Звоните нам по телефону

Способы регулирования температуры в шкафах управления

В современных условиях для промышленных процессов все больше внимания уделяется проблемам экологии и способам эффективного расхода электроэнергии. Поэтому теперь при выборе оборудования руководствуются также таким критерием, как энергоэффективность.

С развитием промышленности оборудование становится все более сложным и для контроля и управления им в распределительных шкафах используется более мощное оборудование. В связи с повышением тепловыделения от электроприборов в шкафу управления, задача обеспечения оптимального микроклимата становится все более значимой. В данной статье мы рассмотрим наиболее эффективные решения для обеспечения правильной температуры в распределительных шкафах автоматики.




Зачем нужен шкаф управления и автоматики?

Основной задачей электротехнического щита управления является защита электроприборов и компонентов оборудования от влияния температуры, влажности, пыли, агрессивных сред и прочих внешних факторов.

Если в шкафу управления недостаточная защита от негативного воздействия окружающей среды, электроприборы в нем могут выйти из строя, что приведет не только к необходимости обновления дорогостоящих компонентов, но и к поломке и остановке всей производственной линии. Поэтому главная задача щита управления – это обеспечение долгосрочной защиты электрооборудования и компонентов.

В зависимости от типа окружающей среды необходимо применять шкафы управления с определенными степенями защиты. Коды степеней защиты обозначаются цифрами, основные обозначения степеней защиты можно посмотреть в таблице:

Степени защиты IP от проникновения

Степени защиты IP от воды




Зачем нужно охлаждение  электротехнического шкафа автоматики?

Наряду с отрицательным влиянием повышенной влажности и пыли, перегрев является наиболее частой причиной выхода из строя электронных компонентов в шкафах управления.

Если сравнивать современные шкафы автоматики и те, которые изготавливались несколькими годами ранее, сейчас тепловыделение отдельных элементов в шкафу управления становится намного меньше, чем раньше. Однако вместе с этим в щитах автоматики сейчас помещается намного большее количество различных компонентов, и из-за этого общее тепловыделение шкафа автоматики повысилось примерно на 50-60%.

При повышенном тепловыделении в шкафу повышается температура воздуха, что приводит к перегреву, уменьшению срока службы устройств. При превышении оптимальной температуры даже на 10 градусов, срок службы устройств уменьшается вдвое (смотрите уравнение Аррениуса).




Типы отвода тепла

Для обеспечения беспрерывной работы производственного оборудования очень важным является способ отвода тепла из электротехнического шкафа управления.

Есть такие варианты теплопередачи:

  • Конвекция

  • Теплопроводимость

  • Излучение

Наиболее частые типы передачи тепла, которые встречаются в шкафах управления, это конвекция и теплопроводность. Наличие данных типов теплопередачи зависит от типа шкафа управления (открытый или закрытый), его герметичности и прочих факторов.

В шкафах управления открытого типа избыточное тепло отводится при помощи воздушного потока за пределы шкафа, таким образом, это теплопроводность. Когда щит управления закрыт, то отвод тепла может осуществляться лишь через стенки корпуса – конвекцией.

Охлаждение шкафа управления через стенки корпуса при температуре окружающей среды ниже рекомендуемой в шкафу



Тип:

  • Охлаждение через стенки корпуса шкафа

Тип защиты:

  • До IP 68

Максимальная мощность охлаждения:

  • 350 Вт

Преимущества:

  • Без затрат

  • Высокая защита

Недостатки:

  • Неравномерность охлаждения


Охлаждение воздушным потоком (теплопроводность) при температуре окружающей среды ниже рекомендуемой в шкафу



Тип:

  • Охлаждение потоком воздуха

Тип защиты:

  • До IP 21

Максимальная  мощность охлаждения:

  • 500 Вт

Преимущества:

  • Без затрат

Недостатки:

  • Низкая степень защиты

  • Неравномерность охлаждения

Тип отвода тепла нужно выбирать не только в зависимости от типа шкафа (открытый или закрытый), но в первую очередь от того, насколько высокая температура снаружи шкафа и какая максимально допустимая температура для оборудования внутри.

