Кліматизація електрощита: що входить у систему і як вибрати

Кліматизація щита — це комплекс інженерних засобів для відведення надлишкового тепла, підтримання робочої температури та захисту від конденсату всередині електротехнічної оболонки. Коректно розрахована система запобігає аварійним зупинкам ПЛК, перетворювачів частоти, імпульсних блоків живлення та захисної автоматики як у гарячих цехах, так і на відкритому повітрі.

Що таке кліматизація електрощита і навіщо вона потрібна

У технічному розумінні кліматизація це активне або пасивне керування тепловим і вологісним балансом замкненого простору шафи. Будь-який силовий чи напівпровідниковий апарат під навантаженням виділяє тепло. Якщо теплова потужність, яку генерують частотні перетворювачі, контактори, трансформатори та блоки живлення, перевищує здатність стінок корпусу віддавати енергію в навколишнє середовище, температура всередині стрімко зростає.

Методологія розрахунку природного теплового балансу в невентильованих електричних оболонках нормується технічним звітом IEC TR 60890, де враховуються сумарні внутрішні теплові втрати компонентів та ефективна площа розсіювання корпусу. У щільно скомпонованих шафах природної конвекції майже завжди недостатньо. Водночас загальне інженерне правило теплового проєктування вказує, що кожне підвищення робочої температури електронних напівпровідникових компонентів на 10 °C вище кімнатної норми скорочує термін їхньої безвідмовної служби приблизно на 50%. Перегрів також призводить до теплової деградації ПВХ-ізоляції проводів і хибних спрацьовувань теплових розчіплювачів автоматів.

Друга критична загроза — точка роси. При різких добових коливаннях температури (особливо у вуличних або неопалюваних щитах) тепле вологе повітря всередині корпусу охолоджується, а водяна пара осідає краплями на металевих стінках, шинах і друкованих платах. Наслідком стає електрохімічна корозія клем, пробій повітряних проміжків та коротке замикання.

Основні складові системи кліматизації щита

Надійна кліматизація для щитів будується на поєднанні виконавчих механізмів (вентиляторів, обігрівачів) та датчиків-регуляторів, які вмикають їх лише за потреби, заощаджуючи електроенергію і ресурс обладнання.

• Фільтрувальні вентилятори та вихідні решітки. Базовий елемент примусового охолодження. Припливний вентилятор для щита нагнітає прохолодне зовнішнє повітря через пиловий фільтр, створюючи всередині надлишковий тиск, який перешкоджає підсмоктуванню пилу крізь щілини корпусу. У лінійці ESEN представлені моделі від компактного FULL1000 (продуктивність з фільтром/без фільтра — 30/41 м³/год) та середніх FULL2000 (130/184 м³/год), FULL3000 (261/348 м³/год) до потужних промислових FULL5000 (850/925 м³/год) і FULL6500 (1450/1850 м³/год). У пару до них встановлюються вихідні вентиляційні решітки з фільтром ESEN серії FIL: від FIL1000 (монтажний розмір 92×92 мм) та вузької FIL500 (175×61 мм) до великогабаритної FIL3000 (291×291 мм).
• Дахові вентилятори. Коли шафи стоять упритул у ряду і бічні стінки недоступні, застосовують витяжні дахові модулі ESEN. Вони відводять найгарячіше повітря безпосередньо з-під купола шафи. Доступні модифікації зі ступенем захисту IP44 — QFF4000 (384 м³/год), QFF5500 (570 м³/год), QFF6000 (850 м³/год), а також серія IP54 — FULL5500 (570 м³/год), FULL6000 (850 м³/год) і надпотужний FULL1250 (1250 м³/год).
• Щитові нагрівачі. Запобігають падінню температури нижче мінімально допустимої для електроніки та усувають вогкість. Компактний нагрівач у щит автоматики ESEN монтується на стандартну DIN-рейку і має алюмінієвий радіаторний профіль для швидкої конвекції. Залежно від об’єму боксу обирають артикули QHT50W (50W), QHT100W (100W), QHT150W (150W) або QHT200W (200W).
• Керувальні елементи та аксесуари. До них належать біметалеві термостати ESEN (QHT-NC, QHT-NO), електронний гігростат ESEN QHG500, а також пасивний вентиляційний ввід ONKA (артикул 1110191), який вирівнює перепад тиску в герметичних оболонках і відводить вологе повітря без втрати захисту.

