετηθεί η δυνατότητα επιλογής εξοπλισμού με χαμηλότερες απώλειες ισχύος.

Εάν, μετά την εφαρμογή των παραπάνω, η εσωτερική θερμοκρασία των πινάκων είναι μεγαλύτερη από 35 °C, θα πρέπει να μελετηθεί η χρήση συστημάτων ψύξης εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα που είναι η πιο απλή λύση. Ένα τέτοιο σύστημα αποτελείται από έναν ανεμιστήρα με φίλτρο για την παρακράτηση σωματιδίων καθώς και από γρίλιες εισόδου και εξόδου του αέρα. 

Ο ανεμιστήρας τοποθετείται πάντοτε στην κάτω πλευρά του πίνακα και προσάγει νωπό αέρα στο εσωτερικό του πεδίου. Ο αέρας αυτός εξάγεται από την άνω πλευρά μειώνοντας την εσωτερική θερμοκρασία του πίνακα. Επιπλέον η υπερπίεση που δημιουργείται από τη βεβιασμένη είσοδο του αέρα στο πεδίο, εμποδίζει την εισαγωγή σκόνης και σωματιδίων από χαραμάδες ή άλλα παρόμοια σημεία εισόδου. Η τροφοδοσία του ανεμιστήρα μπορεί να ελέγχεται από ένα θερμοστάτη ο οποίος θα είναι τοποθετημένος στο πάνω μέρος του πεδίου. Με αυτό τον τρόπο εξαναγκασμένης ψύξης μπορεί να εξασφαλιστεί βαθμός προστασίας έως και IP 54. Το σύστημα ψύξης με προσαγωγή νωπού αέρα από το εξωτερικό περιβάλλον έχει τον περιορισμό ότι η εσωτερική θερμοκρασία του πίνακα δεν μπορεί να είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος του χώρου στον οποίο έχει εγκατασταθεί.

Εάν η θερμοκρασία του δωματίου είναι υψηλή και δεν επιτρέπει την ψύξη του πίνακα με τον αέρα του περιβάλλοντος, θα πρέπει να μελετηθεί η χρήση ψυκτικού κλιματιστικού συστήματος όπου πλέον συναντώνται τρεις επιλογές:

• Με κλιματιστικό πίνακα 

• Με εναλλάκτες θερμότητας αέρος-νερού
• Με cabinet cooler

Πώς να επιλέξετε κλιματιστικό για ηλεκτρικούς πίνακες

Η επιλογή των σωστών κλιματιστικών για τους πίνακες (τύπου ερμαρίου ή πεδίου) μπορεί να έχει μεγάλη επίδραση στη συνολική επίδοση και την αποδοτικότητα της βιομηχανίας. Η σωστή και αποτελεσματική ψύξη του κλιματιστικού μπορεί να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του εγκατεστημένου εξοπλισμού, να εξοικονομήσει ενέργεια και κόστος καθώς και να μειώσει τα σταματήματα της παραγωγής. Παρά το γεγονός ότι η ψύξη είναι μερικές φορές μια δεύτερη σκέψη κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού ενός έργου σε επίπεδο διάταξης πίνακα, με μια προσεκτική εξέταση, μπορεί πραγματικά να γίνει ένα πλεονέκτημα για την αύξηση της παραγωγικότητας και της κερδοφορίας.

Σε αυτό το άρθρο επισημαίνονται οι παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή των κλιματιστικών στους πίνακες συμπεριλαμβανομένων των εσωτερικών θερμικών φορτίων, οι διάφορες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της ψυκτικής ικανότητας των κλιματιστικών, η επίπτωση της υγρασίας και του περιβάλλοντος καθώς και η ενεργειακή απόδοση. Επίσης, δίνονται διαγράμματα απόδοσης των κλιματιστικών και εργαλεία υπολογισμού σε σχέση με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής.