Для решения вопроса о том, можно ли использовать отвод тепла через стенки корпуса, необходимо произвести следующие вычисления.

(Ti – Tu) = Qv /(k · A)

Ti – максимальная допустимая температура внутри шкафа управления

Tu – температура снаружи

Qv – тепловыделение от оборудования

k – коэффициент теплопередачи (чаще всего шкафы изготавливаются из листовой стали с коэффициентом теплопередачи 5,5 Вт/м2 K)

А – площадь поверхности стенок шкафа в м2

Пример расчетов:

Возьмем шкаф с тепловыделением электроприборов Qv равным 500 Вт

Площадь поверхности корпуса электрошкафа (ШxВxГ=600x2000x600 мм) A = 5,16 м²;

Температура воздуха снаружи Tu равна 20°C

Тогда разница температур будет равна:

(Ti – Tu) = 500/( 5,5 · 5,16) =17

Таким образом температура внутри шкафа при указанном тепловыделении и площади поверхности будет равна 20+(20-17) =23 градуса.

Вывод: В результате вычислений понятно, что теплоотдачи через поверхность шкафа будет достаточно при данных параметрах и можно не применять дополнительные элементы вентиляции.

Расчет теплоотвода: физические основы

Для того, чтобы правильно подобрать способы контроля микроклимата шкафа управления, нужно правильно рассчитать параметр тепловыделения Qv от компонентов, установленных в нем. Также нужно произвести расчет таких показателей:



Значение максимальной температуры в электрошкафу Ti выбирается зависимо от типов электроприборов в нем. В соответствии с МЭК 60 204-1 "Безопасность машин" оборудование должно функционировать при определенных значениях температуры воздуха. Минимальные требования – бесперебойная работа оборудования при температурном диапазоне от 5 до 40 °С. Возьмем среднее значение температуры в +35°С.

Температура внутри шкафа – это основа для проведения всех необходимых расчетов для систем микроклимата шкафов управления.

Кроме выше описанных параметров нужно еще определить площадь поверхности шкафа, граничащая с окружающей средой, которая зависит от типа установки.

Величина тепловой мощности, которая будет поглощаться из окружающей среды или поглощаться в нее, находится в зависимости от метода установки электрощита управления. Так шкаф автоматики, который размещен отдельно, при более низкой температуре снаружи шкафа отдает больше тепла окружающему воздуху, чем тот, который закрыт с нескольких сторон в нише.

Эффективная поверхность щита управления

Эффективная поверхность вычисляется в зависимости от типа установки.




Критерии выбора

В зависимости от температуры окружающей среды и рекомендованной температуры внутри распределительного шкафа можно определить, какой тип контроля микроклимата возможен.

Пассивный метод контроля

Естественная конвекция

Ti > Tu

Активный метод контроля

Циркуляция воздуха

Ti > Tu

Фильтрующие вентиляторы и выходные фильтры

Ti > Tu

Воздухо-воздушные теплообменники

Ti > Tu

Воздухо-водяные теплообменники

Ti < Tu

Системы обратного/водяного охлаждения

Ti < Tu

Холодильные агрегаты

Ti < Tu

В таблице ниже вы можете посмотреть возможные типы контроля микроклимата, в зависимости от мощности охлаждения и уровня защиты шкафа автоматики.

Методы охлаждения, их степени защиты и мощности


Зачем нужны обогреватели шкафов автоматики ОША?

Не только перегрев представляет опасность для электрооборудования в шкафу управления, низкие температуры не менее опасны. Поэтому для предотвращения образования конденсата и защиты от низких температур воздух внутри шкафа управления нужно обогревать.

Компанией Термоэлемент были разработаны эффективные обогреватели ОША со специальной конструкцией решетки радиатора для максимальной теплоотдачи.

Для равномерности и эффективности обогрева очень важным фактором является место установки обогревателя в шкафу. Для максимального эффекта обогреватель должен располагаться в нижней части распределительного шкафа, это обеспечит большую равномерность распределения тепла.

