Гігростат для щита: навіщо потрібен та як правильно налаштувати

Випадання роси всередині електрошафи здатне вивести з ладу частотні перетворювачі, контролери та силову комутацію навіть у герметичних оболонках. Правильно підібраний гігростат для щита автоматично відстежує наближення точки роси й вмикає обігрів або вентиляцію лише тоді, коли рівень вологості стає критичним. У статті розглянемо фізику утворення конденсату, відмінності між регуляторами вологості й термостатами, вибір порогової уставки та схеми підключення в низьковольтних комплектних пристроях (НКП).

Що таке щитовий гігростат і як він функціонує

Гігростат це спеціалізований електромеханічний або електронний датчик-реле, призначений для контролю відносної вологості повітря (RH — Relative Humidity) всередині замкненого об’єму електрошафи. На відміну від побутових вологомірів, промислові апарати розраховані на безперервну роботу в умовах електромагнітних завад і вібрацій та оснащені кріпленням під стандартну DIN-рейку 35 мм.

За принципом дії вимірювального елемента щитові регулятори поділяють на два типи:

• Електромеханічні (синтетичні/поліамідні). Чутливий елемент складається зі спеціально оброблених полімерних волокон або стрічок, які змінюють свою лінійну довжину при поглинанні водяної пари з повітря. Розтягування чи стискання стрічки через систему важелів безпосередньо натискає на мікроперемикач. Перевага таких пристроїв — повна енергонезалежність вимірювального вузла та висока стійкість до імпульсних перешкод.
• Електронні (ємнісні або резистивні). Використовують напівпровідниковий сенсор, діелектрична проникність або опір якого змінюється пропорційно вологості. Вони точніші, швидше реагують на різкі перепади мікроклімату, але потребують стабільного живлення для роботи власної плати керування.

Комутаційна частина більшості промислових моделей побудована на базі перекидного контакту (CO — Change-Over) або окремих клем NO (нормально відкритий) та NC (нормально закритий). Наприклад, гігростат QHG-500 бренду ESEN працює в мережах змінного струму 110–250 В, оснащений перекидною групою NO/NC та дозволяє регулювати поріг спрацьовування в широкому діапазоні. Ресурс контактної групи якісних промислових гігростатів становить понад 50 000–100 000 циклів комутації при навантаженні до 5 А при 250 В AC.

Фізика конденсату в шафі: чому високий ступінь IP не рятує

Поширена помилка при проєктуванні вуличних і цехових щитів — покладатися виключно на герметичність корпусу класу IP65 або IP66. Ущільнювальна поліуретанова гума на дверцятах і сальники надійно захищають від прямих струменів води та пилу, але не здатні зупинити дифузію водяної пари та перепади тиску.

Механізм накопичення води в герметичній шафі базується на ефекті теплового «дихання» корпусу:

1. Вдень під дією сонячного проміння або тепла від працюючих автоматів, пускачів і блоків живлення повітря всередині оболонки розширюється, створюючи надлишковий тиск і частково виходячи назовні через мікропори ущільнювачів і кабельних вводів.
2. Вночі або після аварійної зупинки обладнання повітря в щиті швидко охолоджується, його об’єм зменшується, і всередині виникає розрідження (вакуумний ефект).
3. Через ті самі мікрозазори шафа втягує порцію зовнішнього вологого повітря. Протягом кількох тижнів таких циклів вологість всередині закритого щита зрівнюється з вуличною або навіть перевищує її.

Коли температура металевої або пластикової стінки корпусу опускається нижче точки роси для поточної концентрації водяної пари, волога миттєво переходить із газоподібного стану в рідкий. Краплі осідають на найхолодніших поверхнях — зазвичай це нижня частина дверцят, монтажна панель, мідні шини та плати електроніки. За стандартом BS EN IEC 61439-1, конденсат здатний перевести ступінь забруднення (Pollution Degree) всередині шафи з неелектропровідного PD2 у провідний стан, що різко підвищує ймовірність діелектричного пробою ізоляції.

Навіть тонкої плівки роси, змішаної з виробничим пилом, достатньо для утворення поверхневих струмів витоку, перекриття міжфазних проміжків, окислення пружинних і гвинтових затискачів та помилкових спрацьовувань ПЗВ і дискретних входів ПЛК.