Παράγοντες που πρέπει να εξετάσουμε

Εσωτερικό θερμικό φορτίο

Το εσωτερικό θερμικό φορτίο είναι η ποσότητα της θερμικής ενέργειας που παράγεται από τα ηλεκτρονικά στο εσωτερικό του πίνακα και προέρχεται από την αχρησιμοποίητη ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται από τα ίδια τα εξαρτήματα. Για να καθορίσουμε τη σωστή ισχύ του κλιματιστικού σε μια εφαρμογή, είναι κρίσιμο να γνωρίζουμε το ποσό της θερμικής ενέργειας (σε BTU ανά ώρα ή σε Watt), η οποία θα δημιουργηθεί από τον εξοπλισμό που βρίσκεται μέσα στον πίνακα.

Πώς θα καθορίσουμε το ποσό της θερμικής ενέργειας;

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να καθορίσουμε το θερμικό φορτίο μέσα σε έναν πίνακα. Ένας τρόπος είναι να προσθέσουμε τα θερμικά φορτία από όλα τα εγκατεστημένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, όπως ορίζεται για κάθε ένα απ’ αυτά από τον κατασκευαστή του.

Παράδειγμα:

Συσκευή	Θερμικό φορτίο όπως ορίζεται από τον κατασκευαστή
Inverter 15KW	1500 Watt
Διακόπτης ισχύος 1250A	200 Watt
PLC 5A	3 Watt
Μετασχηματιστής 1000VA	64 Watt
Σύνολο	1667 Watt

Μια άλλη προσέγγιση είναι να προσθέσουμε την ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και στη συνέχεια να την πολλαπλασιάσουμε με την αποδοτικότητα του συστήματος. Ο αριθμός που προκύπτει ισούται με την ισχύ του κλιματιστικού.

Για παράδειγμα, εάν ένα σύστημα ηλεκτρονικών καταναλώνει 500 Watt της ισχύος και είναι 20% αποδοτικό, το σύστημα χρησιμοποιεί μόνο 100 Watt της ηλεκτρικής ενέργειας για την πραγματική λειτουργία του. Τα υπόλοιπα 400 Watt διαχέονται υπό μορφή θερμικής ενέργειας.

Επιπτώσεις από την ψυκτική ικανότητα

Στον κόσμο των ηλεκτρονικών, η ψυκτική ικανότητα είναι η μέγιστη ποσότητα της θερμικής ενέργειας που μια κλιμαστική μονάδα μπορεί να απομακρύνει και εμφανίζεται είτε σε Watt ή BTU ανά ώρα (αν είναι απαραίτητη η μετατροπή Watt σε BTU ανά ώρα, πολλαπλασιάστε με 3,413). Η ψυκτική ικανότητα ή η απόδοση ενός συγκεκριμένου κλιματιστικού δεν εξαρτάται μόνο από το συνολικό σχεδιασμό του, αλλά και από διάφορους παράγοντες στη συγκεκριμένη εφαρμογή. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, τη μέγιστη επιτρεπόμενη εσωτερική θερμοκρασία και τη συχνότητα λειτουργίας (Hz).

Η θερμοκρασία περιβάλλοντος (Ta) μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ψυκτική ικανότητα ενός κλιματιστικού. Εάν ένα κλιματιστικό λειτουργεί σε υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος (για παράδειγμα, η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας στα κλιματιστικά Rittal TopTherm είναι 55°C), παρέχει μικρότερη ψυκτική ικανότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή τα κλιματιστικά λειτουργούν «τραβώντας» τον θερμό αέρα από το εσωτερικό του ηλεκτρικού πίνακα, μεταφέροντας τη θερμική ενέργεια έξω στον περιβάλλοντα χώρο. Ο θερμότερος εξωτερικός αέρας, μειώνει την ικανότητα του κλιματιστικού να μεταφέρει μακριά τη θερμική ενέργεια του πίνακα μέσω του συμπυκνωτή. Κατά συνέπεια, η ψυκτική ικανότητα αυξάνει όταν τα κλιματιστικά τοποθετούνται σε περιοχές με χαμηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος δεδομένου ότι η μεταφορά θερμότητας μέσω του συμπυκνωτή στον αέρα του περιβάλλοντος είναι ταχύτερη.

