Гигростат для щита: зачем нужен и как правильно настроить

Выпадение росы внутри электрошкафа способно вывести из строя частотные преобразователи, контроллеры и силовую коммутацию даже в герметичных оболочках. Правильно подобранный гигростат для щита автоматически отслеживает приближение точки росы и включает обогрев или вентиляцию только тогда, когда уровень влажности становится критическим. В статье рассмотрим физику образования конденсата, отличия между регуляторами влажности и термостатами, выбор пороговой уставки и схемы подключения в низковольтных комплектных устройствах (НКП).

Что такое щитовой гигростат и как он работает

Гигростат это специализированный электромеханический или электронный датчик-реле, предназначенный для контроля относительной влажности воздуха (RH - Relative Humidity) внутри замкнутого объема электрошкафа. В отличие от бытовых влагомеров, промышленные аппараты рассчитаны на непрерывную работу в условиях электромагнитных помех и вибраций и оснащены креплением под стандартную DIN-рейку 35 мм.

По принципу действия измерительного элемента щитовые регуляторы делят на два типа:

• Электромеханические (синтетические/полиамидные). Чувствительный элемент состоит из специально обработанных полимерных волокон или лент, изменяющих свою линейную длину при поглощении водяного пара из воздуха. Растяжение или сжатие ленты через рычажную систему непосредственно нажимает на микропереключатель. Преимущество таких устройств – полная энергонезависимость измерительного узла и высокая устойчивость к импульсным помехам.
• Электронные (емкостные или резистивные). Используют полупроводниковый сенсор, диэлектрическая проницаемость или сопротивление которого изменяется пропорционально влажности. Они более точные, скорее реагируют на резкие перепады микроклимата, но требуют стабильного питания для работы собственной платы управления.

Коммутационная часть большинства промышленных моделей построена на базе опрокидывающегося контакта (CO — Change-Over) или отдельных клемм NO (нормально открытый) и NC (нормально закрытый). Например, гигростат QHG-500 бренда ESEN работает в сетях переменного тока 110–250 В, оснащен опрокидывающейся группой NO/NC и позволяет регулировать порог срабатывания в широком диапазоне. Ресурс контактной группы качественных промышленных гигростатов составляет более 50 000–100 000 циклов коммутации при погрузке до 5 А при 250 В AC.

Физика конденсата в шкафу: почему высокая степень IP не спасает

Распространенная ошибка при проектировании уличных и цеховых щитов – полагаться исключительно на герметичность корпуса класса IP65 или IP66. Уплотнительная полиуретановая резина на дверце и сальники надежно защищают от прямых струй воды и пыли, но не способны остановить диффузию водяного пара и перепады давления.

Механизм накопления воды в герметичном шкафу базируется на эффекте теплового «дыхания» корпуса.

1. Днем под действием солнечных лучей или тепла от работающих автоматов, пускателей и блоков питания воздух внутри оболочки расширяется, создавая избыточное давление и частично выходя наружу через уплотнительные микропоры и кабельных вводов.
2. Ночью или после аварийной остановки воздух в щите быстро охлаждается, его объем уменьшается, и внутри возникает разрежение (вакуумный эффект).
3. Через те же микрозазоры шкаф втягивает порцию наружного влажного воздуха. В течение нескольких недель таких циклов влажность внутри закрытого щита сравнивается с уличной или даже превышает ее.

Когда температура металлической или пластиковой стенки корпуса опускается ниже точки росы для текущей концентрации водяного пара, влага мгновенно переходит из газообразного состояния в жидкое. Капли оседают на самых холодных поверхностях – обычно это нижняя часть дверцы, монтажная панель, медные шины и платы электроники. По стандарту BS EN IEC 61439-1, конденсат способен перевести степень загрязнения (Pollution Degree) внутри шкафа из неэлектропроводного PD2 в ведущее состояние, что резко повышает вероятность диэлектрического пробоя изоляции.

Даже тонкой пленки росы, смешанной с производственной пылью, достаточно для образования поверхностных токов утечки, перекрытия межфазных промежутков, окисления пружинных и винтовых зажимов и ложных срабатываний УЗО и дискретных входов ПЛК.