Гігростат проти термостата: порівняльна таблиця рішень мікроклімату

Для боротьби з вологою в щитах часто встановлюють лише біметалевий термостат (наприклад, на +5 °C або +10 °C) у парі з обігрівачем. Така схема захищає від замерзання взимку, проте виявляється безсилою у вологі весняно-осінні періоди або влітку після грози. Якщо на вулиці +18 °C і відносна вологість становить 90%, термостат вважає температуру нормальною і не вмикає підігрів. При зниженні нічної температури до +15 °C у щиті випадає рясний конденсат, хоча поріг у +10 °C так і не був досягнутий.

Саме тому професійна кліматизація для щитів вимагає роздільного або комбінованого контролю обох параметрів — температури й відносної вологості.

Як видно з таблиці, заміна постійно увімкненого обігріву на керування за вологістю суттєво заощаджує електроенергію та подовжує ресурс самого нагрівального елемента, оскільки він не перегріває суху шафу без потреби.

Налаштування гігростата: оптимальні порогові значення

Головне питання під час пусконалагоджувальних робіт — яку цифру виставити на коліщатку регулятора. Згідно з дослідженнями виробників промислового кліматичного обладнання, критичний рівень відносної вологості для більшості електронних та комутаційних компонентів становить 65% RH: перевищення цього порогу запускає прискорені процеси електрохімічної корозії контактних груп та ризик утворення рідкої роси.

Отже, базове правило: налаштування гігростата для стандартної шафи керування або розподільчого щита виконується на уставку 60–65% RH. Встановлювати поріг нижче 50% RH недоцільно — у більшості кліматичних зон природна вологість повітря рідко буває настільки низькою, тому нагрівач у негерметичній шафі працюватиме практично без зупинки.

Під час вибору уставки необхідно враховувати такий параметр, як гістерезис (диференціал перемикання). Електромеханічні гігростати серії MFR мають фіксований диференціал перемикання близько 4% RH (з допуском ±3%), що виключає високочастотне брязкотіння контактів реле при коливаннях вологості біля уставки. На практиці це означає: якщо ви встановили регулятор на 65% RH, контакти замкнуть коло нагрівача при підйомі вологості до 65%, а розімкнуть його лише тоді, коли повітря підсохне приблизно до 61% RH.

Чому нагрівач висушує повітря, якщо волога нікуди не дівається із закритого корпусу? Справа у фізичній різниці між абсолютною та відносною вологістю. Тепле повітря здатне утримувати в собі значно більше водяної пари у стані газу, ніж холодне. За розрахунками інженерів North American Clean Energy, для запобігання випаданню конденсату на внутрішніх елементах достатньо підняти температуру всередині корпусу всього на 3–5 °C вище температури навколишнього середовища, що зміщує точку роси і знижує відносну вологість RH% до безпечних меж.

Схеми електричного підключення: гігростат, нагрівач і вентиляція

Вибір клем підключення залежить від того, яким виконавчим пристроєм керує датчик — обігрівачем чи витяжним вентилятором. Універсальні апарати з перекидним контактом дозволяють реалізувати обидва сценарії.

Схема 1: Гігростат і нагрівач (робота на осушення підігрівом)

Коли вологість у щиті перевищує задані 65% RH, контакт гігростата має замкнутися і подати фазу на позисторний обігрівач, наприклад, із лінійки нагрівачі в щити автоматики ESEN серії QHT (потужністю 50W, 100W, 150W або 200W). У документації на кліматичну техніку такий контакт часто позначають як NO (замикається при перевищенні уставки вологості). Фазний провідник (L) від автомата захисту вторинних кіл подається на загальну клему (COM) гігростата, а з вихідної клеми замкненого при вологості контакту йде на вхід нагрівача. Нульовий робочий провідник (N) підключається до нагрівача напряму.

Схема 2: Паралельне підключення з термостатом

Для вуличних шаф найкращий результат дає комбінація, де термостати на DIN-рейку (модифікація QHT-NC з нормально замкненим контактом на обігрів) та гігростат увімкнені паралельно перед одним спільним PTC-нагрівачем:

• У сиру теплу погоду нагрівач вмикається через контакти гігростата (при RH > 65%).
• У сухий зимовий мороз, коли відносна вологість низька, нагрівач примусово запускається через контакти термостата (при T < +5 °C), не даючи замерзнути акумуляторам та рідкокристалічним екранам.

Потужність кола зазвичай не перевищує 150–300 Вт, тому струм навантаження становить близько 0,7–1,5 А, що дозволяє комутувати нагрівачі напряму контактами датчиків без проміжних контакторів.