Η μέγιστη επιτρεπόμενη εσωτερική θερμοκρασία (Ti) είναι επίσης σχετική με την ψυκτική ικανότητα ενός κλιματιστικού γιατί καθορίζει πόση θερμική ενέργεια πρέπει να απομακρυνθεί από τον πίνακα και μπορεί να ποικίλει από εφαρμογή σε εφαρμογή. Συνήθως, τα κλιματιστικά διατηρούν τη θερμοκρασία ώστε να μην υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο σημείο ρύθμισης. Το σημείο ρύθμισης των κλιματιστικών για πίνακες κυμαίνεται μεταξύ 30°C και 40°C, ανάλογα με τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα που είναι εγκατεστημένα στον πίνακα. Χαμηλότερα σημεία ρύθμισης της θερμοκρασίας μπορούν εύκολα να οδηγήσουν σε αύξηση της υγρασίας και θα πρέπει να αποφεύγονται.

Παράδειγμα:

Το σημείο ρύθμισης ενός κλιματιστικού είναι στους 35°C και η υστέρηση είναι 5°C. Η θερμοκρασία στο εσωτερικό του πίνακα επιτρέπεται να αυξηθεί έως τους 35°C πριν το κλιματιστικό αρχίσει την ψύξη της θερμοκρασίας έως τους 30°C. Μόλις η θερμοκρασία στο εσωτερικό του πίνακα φτάσει στους 30°C, το κλιματιστικό τίθεται εκτός λειτουργίας έως ότου η θερμοκρασία φτάσει στο σημείο ρύθμισης των 35°C πάλι.

Ο τρίτος παράγοντας που επηρεάζει την ψυκτική ικανότητα ενός κλιματιστικού είναι η συχνότητα λειτουργίας. Στις περισσότερες χώρες του κόσμου η συχνότητα λειτουργίας είναι 50Hz, αλλά υπάρχουν περιοχές όπως η Βόρεια Αμερική που η συχνότητα λειτουργίας είναι 60Hz. Τα κλιματιστικά Rittal TopTherm Plus είναι dual-rated, που σημαίνει ότι μπορεί να λειτουργήσουν σε δύο συχνότητες 50Hz και 60Hz. Αυτό επιτρέπει το ίδιο κλιματιστικό να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διαφορετικά συστήματα τροφοδοσίας και συχνοτήτων λειτουργίας. Όταν ένα κλιματιστικό λειτουργεί στα 60Hz, οι ανεμιστήρες και ο συμπιεστής στην πραγματικότητα περιστρέφονται πιο γρήγορα από ό,τι στα 50Hz, με αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση για το κλιματιστικό στη συχνότητα των 60Hz.

Κατά την αξιολόγηση μιας κλιματιστικής μονάδας με μια συγκεκριμένη ψυκτική ικανότητα, είναι σημαντικό να εξεταστεί υπό ποιες συνθήκες θερμοκρασίας και σε ποια συχνότητα λειτουργίας, παρέχεται αυτή η ψυκτική ικανότητα.

Γιατί ορισμένοι κατασκευαστές καθορίζουν την απόδοση ψύξης διαφορετικά από άλλους

Οι μέγιστες θερμοκρασίες λειτουργίας των κλιματιστικών μπορεί να διαφέρουν μεταξύ των μοντέλων και των κατασκευαστών. Τυπικά, η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας είναι 55°C. Οι θερμοκρασίες αξιολόγησης (μέγιστη εσωτερική και εξωτερική) μπορούν να εμφανιστούν ως L55/L55 ή Ti 35/Ta 35 ή 35°C/35°C. Παραδοσιακά, ο πρώτος αριθμός αντιπροσωπεύει την εσωτερική θερμοκρασία.