Гигростат против термостата: сравнительная таблица решений микроклимата

Для борьбы с влагой в щитах часто устанавливают только биметаллический термостат (например, на +5 или +10 °C) в паре с обогревателем. Такая схема защищает от замерзания зимой, однако оказывается бессильной во влажные весенне-осенние периоды или летом после грозы. Если на улице +18 °C и относительная влажность 90%, термостат считает температуру нормальной и не включает подогрев. При понижении ночной температуры до +15 °C в щите выпадает обильный конденсат, хотя порог в +10 °C так и не был достигнут.

Именно поэтому профессиональная климатизация для щитов требует раздельного или комбинированного контроля обоих параметров – температуры и относительной влажности.

Как видно из таблицы, замена постоянно включенного обогрева на управление по влажности существенно экономит электроэнергию и продлевает ресурс самого нагревательного элемента, поскольку он не перегревает сухой шкаф без необходимости.

Настройка гигростата: оптимальные пороговые значения

Главный вопрос во время пусконаладочных работ — какую цифру выставить на колесико регулятора. Согласно исследованиям производителей промышленного климатического оборудования, критический уровень относительной влажности для большинства электронных и коммутационных компонентов 65% RH: превышение этого порога запускает ускоренные процессы электрохимической коррозии контактных групп и риск образования жидкой росы.

Итак, базовое правило: настройка гигростата для стандартного шкафа управления или распределительного щита выполняется на уставку 60–65% RH. Устанавливать порог ниже 50% RH нецелесообразно – в большинстве климатических зон естественная влажность воздуха редко бывает настолько низкой, поэтому нагреватель в негерметичном шкафу будет работать практически без остановки.

При выборе уставки необходимо учитывать такой параметр как гистерезис (дифференциал переключения). Электромеханические гигростаты серии MFR имеют фиксированный дифференциал переключения около 4% RH (с допуском ±3%), что исключает высокочастотное звенение контактов реле при колебаниях влажности у уставки. На практике это означает: если вы установили регулятор на 65% RH, контакты замкнут круг нагревателя при подъеме влажности до 65%, а разомкнут его только тогда, когда воздух подсохнет примерно до 61% RH.

Почему нагреватель высушивает воздух, если влага никуда не девается из закрытого корпуса? Дело в физической разнице между абсолютной и относительной влажностью. Теплый воздух способен содержать в себе гораздо больше водяного пара в состоянии газа, чем холодный. По расчетам инженеров North American Clean Energy, для предотвращения выпадения конденсата на внутренних элементах достаточно поднять температуру внутри корпуса всего на 3–5 °C выше температуры окружающей среды, что смещает точку росы и снижает относительную влажность RH% до безопасных пределов.

Схемы электрического подключения: гигростат, нагреватель и вентиляция

Выбор клемм подключения зависит от того, каким исполнительным устройством управляет датчик – обогревателем или вытяжным вентилятором. Универсальные аппараты с опрокидывающимся контактом позволяют реализовать оба сценария.

Схема 1: Гигростат и нагреватель (работа на осушение подогревом)

Когда влажность в щите превышает заданные 65% RH, контакт гигростата должен замкнуться и подать фазу на позисторный обогреватель, например из линейки. нагреватели в щиты автоматики ESEN серии QHT (мощностью 50W, 100W, 150W или 200W). В документации на климатическую технику такой контакт часто обозначается как NO (замыкается при превышении уставки влажности). Фазный проводник (L) от автомата защиты вторичных кругов подается на общую клемму (COM) гигростата, а из выходной клеммы замкнутого при влажности контакта идет на вход нагревателя. Нулевой рабочий проводник (N) подключается к нагреву направления.

Схема 2: Параллельное подключение с термостатом

Для уличных шкафов лучший результат дает комбинация, где термостаты на DIN-рейке (модификация QHT-NC с нормально замкнутым контактом на обогрев) и гигростат включены параллельно перед одним общим PTC-нагревателем:

• В сырую теплую погоду нагреватель включается через контакты гигростата (при RH > 65%).
• В сухой зимний мороз, когда низкая относительная влажность, нагреватель принудительно запускается через контакты термостата (при T < +5 °C), не давая замерзнуть аккумуляторам и жидкокристаллическим экранам.

Мощность цепи обычно не превышает 150-300 Вт, поэтому ток нагрузки составляет около 0,7-1,5 А, что позволяет коммутировать нагреватели напрямую контактами датчиков без промежуточных контакторов.