Для повышения циркуляции воздуха и увеличения эффективности обогрева можно использовать обогреватели шкафов управления с вентилятором. Также нами была разработана модель обогревателей ОША с повышенной защитой от пыли и влажности.

Для правильного подбора нагревателей ОША для определенного шкафа управления необходимо произвести расчет оптимальной мощности нагрева.



Пример расчета:

Свободно стоящий шкаф с размерами ШxВxГ = 600х2000х500 мм

Минимальная температура воздуха снаружи шкафа Tu = –5°C

Минимальная температура воздуха внутри шкафа Ti = +10°C

Нужная мощность нагрева рассчитывается по формуле

Q = A · k · (Ti – Tu)

Где k = коэффициент теплопередачи, для листовой стали равный 5,5 Вт/м²K

A – площадь эффективной поверхности = 4,38 м²

Qh = 4,38м² · 5,5 Вт/м² K · (10 – (- 5)) = 361 Ватт

Результат:

Нужно выбрать обогреватель с мощностью обогрева минимум 361 Ватт, это два нагревателя по 200 Вт.

Для быстрого и точного расчета необходимой мощности нагрева ОША можно воспользоваться калькулятором ОША или звоните нам для получения бесплатной консультации по обеспечению оптимального микроклимата в шкафах управления.

При установке электрообогревателя шкафа управления нужно обращать внимание:

  • Установку нужно производить по возможности внизу посередине на высоте до панели основания более 100 мм

  • Обогреватель ОША должен размещаться под защищаемыми компонентами

  • Расстояние до боковых стенок шкафа более 50 мм

  • Расстояние до компонентов с термопластичными материалами более 35 мм

Для контроля за температурой внутри шкафа также рекомендуется использовать терморегулятор для ОША.

Активный отвод тепла

Теплоотвод принудительной циркуляцией воздуха Ti > Tu

(температура воздуха снаружи ниже рекомендованной внутри)

Для улучшения передачи тепла в окружающую среду через стенки электрощита управления применяются вентиляторы, которые обеспечивают циркуляцию воздуха и улучшают равномерность распределения температуры внутри шкафа автоматики.



Тип:

  • Охлаждение принудительной циркуляцией воздуха

Уровень защиты:

  • До IP 68

Максимальная мощность охлаждения:

  • 350 Вт

Преимущества:

  • Отсутствие скоплений тепла благодаря циркуляции

Недостатки:

  • Небольшая мощность охлаждения

Какой объемный расход должен развивать такого типа вентилятор можно определить по формуле:

V = f · Qv /(Ti – Tu)

Где V - требуемый объемный расход ,

f - постоянная воздуха,

Qv - тепловыделение от электронных компонентов в шкафу

Ti - рекомендуемая температура внутри шкафа

Tu - температура окружающей среды

Данный способ охлаждения имеет значительные ограничения, связанные с температурой окружающей среды.

Теплоотвод фильтрующими вентиляторами Ti > Tu

Конечно, с большой точностью вычислить параметр тепловыделения сложно, однако сейчас почти все производители шкафов управления указывают этот параметр в технической документации.

Чаще всего применение только конвекции бывает недостаточным для эффективного поддержания температуры внутри шкафа управления на уровне 35 градусов. Тогда на помощь приходит метод охлаждения с фильтрующими вентиляторами.


Тип охлаждения:

  • Фильтрующие вентиляторы

Уровень защиты:

  • До IP 54/IP 55

Максимальная мощность охлаждения:

  • 2000 Вт

Преимущества:

  • Недорогой и эффективный метод

Недостатки:

  • Требует периодической замены прокладок фильтров при загрязненном воздухе

Для определения наиболее оптимального способа охлаждения или обогрева шкафа управления обращайтесь к нашим специалистам по телефону или по электронной почте. Мы поможем произвести все необходимые расчеты и подберем наиболее подходящее решение для Вашего случая.


Возврат к списку


Задать вопрос