Στην Ευρώπη χρησιμοποιείται το πρότυπο DIN 3168/EN 814 part 500, που είναι το ευρωπαϊκό πρότυπο για τον κλιματισμό των πινάκων. Αυτό το πρότυπο κατηγοριοποιεί και παρέχει ένα πιο ρεαλιστικό μέτρο της απόδοσης ψύξης, απαιτώντας από όλους τους κατασκευαστές να χρησιμοποιούν τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας για τον καθορισμό της ψυκτικής ικανότητας - επιτρέποντας στους χρήστες να κάνουν συγκρίσεις.

Η Rittal είναι ένας παγκόσμιος προμηθευτής κλιματιστικών και η ψυκτική ικανότητα που εμφανίζεται στις μονάδες της συμμορφώνεται με τα ισχύοντα πρότυπα.

Χρήσιμα Εργαλεία

Διαγράμματα Απόδοσης Κλιματιστικών

Για τον προσδιορισμό της ψυκτικής ικανότητας ενός κλιματιστικού μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ένα διάγραμμα απόδοσης. Αυτά τα διαγράμματα δείχνουν την απόδοση ψύξης του κλιματιστικού σύμφωνα με τις απαιτήσεις του προτύπου DIN 3168, εξετάζοντας διάφορα σενάρια θερμοκρασίας καθώς και τις ακραίες συνθήκες λειτουργίας. Με αυτό τον τρόπο οι χρήστες μπορούν να αξιολογήσουν πως μια κλιματιστική μονάδα θα λειτουργήσει σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή.

Ανάγνωση του διαγράμματος απόδοσης: Εντοπίστε την κάθετη γραμμή που αντιπροσωπεύει την εξωτερική θερμοκρασία. Εντοπίστε τη διαγώνια γραμμή που αντιπροσωπεύει την εσωτερική θερμοκρασία. Στο σημείο τομής των δύο γραμμών, σχεδιάστε μια γραμμή προς τα αριστερά για να καθορίσει την απόδοση του κλιματιστικού σε εκείνο το σημείο.

Διαστασιολόγηση κλιματιστικού

Κατά την επιλογή μιας κλιματιστικής μονάδας, ο ευκολότερος τρόπος για να καταλάβουμε πως ένα κλιματιστικό θα λειτουργήσει σε δεδομένες θερμοκρασίες είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα λογισμικό διαστασιολόγησης. Αυτά τα εύχρηστα εργαλεία καθοδηγούν τους χρήστες μέσω των διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν μια εφαρμογή και καθορίζουν την ανάγκη για ψύξη. Το λογισμικό διαστασιολόγησης Rittal Therm 6.0 μπορεί να υπολογίσει ποια θα είναι η εσωτερική θερμοκρασία του πίνακα χωρίς κάποια μονάδα ψύξης, να προβλέψει πόσα BTU ή Watt ψυκτικής ικανότητας απαιτούνται στην εφαρμογή και να προτείνει το κατάλληλο μοντέλο κλιματιστικού.

Υπολογισμός απόδοσης του κλιματιστικού

Η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και η αύξηση της αποδοτικότητας είναι ζωτικής σημασίας για την προστασία του περιβάλλοντος, όπως και η εξοικονόμηση χρημάτων κατά τη λειτουργία των κλιματιστικών σε επίπεδο τελικού χρήστη. Ο τύπος για τον προσδιορισμό της απόδοσης ενός κλιματιστικού είναι απλός: είναι η αναλογία μεταξύ της ωφέλιμης ψυκτικής ικανότητας και της κατανάλωσης ενέργειας. Όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής απόδοσης του κλιματιστικού, τόσο πιο αποδοτικό είναι το κλιματιστικό.

