Fehler bei der Kühlung industrieller Schalttafelgehäuse

Die Bedeutung einer effektiven Gehäusekühlung wird von Designern industrieller Schaltschränke oft übersehen. Dies führt zu Konstruktionen mit natürlicher Belüftung, bei denen die kombinierten Auswirkungen der Wärmebelastung der Komponenten und der Umgebungstemperatur zu wenig berücksichtigt werden. Infolgedessen kann das Gehäuse die Innentemperatur nicht auf den empfohlenen Werten halten. Die Gefahren unsicherer Temperaturniveaus sind bekannt und reichen von Schäden an der Ausrüstung über die Verkürzung der Lebensdauer von Komponenten bis hin zu einem ausgewachsenen Brand. Diese können minimiert werden, indem die Fehler bei der Kühlung der Schaltschränke erkannt und anschließend behoben werden.

Warum werden Industrieschaltschränke heiß?

Die Wärmerate, die innerhalb des Panels erzeugt wird, und die Rate, mit der Wärme abgeführt wird, wirkt sich direkt auf die Temperatur in einem Gehäuse aus. Die weit verbreitete Verwendung elektronischer und mikroprozessorbasierter Geräte führt dazu, dass Steuersysteme mehr Wärme abgeben. Verschärft wird die Situation durch den Einsatz elektrischer Antriebe, die für ihre Wärmeentwicklung berüchtigt sind. Dies wird kombiniert mit dem Wunsch der Designer, alle Komponenten auf so wenig Platz wie möglich zu verpacken, was ein Rezept für eine Katastrophe ergibt.

Folgen

Es ist nicht ungewöhnlich, dass Industrieanlagen unterschiedliche Betriebstemperaturen haben. Da industrielle Umgebungen bekanntermaßen herausfordernd sind, bieten die Hersteller sicherlich Flexibilität in Bezug auf den Betrieb, die jedoch von Komponente zu Komponente unterschiedlich ist. In dicht gepackten industriellen Schaltschränken kann sich schnell Wärme ansammeln, die zu Schäden an Geräten führen kann, insbesondere an empfindlichen Geräten wie Netzteilen, Steuerungen und Präzisionsmessgeräten. Es besteht auch ein Risiko von mikroprozessorgesteuerten Geräten wie SPSen zu einer Fehlfunktion führen, wenn die Temperatur einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Häufige Fehler

Oft sind es die kleinen Fehler, die die größte Wirkung erzielen. Und Fehler können kostspielig sein, wenn es um industrielle Schaltschränke geht, wenn sie bekanntermaßen empfindliche Geräte wie Antriebe mit variabler Frequenz, Netzteile, Transformatoren usw. beherbergen. Diese sind teuer, und ein Ausfall kann auch die Produktivität beeinträchtigen. Darüber hinaus können, selbst wenn die Komponenten an Effizienz verlieren oder Fehler entwickeln, ganze Montagelinien beeinträchtigt werden, bis eine Behebung erfolgt.

Im Allgemeinen geben Hersteller in ihrer Produktdokumentation normalerweise eine maximal zulässige Temperaturgrenze an, die zwischen 35 und 40 Grad Celsius liegt. Dies mag angemessen erscheinen, aber der Wärmestau in einem Gehäuse führt zu einer noch höheren Temperatur. Häufige Beispiele dafür, dass dies auftreten kann, sind das Aufheizen oder Auslösen von VFDs , was zu kompletten Anlagenausfällen führte.

Im Folgenden sind drei der häufigsten Fehler aufgeführt, die, wenn sie behoben werden, übermäßige Ausfallzeiten und Reparaturkosten verhindern und gleichzeitig die Langlebigkeit der Geräte verbessern können.

Auswahl eines inkompatiblen Kühlsystems

Man muss die industrielle Umgebung verstehen, in der das Bedienfeld installiert wird. Die oberen und unteren Umgebungstemperaturgrenzen müssen im Voraus bekannt sein, während andere Faktoren, die berücksichtigt werden sollten, die Sonneneinstrahlung, die Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Schadstoffen wie Staub und Schmutz umfassen. Sobald diese Informationen bekannt sind, können sie verwendet werden, um das richtige Gehäuse gemäß den NEMA-Einstufungen zu entwickeln.

NEMA oder National Electrical Manufacturer’s Association ist ein ausgereiftes und etabliertes Regulierungssystem die Spezifikationen für elektrische Gehäuse für den Innen- oder Außenbetrieb hat. Hersteller entwerfen ihre Gehäuse in der Regel nach NEMA-Standards. Beispielsweise können NEMA 1-Gehäuse in Innenräumen in schadstofffreien Umgebungen betrieben werden, während NEMA 4-Gehäuse vor allen Arten von Wetter und eindringendem Wasser schützen können.

Bei NEMA 1- und NEMA 3R-Gehäusen kann die Kühlung durch ein offenes Kühlsystem aufrechterhalten werden, z. gefiltertes Lüfterpaket, das verhindern kann, dass die Temperatur über die sichere Grenze steigt. Ventilatoren sind oft die kostengünstigste Technik zur Aufrechterhaltung der Temperatur, vorausgesetzt, die Umgebungsbedingungen sind nicht feindlich. Kühlgebläse sind sehr effektiv für Gehäuse, die in Innenräumen mit nominalen Umgebungstemperaturen installiert werden, wo nur minimale Schmutz- und Staubmengen vorhanden sind.

