Климатизация электрощита: входящая в систему и как выбрать

Климатизация щита – это комплекс инженерных средств для отвода избыточного тепла, поддержания рабочей температуры и защиты от конденсата внутри электротехнической оболочки. Корректно рассчитанная система предотвращает аварийные остановки ПЛК, преобразователей частоты, импульсные блоки питания и защитную автоматику как в горячих цехах, так и на открытом воздухе.

Что такое климатизация электрощита и зачем она нужна

В техническом понимании климатизация это активное или пассивное управление тепловым и влажностным балансом замкнутого пространства шкафа. Любой силовой или полупроводниковый аппарат под погрузкой выделяет тепло. Если тепловая мощность, генерируемая частотными преобразователями, контакторами, трансформаторами и блоками питания, превышает способность стенок корпуса отдавать энергию в окружающую среду, температура внутри стремительно возрастает.

Методология расчета природного теплового баланса в невентилированных электрических оболочках нормируется техническим отчетом IEC TR 60890, где учитываются суммарные внутренние тепловые потери компонентов и эффективная площадь рассеяния корпуса. В плотно скомпонованных шкафах природной конвекции почти всегда недостаточно. В то же время общее инженерное правило теплового проектирования указывает, что каждое повышение рабочей температуры электронных полупроводниковых компонентов на 10 °C выше комнатной нормы сокращает срок их безотказной службы примерно на 50%. Перегрев также приводит к тепловой деградации ПВХ-изоляции проводов и ложным срабатываниям тепловых расцепителей автоматов.

Вторая критическая угроза – точка росы. При резких суточных колебаниях температуры (особенно в уличных или неотапливаемых щитах) теплый влажный воздух внутри корпуса охлаждается, а водяной пар оседает каплями на металлических стенках, шинах и печатных платах. Следствием становится электрохимическая коррозия клемм, пробой воздушных промежутков и короткое замыкание.

Основные составляющие системы климатизации щита

Надежная климатизация для щитов строится на сочетании исполнительных механизмов (вентиляторов, обогревателей) и датчиков-регуляторов, которые включают их только при необходимости, экономя электроэнергию и ресурс оборудования.

• Фильтровальные вентиляторы и выходные решетки. Базовый элемент принудительного охлаждения. Приточный вентилятор для щита нагнетает прохладный наружный воздух через пылевой фильтр, создавая внутри избыточное давление, препятствующее подсасыванию пыли сквозь щели корпуса. В линейке ESEN представлены модели от компактного FULL1000 (производительность с фильтром/без фильтра — 30/41 м³/ч) и средних FULL2000 (130/184 м³/ч), FULL3000 (261/348 м³/ч) до мощных промышленных FU500 FULL6500 (1450/1850 м³/час). В пару к ним устанавливаются выходные вентиляционные решетки с фильтром ESEN серии FIL: от FIL1000 (монтажный размер 92×92 мм) и узкой FIL500 (175×61 мм) до крупногабаритной FIL3000 (291×291 мм).
• Кровельные вентиляторы. Когда шкафы стоят вплотную у ряда и боковые стенки недоступны, используют вытяжные кровельные модули ESEN. Они отводят самый горячий воздух непосредственно из-под купола шкафа. Доступны модификации со степенью защиты IP44 — QFF4000 (384 м³/ч), QFF5500 (570 м³/ч), QFF6000 (850 м³/ч), а также серия IP54 — FULL5500 (570 м³/ч), FULL6000 (8 FULL1250 (1250 м³/час).
• Щитовые нагреватели. Предотвращают падение температуры ниже минимально допустимой для электроники и устраняют влажность. Компактный нагреватель в щит автоматики ESEN монтируется на стандартную DIN-рейку и имеет радиаторный алюминиевый профиль для быстрой конвекции. В зависимости от объема бокса выбирают артикулы QHT50W (50W), QHT100W (100W), QHT150W (150W) или QHT200W (200W).
• Управляющие элементы и аксессуары. К ним относятся биметаллические термостаты ESEN (QHT-NC, QHT-NO), электронный гигростат ESEN QHG500, а также пассивный вентиляционный ввод ONKA (артикул 1110191), выравнивающий перепад давления в герметичных оболочках и отводящий влажный воздух без потери.