Схема 3: Управление принудительной вентиляцией и природный дренаж

В больших промышленных шкафах с мощным тепловыделением и наличием дренажа выгоднее не греть воздух, а выдувать чрезмерную влагу наружу, используя вентилятор с решеткой и фильтром ESEN серии FULL или крышные вытяжные модули QFF. Такое решение работает только при условии, что наружный воздух в цехе сухее воздуха внутри шкафа. Дополнительно для выравнивания давления и уменьшения эффекта дыхания корпуса в стенки оболочки монтируют пассивные компенсаторы давления и вентиляционные вводы, такие как артикул 1110191 от ONKA.

Монтаж на DIN-рейку и типовые инженерные ошибки

Даже исправный и точно откалиброванный датчик будет некорректно работать, если нарушить правила его пространственного размещения на монтажной панели. Согласно техническому пособию Manuals+ для серии MFR, монтаж щитовых гигростатов производится на стандартную DIN-рейку 35 мм по стандарту DIN EN 60715, а максимальный допустимый момент затяжки клеммных винтов для кабелей до 2,5 мм² составляет 0,5 Нм.

Чтобы исключить погрешности измерения влажности при сборе НКП, соблюдайте три монтажных требования:

• Выбор высоты установки. Наиболее холодный и, соответственно, самый влажный воздух всегда концентрируется внизу. Инструкции производителей шкафной климатики требуют размещать датчик влажности в нижней или средней части шкафа, где риск достижения точки росы возникает самым первым.
• Безопасная дистанция от источников тепла. Категорически запрещено ставить гигростат над нагревателем или вплотную к нему. Необходимо выдерживать отступление не менее 100 мм (а лучше 150–200 мм в сторону) от нагревательных элементов, горячих радиаторов блоков питания и тормозных резисторов. Иначе восходящий поток горячего воздуха от нагревателя через несколько секунд обогреет корпус самого гигростата, и он преждевременно выключит обогрев, оставив оставшийся шкаф сырым.
• Свободная циркуляция воздуха. Перфорированные прорези в корпусе прибора, где скрыта чувствительная полиамидная лента или электронный сенсор, не должны перекрываться жгутами проводов или прилегать вплотную к стенке перфорированного кабеля.

При проведении планового ТО щитового оборудования не рекомендуется продувать прорези гигростата сжатым воздухом из компрессора под высоким давлением или промывать их растворителями — это мгновенно разрушает калибровку синтетических волокон и выводит из строя емкостные сенсоры. Достаточно осторожно удалить поверхностную пыль сухой мягкой щеткой.

Часто задаваемые вопросы

На какой процент влажности выставлять гигростат в электрощите?

Оптимальное значение для большинства распределительных щитов и шкафов автоматики составляет 60–65% RH. Это порог, к которому электрохимическая коррозия металлов протекает минимально, риск образования капельного конденсата на шинах и платах при резком похолодании еще не наступает. Низшие значения (40–50%) приведут к неоправданному перерасходу электроэнергии нагревателем.

Можно ли подключить обогреватель щита только через гигростат без термостата?

В помещениях с плюсовой температурой (сырые подвалы, мойки, насосные станции) одного гигростата вполне достаточно. Однако для уличных шкафов в нашей климатической зоне обязательна параллельная связка «гигростат+термостат»: зимой при сильных морозах воздух становится сухим, гигростат не сработает и оборудование без термостата перемерзнет.

Как быстро проверить работоспособность механического гигростата после монтажа?

При подаваемом напряжении плавно поверните регулятор уставки в сторону минимальных значений (например, до 20–30% RH). Поскольку текущая влажность в помещении обычно составляет 40–60%, вы услышите характерный щелчок микропереключателя, и нагреватель заработает. После проверки обязательно поверните колесо на рабочую отметку 60–65% RH.

Где именно в шкафу правильно монтировать связи с нагревателем и гигростатом?

Сам PTC-нагреватель монтируют в самой нижней точке шкафа, чтобы теплый воздух поднимался вверх по законам конвекции и прогревал весь объем. Гигростат размещают в нижней трети или в центре щита, но обязательно со смещением в сторону от вертикальной оси нагревателя и на расстоянии не менее 100–150 мм от него.

Источники

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