Παράδειγμα:

Κλιματιστικό πίνακα :  400V, 50Hz Ψυκτική ικανότητα L35/L35 :  2500 Watt Κατανάλωση ενέργειας L35/L35 :  1295 Watt Συντελεστής απόδοσης ψύξης = 2500 Watt/1295 Watt Συντελεστής απόδοσης ψύξης = 1.93

Οι επιπτώσεις της υγρασίας

Μια αναπόφευκτη παρενέργεια από τη χρήση κλιματιστικών είναι η αφύγρανση του εσωτερικού αέρα του πίνακα. Καθώς το κλιματιστικό κρυώνει τον αέρα, μέρος της υγρασίας συμπυκνώνεται. Είναι σημαντική η αξιόπιστη απόρριψη αυτού του συμπυκνώματος από τον πίνακα, η οποία επιτυγχάνεται με τη χρήση σωλήνων συμπύκνωσης σε συμβατικές μονάδες ή μέσω εξατμιστών συμπύκνωσης σε πιο προηγμένα μοντέλα όπως τα προϊόντα TopTherm PLUS της Rittal.

Η ποσότητα του συμπυκνώματος που δημιουργείται εξαρτάται από τη σχετική υγρασία, τη θερμοκρασία και τον όγκο του αέρα μέσα στον πίνακα, καθώς και τον εξατμιστή.

Το διάγραμμα Mollier h-x χρησιμοποιείται για να δείξει την περιεκτικότητα σε νερό του αέρα ανάλογα με τη θερμοκρασία του και τη σχετική υγρασία.

Διάγραμμα Mollier h-x
για τον υπολογισμό της περιεκτικότητας σε νερό του αέρα

Pd = Μερική πίεση υδρατμών (mbar)

T = Θερμοκρασία αέρα (°C)

X = Περιεκτικότητα σε νερό (g/kg ξηρού αέρα 

1=Σχετική υγρασία

Σημαντικό ρόλο στην ποσότητα του συμπυκνώματος που θα προκύψει σε μια εφαρμογή, παίζει το πόσο αεροστεγής είναι ο πίνακας. Δεδομένου ότι η ποσότητα του αέρα (και επομένως η ποσότητα της υγρασίας) περιορίζεται σε ένα κατάλληλα μονωμένο πίνακα, θα περιοριστεί και η ποσότητα του συμπυκνώματος. Σε περίπτωση που ένας πίνακας δεν είναι κατάλληλα μονωμένος θα δούμε περισσότερη συμπύκνωση. Υγρός αέρας μπορεί να εισέλθει στον πίνακα εάν δεν υπάρχει σωστή μόνωση στους στυπιοθλίπτες καλωδίων, οι πόρτες είναι ανοιχτές και οι φλάντζες των διαφόρων υλικών είναι κατεστραμμένες, με αποτέλεσμα την αυξημένη υγρασία.

Για αυτό το λόγο, οι πίνακες ελέγχου συνιστάται πάντα να λειτουργούν με κλειστές τις πόρτες και όλες οι πλευρές του πίνακα πρέπει να είναι κατάλληλα μονωμένες. Επιπλέον, είναι σκόπιμο να χρησιμοποιούμε ένα διακόπτη πόρτας που θα διακόπτει τη λειτουργία του κλιματιστικού όταν η πόρτα του πίνακα θα ανοίγει και να ρυθμίσουμε την εσωτερική θερμοκρασία του πίνακα τόσο χαμηλά όσο πραγματικά απαιτείται.

Συμπεράσματα

Η επιλογή του σωστού κλιματιστικού στους ηλεκτρικούς πίνακες είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της αποδοτικότητας του εργοστασίου. Γνωρίζοντας ποιους παράγοντες πρέπει να εξετάσετε και αξιολογώντας σωστά τις διαθέσιμες λύσεις, μπορείτε να διασφαλίσετε τη σωστή λειτουργία του εγκατεστημένου εξοπλισμού, να μειώσετε τα σταματήματα της παραγωγής και να εξοικονομήσετε χρήματα μειώνοντας τα έξοδα λειτουργίας και συντήρησης.

πηγές: cooling.ksa.gr 
           control-technology.gr/
           ΑΒΒ.