Miniaturyzacja elektrycznych i elektronicznych modułów oraz wzrost zakresu funkcjonalności powoduje rosnące zwiększenie gęstości upakowania w szafach sterowniczych i powstawanie coraz większych strat mocy na jednostkę objętości. Coraz częściej obserwowane są zakłócenia produkcji przez termiczne przeciążenie przetwornic, sterowników, komputerów, sterowników PLC, kondensatorów elektrolitycznych lub innych układów elektroniki energetycznej. Oprócz bezpośrednich kosztów naprawy lub wymiany dochodzą koszty czasów przestoju produkcji, które zazwyczaj są dużo większe niż koszty popsutych podzespołów. Dlatego też warto zwrócić uwagę na zastosowanie odpowiedniego systemu chłodzenia szaf sterowniczych.

Zakłócenia w przebiegu produkcji, spowodowane błędnym działaniem elektronicznych sterowników, zyskują ostatnio na znaczeniu. Postawienie diagnozy „termiczne przeciążenie” nie jest trudne, gdy porówna się gęstość upakowania w szafach sterowniczych przed 20 laty i dzisiaj (rys. 2 i 3).

Spotykając się na co dzień z powtarzającymi się błędami i problemami w zakresie klimatyzacji i chłodzenia, Rittal wraz z uznanymi specjalistami z firm Audi (Ingolstadt), Daimler (Mettingen), Siemens (Chemnitz i Erlangen), Niles-Simmons (Chemnitz), Felsomat (Königsbach-Stein), Eplan (Monheim) zbudował zespół, którego celem było zebranie i przygotowanie gotowych wytycznych w celu uniknięcia błędów przy zastosowaniu chłodziarek i wymienników ciepła oraz przy kompleksowych rozbudowach płyt montażowych.
Wypracowane wytyczne bazują zarówno na wartościach doświadczalnych zaangażowanych firm w zakresie klimatyzacji szaf sterowniczych, jak i na wynikach symulacji komputerowych (analizy CFD) dotyczących rozwoju temperatury w szafach sterowniczych. Przykładowy matematyczny model zobrazowany na rysunkach 4 i 5 przedstawia podstawowe zależności pomiędzy strumieniem chłodnego powietrza a wynikającym rozdziałem temperatury. Rozwiązania i wyniki odnoszące się do firmowych elementów konstrukcyjnych, mogą być przenoszone również na porównywalne komponenty.
Podstawa skutecznej i energooszczędnej klimatyzacji szafy sterowniczej tworzona jest poprzez prawidłowe rozmieszczanie wewnątrz urządzeń i materiałów eksploatacyjnych. Stosowana dotychczas zasada: „Ciężkie na dole, lekkie u góry” ciągle ma znaczenie, ponieważ ten rodzaj zabudowy, obok „komfortu” podczas montażu, ma decydujące znaczenie dla położenia punktu ciężkości. Jednak dzisiaj coraz większe znaczenie ma również „termotechniczne sąsiedztwo”.

Rozmieszczenie komponentów i prowadzenie powietrza w szafie sterowniczej
Jeśli urządzenie zasysa gorące powietrze z sąsiedniego urządzenia, może szybko dojść do termicznego przeciążenia z całkowitą awarią, błędnego działania lub przynajmniej znacznego skrócenia żywotności. Podczas montażu i rozmieszczania najważniejsze są dane techniczne urządzeń, a szczególnie wymieniane w nich wartości orientacyjne oraz restrykcje odnośnie chłodzenia (kierunek montażu, wolna przestrzeń) a także odnośnie zgodności elektromagnetycznej (EMC). W szczególności w przypadku komponentów oddających ciepło, rozmieszczanych jeden nad drugim, muszą zostać uwzględnione wymagalne minimalne odstępy pomiędzy nimi.
Na przykład dla zespołu napędowego należałoby szczególnie zwrócić uwagę, czy powyżej i poniżej komponentów zachowane są wystarczająco duże odstępy dla niezakłóconego przepływu powietrza, a kratki wentylacyjne nie są zasłonięte. W celu zapewnienia zgodności elektromagnetycznej należy zachować maksymalną długość przeważnie ekranowanych kabli mocy dla przewodów silnikowych i sieciowych. Generalnie rozmieszczenie komponentów powinno przebiegać jednoliniowo. Jeśli ze względu na ograniczoną ilość miejsca możliwa jest tylko zabudowa wielopoziomowa, konieczne jest zastosowanie prowadzenia powietrza chłodzącego poprzez kanały, czy dodatkowe filtry.

Obiegi cyrkulacji powietrza przy chłodziarkach szaf sterowniczych
(...)

Zapewnia chłodzenie:
obieg powietrza zimnego
(...)

Unikanie pułapek przy prowadzeniu powietrza kanałami
(...)

***

W kolejnych częściach zaprezentujemy: Wybór i określanie wielkości agregatów do odprowadzania ciepła z szaf sterowniczych” (część 2), „Rozwiązania specjalne i obciążone otoczenie” (część 3) oraz „Wybór temperatury, usuwanie wilgoci i zarządzanie kondensatem” (część 4).

Więcej informacji na stronie: www.rittal.pl i www.lampertz.pl