Термостаты и гигростаты: логика работы и маркировка контактов

Чтобы нагреватели не работали летом, а вентиляторы не гоняли холодный воздух зимой, в круг питания устанавливают термостат на DIN-рейку или контроллер влажности. Производители используют унифицированную цветовую кодировку колесика уставки, которое сразу указывает монтажнику на тип встроенного контакта.

• Красный регулятор (артикул QHT-NC, контакт NC – нормально замкнутый). Предназначен для управления обогревом. Щитовые термостаты с красным регулятором оснащаются нормально замкнутым контактом (NC), размыкающим электрическую цепь питания нагревателя только при достижении заданной температуры воздуха внутри шкафа. Когда температура снова падает ниже уставки, биметаллическая пластина возвращается в исходное положение и включает обогрев.
• Синий регулятор (артикул QHT-NO, контакт NO – нормально разомкнут). Управление вентиляцией и аварийной сигнализацией перегрева. Щитовые термостаты с синим регулятором имеют нормально разомкнутый контакт (NO), который замыкается для включения вентиляторов или сигнализации при повышении температуры сверх установленного значения. Стандартной целевой внутренней температурой для настройки охлаждения электротехнических шкафов по методике испытаний DIN 3168 (режим L35/L35) является порог +35 °C, предотвращающий перегрузку охладителей и выхода электроники из строя (подробнее в обзоре Rittal).
• Электронный гигростат (ESEN QHG500). Контроль относительной влажности в диапазоне 35–95% RH при рабочей температуре −10…+60 °C. Конденсат внутри закрытых электрощитов активно начинает образовываться при превышении относительной влажности воздуха 65%, поэтому значение 60–65% RH является стандартной уставкой для включения антиконденсатных нагревателей через гигростат (рекомендации Essentra Components). Подробнее о выборе точки срабатывания читайте в статье о том, как настроить гигростат для щита.

Комплекты климатизации для разных условий эксплуатации

Выбор конфигурации напрямую зависит от места установки шкафа. То, что идеально охлаждает щит в чистом электропомещении, в считанные недели выведет его из строя на открытой площадке или в цехе деревообработки.

Для отапливаемых помещений основной задачей является сброс тепла от частотников и автоматов. Точный подбор кубатуры воздуха описан в материале расчет производительности вентилятора для щита. В уличных шкафах сквозная вентиляция нежелательна из-за риска затяжки тумана и мелкого снега: здесь используют герметичные корпуса, где повышение внутренней температуры в электрическом шкафу всего на 5 °C (9 °F) относительно окружающей среды сдвигает точку росы и надежно блокирует образование влаги на внутренних металлических поверхностях.

В запыленных цехах принудительная щитовая вентиляция с фильтрационными решетками сохраняет степень защиты оболочки IP54 или IP55 согласно стандарту IEC 60529 при использовании уплотнительных прокладок и штатных фильтроматериалов класса не ниже G2–G3 (данные Universal Air Filter). Однако забитый пылью коврик снижает поток воздуха на 50–70%, поэтому регламентная чистка или замена вкладышей обязательна.

Схемы подключения термостата, гигростата и нагревателя

Коммутация элементов микроклимата выполняется во вторичных кругах собственных нужд щита (обычно 230 В AC) через отдельный автоматический выключатель или клемму с предохранителем.