Схема 3: Керування примусовою вентиляцією та природний дренаж

У великих промислових шафах із потужним тепловиділенням та наявністю дренажу вигідніше не гріти повітря, а видувати надмірну вологу назовні, використовуючи вентилятор з решіткою та фільтром ESEN серії FULL або дахові витяжні модулі QFF. Таке рішення працює лише за умови, що зовнішнє повітря в цеху сухіше за повітря всередині шафи. Додатково для вирівнювання тиску та зменшення ефекту «дихання» корпусу в стінки оболонки монтують пасивні компенсатори тиску та вентиляційні вводи, такі як артикул 1110191 від ONKA.

Монтаж на DIN-рейку та типові інженерні помилки

Навіть справний і точно відкалібрований датчик працюватиме некоректно, якщо порушити правила його просторового розміщення на монтажній панелі. Згідно з технічним посібником Manuals+ для серії MFR, монтаж щитових гігростатів здійснюється на стандартну DIN-рейку 35 мм за стандартом DIN EN 60715, а максимальний допустимий момент затягування клемних гвинтів для кабелів до 2,5 мм² становить 0,5 Нм.

Щоб виключити похибки вимірювання вологості під час збирання НКП, дотримуйтеся трьох монтажних вимог:

• Вибір висоти встановлення. Найбільш холодне і, відповідно, найвологіше повітря завжди концентрується внизу. Інструкції виробників шафової кліматики вимагають розташовувати датчик вологості в нижній або середній частині шафи, де ризик досягнення точки роси виникає найпершим.
• Безпечна дистанція від джерел тепла. Категорично заборонено ставити гігростат над нагрівачем або впритул до нього. Необхідно витримувати відступ не менше 100 мм (а краще 150–200 мм убік) від нагрівальних елементів, гарячих радіаторів блокiв живлення та гальмівних резисторів. Інакше висхідний потік гарячого повітря від нагрівача за кілька секунд обігріє корпус самого гігростата, і він передчасно вимкне обігрів, залишивши решту шафи сирою.
• Вільна циркуляція повітря. Перфоровані прорізи в корпусі приладу, де схована чутлива поліамідна стрічка чи електронний сенсор, не повинні перекриватися джгутами проводів або прилягати впритул до стінки перфорованого кабель-каналу.

Під час проведення планового ТО щитового обладнання не рекомендується продувати прорізи гігростата стисненим повітрям із компресора під високим тиском або промивати їх розчинниками — це миттєво руйнує калібрування синтетичних волокон та виводить з ладу ємнісні сенсори. Достатньо обережно видалити поверхневий пил сухою м’якою щіткою.

Часті запитання

На який відсоток вологості виставляти гігростат в електрощиті?

Оптимальне значення уставки для більшості розподільчих щитів та шаф автоматики становить 60–65% RH. Це поріг, до якого електрохімічна корозія металів протікає мінімально, а ризик утворення крапельного конденсату на шинах і платах при різкому похолоданні ще не настає. Нижчі значення (40–50%) призведуть до невиправданої перевитрати електроенергії нагрівачем.

Чи можна підключити обігрівач щита тільки через гігростат без термостата?

У приміщеннях із плюсовою температурою (сирі підвали, мийки, насосні станції) одного гігростата цілком достатньо. Проте для вуличних шаф у нашій кліматичній зоні обов’язкова паралельна зв’язка «гігростат + термостат»: взимку при сильних морозах повітря стає сухим, гігростат не спрацює, і обладнання без термостата перемерзне.

Як швидко перевірити працездатність механічного гігростата після монтажу?

При поданій напрузі плавно поверніть регулятор уставки в бік мінімальних значень (наприклад, до 20–30% RH). Оскільки поточна вологість у приміщенні зазвичай становить 40–60%, ви почуєте характерне клацання мікроперемикача, і нагрівач почне працювати. Після перевірки обов’язково поверніть коліщатко на робочу позначку 60–65% RH.

Де саме в шафі правильно монтувати зв’язку з нагрівача і гігростата?

Сам PTC-нагрівач монтують у самій нижній точці шафи, щоб тепле повітря піднімалося вгору за законами конвекції та прогрівало весь об’єм. Гігростат розміщують у нижній третині або посередині щита, але обов’язково зі зміщенням убік від вертикальної осі нагрівача та на відстані щонайменше 100–150 мм від нього.

Джерела

• Professional Electrician
• Thermal Edge
• North American Clean Energy
• Manuals+