Термостати та гігростати: логіка роботи та маркування контактів

Щоб нагрівачі не працювали влітку, а вентилятори не ганяли холодне повітря взимку, у коло живлення встановлюють термостат на DIN-рейку або контролер вологості. Виробники використовують уніфіковане колірне кодування коліщатка уставки, яке одразу вказує монтажнику на тип вбудованого контакту.

• Червоний регулятор (артикул QHT-NC, контакт NC — нормально замкнений). Призначений для керування обігрівом. Щитові термостати з червоним регулятором оснащуються нормально замкненим контактом (NC), який розмикає електричне коло живлення нагрівача лише при досягненні заданої температури повітря всередині шафи. Коли температура знову падає нижче уставки, біметалева пластина повертається у вихідне положення і вмикає обігрів.
• Синій регулятор (артикул QHT-NO, контакт NO — нормально розімкнений). Керує вентиляцією та аварійною сигналізацією перегріву. Щитові термостати із синім регулятором мають нормально розімкнений контакт (NO), який замикається для увімкнення вентиляторів або сигналізації при підвищенні температури понад установлене значення. Стандартною цільовою внутрішньою температурою для налаштування охолодження електротехнічних шаф за методикою випробувань DIN 3168 (режим L35/L35) є поріг +35 °C, що запобігає перевантаженню охолоджувачів і виходу електроніки з ладу (детальніше в огляді Rittal).
• Електронний гігростат (ESEN QHG500). Контролює відносну вологість у діапазоні 35–95% RH за робочої температури −10…+60 °C. Конденсат усередині закритих електрощитів активно починає утворюватися при перевищенні відносної вологості повітря 65%, тому значення 60–65% RH є стандартною уставкою для ввімкнення антиконденсатних нагрівачів через гігростат (рекомендації Essentra Components). Детальніше про вибір точки спрацьовування читайте у статті про те, як налаштувати гігростат для щита.

Комплекти кліматизації для різних умов експлуатації

Вибір конфігурації напряму залежить від місця встановлення шафи. Те, що ідеально охолоджує щит у чистому електроприміщенні, за лічені тижні виведе його з ладу на відкритому майданчику або в цеху деревообробки.

Для опалюваних приміщень основним завданням є скидання тепла від частотників та автоматів. Точний підбір кубатури повітря описаний у матеріалі про розрахунок продуктивності вентилятора для щита. Натомість у вуличних шафах наскрізна вентиляція небажана через ризик затягування туману та дрібного снігу: тут використовують герметичні корпуси, де підвищення внутрішньої температури в електричній шафі всього на 5 °C (9 °F) відносно навколишнього середовища зсуває точку роси та надійно блокує утворення вологи на внутрішніх металевих поверхнях.

У запилених цехах примусова щитова вентиляція з фільтраційними решітками зберігає ступінь захисту оболонки IP54 або IP55 згідно зі стандартом IEC 60529 за умови використання ущільнювальних прокладок і штатних фільтроматеріалів класу не нижче G2–G3 (дані Universal Air Filter). Проте забитий пилом килимок знижує потік повітря на 50–70%, тому регламентне чищення або заміна вкладишів є обов’язковими.

Схеми підключення термостата, гігростата та нагрівача

Комутація елементів мікроклімату виконується у вторинних колах власних потреб щита (зазвичай 230 В AC) через окремий автоматичний вимикач або клему із запобіжником.