Wenn das Gehäuse andererseits nach NEMA-Typ 4, 4x oder 12 eingestuft ist, wäre ein geschlossenes Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf erforderlich, das verhindert, dass Schadstoffe mit den Geräten im Inneren in Kontakt kommen.

Solange sich der Schaltschrank in einem Bereich befindet, in dem die Umgebungstemperatur unter der Höchstgrenze liegt, reicht auch ein Luft-Luft-Wärmetauscher aus. Wenn die Umgebungstemperatur jedoch nahe am Grenzwert liegt, ist eine Klimaanlage erforderlich. Dies würde auch zusätzliche Vorteile bringen, wie z. B. eine Verringerung der Luftfeuchtigkeit.

Ignorieren von Feuchtigkeit und Korrosion

Viele elektrische Komponenten neigen dazu, bei übermäßiger Feuchtigkeit zu versagen, und müssen jederzeit in trockenen Umgebungen aufbewahrt werden, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden. Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit werden am besten durch Klimaanlagen bewältigt, die sie aus der Luft kondensieren können. Es gab bemerkenswerte Fortschritte auf diesem Gebiet, wobei einige Gehäuse-Klimaanlagen einen Umgang mit der resultierenden Feuchtigkeit durch einen Kondensatverdampfer vorsehen, wodurch verhindert wird, dass Wasser aus dem Gehäuse tropft. Gleichzeitig darf das Klimagerät nicht überdimensioniert werden, da ein Gerät mit hoher Kühlleistung die gewünschte Schaltschranklufttemperatur nicht halten kann.

In kälteren Umgebungen kann Wasser auf dem Gerät kondensieren, wenn die Temperaturen unter den Taupunkt fallen. In diesen Fällen muss ein Heizelement verwendet werden, um die Innentemperatur über diesem Niveau zu halten.

Andererseits gibt es Umgebungen, in denen Gehäuse korrosiven Dämpfen und Flüssigkeiten ausgesetzt sind, beispielsweise in Meeresgebieten oder Wasseraufbereitungsanlagen. Um die inneren Komponenten des Gehäuses zu schützen, muss es abgedichtet werden, damit keine Verunreinigungen eindringen können. Da die Flüssigkeiten jedoch im Allgemeinen korrosiv sind, können sie das äußere Gehäuse des Gehäuses angreifen. Um solche Vorkommnisse zu verhindern, können Korrosionsschutzbeschichtungen auf die Kupferrohre oder Kondensatorschlangen aufgebracht werden.

Falsche Kühlleistung angeben

Einmal die Art des Kühlsystems und NEMA-Einstufung entschieden wurde, muss die Kühlleistung des Gehäuses richtig gewählt werden. Dies ist ein wichtiger Schritt, da sonst die Komponenten ihre Leistungsfähigkeit verlieren und ständig dem Ausfallrisiko ausgesetzt sind.

Die Kühlleistung eines Schaltschranks muss die von den Komponenten erzeugte Wärmelast übersteigen. Um die erzeugte Wärme zu ermitteln, müssen die technischen Spezifikationen der einzelnen Komponenten herangezogen werden. Der Wirkungsgrad des Bauteils muss von 1 abgezogen und das Ergebnis mit der Nennleistung des Geräts multipliziert werden.

Schließlich muss die Wärme, die aufgrund der Umgebungstemperatur und der Sonneneinstrahlungsquellen durch die Gehäusewände übertragen wird, bei der Bestimmung der Wärmelast berücksichtigt werden. Ein digitaler Temperaturmanagement-Rechner ist dafür die beste Lösung, da er Ihnen genaue Werte liefert, sodass Sie das wirtschaftlichste Gehäuse auswählen können.

Best Practices

Es gibt einige Best Practices, die beim Entwerfen industrieller Schaltschränke und beim Bewerten ihres Kühlbedarfs berücksichtigt werden können.

Planen Sie im Voraus

Wenn ein Wärmemanagementsystem unter Berücksichtigung langfristiger Überlegungen entwickelt wird, kann es langfristige Vorteile bieten, indem es alle elektrischen Komponenten im Schaltschrank auf einem sicheren Temperaturniveau hält. Achten Sie bei der Anordnung der Komponenten mit dem Gehäuse darauf, dass die empfindliche Elektronik in der Nähe des Kühllufteinlasses platziert wird. Es sollte immer Platz für zukünftige Erweiterungen gelassen werden, da sonst das empfindliche Komponenten-Dichte-Gleichgewicht gestört wird, was einen Austausch des Kühlsystems zur Folge haben kann.

Bewerten Sie die Umgebung

Sicherlich sind die Komponenten, die im Inneren des Gehäuses platziert werden, für die Erzeugung des Großteils der Wärme verantwortlich. Aber auch die Umgebungstemperaturen spielen bei der Kühlung des Schaltschranks eine große Rolle. Bei der Gestaltung des Gehäuses sollten alle äußeren Faktoren berücksichtigt werden:

• Umgebungstemperaturen
• Vibrationen
• Verunreinigungen
• Ätzende Materialien

Wartung planen

Ein Bedienfeld zu installieren und es dabei zu belassen, ist nicht der richtige Weg. Idealerweise muss ein vorausschauender Wartungsmechanismus vorhanden sein, um einem Bediener alle erforderlichen Messwerte und Alarme im Voraus bereitzustellen. Auf diese Weise können Betriebsleiter die Wartungsaktivitäten und die durch rechtzeitige Reparaturen erzielte Langlebigkeit verfolgen.

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