1. Прямое включение нагревателя через термостат NC. Фазный проводник (L) после защитного автомата подается на входной зажим термостата ESEN QHT-NC. Из выходного зажима термостата фаза идет на нагреватель (например, QHT100W), а второй вывод нагревателя подключается к нейтрали (N). Пока в щите холодно, контакт заперт и обогреватель работает.
2. Параллельное подключение гигростата и термостата NC к одному нагревателю. Самая эффективная схема для уличных шкафов. Фаза (L) подается одновременно на входы термостата QHT-NC и гигростата QHG500, а их выходы объединяются и питают общий нагреватель (например QHT150W или QHT200W). Таким образом, обогрев включится по логике «ИЛИ»: либо когда ударит мороз (сработает термостат), либо во время теплого осеннего ливня при влажности более 65% (сработает гигростат).
3. Подключение вентилятора через термостат NO. Фаза проходит через нормально разомкнутый контакт QHT-NO на двигатель вентилятора (серии FULL или QFF). Если суммарная мощность вентиляторов или пусковых токов превышает коммутационную способность контакта терморегулятора, в схему добавляют промежуточное реле или модульный контактор.

Правила размещения компонентов и типовые ошибки монтажа

Даже правильно подобрана климатизация щита не будет работать, если нарушить аэродинамику и теплофизику внутри корпуса. При составлении НКУ соблюдайте базовые монтажные правила:

• Диагональная продувка снизу вверх. Приточный вентилятор всегда врезается в нижней трети боковой стенки или двери (на нагнетание в шкаф), а выходная решетка FIL — в максимально высокой точке противоположной стенки. Это заставляет воздух проходить по диагонали через все ряды оборудования, помогая естественной конвекции.
• Нижнее расположение нагревателей с безопасными зазорами. Так как теплый воздух поднимается вверх, нагреватели QHT50W–QHT200W монтируют в самой нижней зоне шкафа. Над корпусом нагревателя обязательно оставляют свободное пространство (не менее 100–150 мм до перфорированного кабеля канала или пластиковых корпусов аппаратов), чтобы восходящий тепловой факел не оплавил пластик.
• Корректная зона для датчиков. Типичная ошибка – установка термостата QHT-NC непосредственно над нагревателем: горячий поток мгновенно нагреет биметалл, и обогреватель выключится за 30 секунд, оставив оставшийся шкаф холодным. Аналогично нельзя ставить синий термостат QHT-NO напротив приточного вентилятора. Регуляторы размещают в верхней или средней части щита вдали от прямых потоков воздуха и горячих радиаторов.

Часто задаваемые вопросы

Куда правильно дуть вентилятору щита – внутрь или наружу?

Боковой вентилятор фильтра (например, серии ESEN FULL) штатно устанавливается на нагнетание воздуха внутрь шкафа. Это создает внутри корпуса небольшое избыточное давление, благодаря чему весь воздух гарантированно проходит через входной фильтр, а пыль не засасывается через кабельные вводы и дверные уплотнители. На вытяжку (наружу) работают специализированные крышные вентиляторы.

Почему в герметичном щите IP65 появляется вода, если дождь туда не попадает?

Вода внутри герметичного шкафа – это конденсат, который выпадает из воздуха, который уже был внутри корпуса. Во время дневного нагревания и ночного охлаждения создается перепад давления, корпус дышит микродозами наружного влажного воздуха, а при переходе через точку росы пар конденсируется на холодных стенках. Для устранения этого эффекта устанавливают вентиляционный ввод ONKA 1110191 вместе с нагревателем и гигростатом QHG500.

Можно ли подключить нагреватель в щит без термостата?

Подключать резистивные или мощные щитовые нагреватели (100–200 Вт) напрямую без термостата QHT-NC или гигростата не рекомендуется. В теплое время года постоянно включенный обогреватель приведет к критическому перегреву релейной и электронной аппаратуры внутри закрытого шкафа, а также приведет к излишнему расходу электроэнергии.

Какую температуру и влажность ставить на регуляторах в щите автоматики?

Для синего термостата охлаждения (NO) оптимальна уставка +35 °C, которая поддерживает безопасный тепловой режим для ПЛК и частотных преобразователей. На красном термостате обогрева (NC) для защиты от замерзания и росы обычно выставляют +5…+15 °C, а на гигростате – 60–65% относительной влажности.

Источники

• 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