1. Пряме ввімкнення нагрівача через термостат NC. Фазний провідник (L) після захисного автомата подається на вхідний затискач термостата ESEN QHT-NC. З вихідного затискача термостата фаза йде на нагрівач (наприклад, QHT100W), а другий вивід нагрівача підключається до нейтралі (N). Поки в щиті холодно, контакт замкнений і обігрівач працює.
2. Паралельне підключення гігростата і термостата NC на один нагрівач. Найефективніша схема для вуличних шаф. Фаза (L) подається одночасно на входи термостата QHT-NC і гігростата QHG500, а їхні виходи об’єднуються і живлять спільний нагрівач (наприклад, QHT150W або QHT200W). Таким чином, обігрів увімкнеться за логікою «АБО»: або коли вдарить мороз (спрацює термостат), або під час теплої осінньої зливи при вологості понад 65% (спрацює гігростат).
3. Підключення вентилятора через термостат NO. Фаза проходить крізь нормально розімкнений контакт QHT-NO на двигун вентилятора (серії FULL або QFF). Якщо сумарна потужність вентиляторів або пускові струми перевищують комутаційну здатність контакту терморегулятора, у схему додають проміжне реле або модульний контактор.

Правила розміщення компонентів і типові помилки монтажу

Навіть правильно підібрана кліматизація щита не працюватиме, якщо порушити аеродинаміку та теплофізику всередині корпусу. Під час складання НКУ дотримуйтеся базових монтажних правил:

• Діагональна продувка знизу вгору. Припливний вентилятор завжди врізають у нижній третині бічної стінки або дверей (на нагнітання в шафу), а вихідну решітку FIL — у максимально високій точці протилежної стінки. Це змушує повітря проходити по діагоналі крізь усі ряди обладнання, допомагаючи природній конвекції.
• Нижнє розташування нагрівачів із безпечними зазорами. Оскільки тепле повітря піднімається вгору, нагрівачі QHT50W–QHT200W монтують у самій нижній зоні шафи. Над корпусом нагрівача обов’язково залишають вільний простір (не менше 100–150 мм до перфорованого кабель-каналу чи пластикових корпусів апаратів), щоб висхідний тепловий факел не оплавив пластик.
• Коректна зона для датчиків. Типова помилка — встановлення термостата QHT-NC безпосередньо над нагрівачем: гарячий потік миттєво нагріє біметал, і обігрівач вимкнеться за 30 секунд, залишивши решту шафи холодною. Аналогічно не можна ставити синій термостат QHT-NO навпроти припливного вентилятора. Регулятори розміщують у верхній або середній частині щита на віддалі від прямих потоків повітря та гарячих радіаторів.

Часті запитання

Куди правильно дути вентилятору щита — всередину чи назовні?

Бічний фільтрувальний вентилятор (наприклад, серії ESEN FULL) штатно встановлюється на нагнітання повітря всередину шафи. Це створює всередині корпусу невеликий надлишковий тиск, завдяки чому все повітря гарантовано проходить через вхідний фільтр, а пил не засмоктується крізь кабельні вводи та дверні ущільнювачі. На витяжку (назовні) працюють спеціалізовані дахові вентилятори.

Чому в герметичному щиті IP65 з’являється вода, якщо дощ туди не потрапляє?

Вода всередині герметичної шафи — це конденсат, який випадає з повітря, що вже було всередині корпусу. Під час денного нагрівання та нічного охолодження створюється перепад тиску, корпус «дихає» мікродозами зовнішнього вологого повітря, а при переході через точку роси пара конденсується на холодних стінках. Для усунення цього ефекту встановлюють вентиляційний ввід ONKA 1110191 разом із нагрівачем та гігростатом QHG500.

Чи можна підключити нагрівач у щит напряму без термостата?

Підключати резистивні або потужні щитові нагрівачі (100–200 Вт) напряму без термостата QHT-NC або гігростата не рекомендується. У теплу пору року постійно увімкнений обігрівач спричинить критичний перегрів релейної та електронної апаратури всередині закритої шафи, а також призведе до зайвої витрати електроенергії.

Яку температуру та вологість виставляти на регуляторах у щиті автоматики?

Для синього термостата охолодження (NO) оптимальною є уставка +35 °C, яка підтримує безпечний тепловий режим для ПЛК і частотних перетворювачів. На червоному термостаті обігріву (NC) для захисту від замерзання та роси зазвичай виставляють +5…+15 °C, а на гігростаті — 60–65% відносної вологості.

Джерела

• IEC TR 60890 — розрахунок перевищення температури в щитах (GlobalSpec)
• Rittal — Thermal Management в електрошафах
• Essentra Components — як запобігти конденсату в електрошафах
• Universal Air Filter — IP54/IP55/IP65 у вентильованих оболонках