Požadavky pro návrh chlazení elektrických rozváděčů
3.2.2014 V
elektrickém rozváděči jsou umístěny elektrické prvky, při jejichž
činnosti se část elektrické energie přemění ve ztrátové teplo. Množství
ztrátového tepla závisí především na typu elektrického zařízení a jeho
velikosti. Představíme-li si elektrický rozváděč jako uzavřený prostor
s vnitřními zdroji tepla, umístěný v prostředí o určité teplotě, je
nutné se ptát, při jakém teplotním rozdílu mezi vnitřní a vnější
teplotou bude skříň rozváděče schopna odvádět veškeré teplo z rozváděče
do okolí pouze volným prostupem tepla přes stěnu rozváděče bez dalších
technických opatření. V tomto článku se seznámíme s okolnostmi, které
významně ovlivňují návrh chlazení elektrických rozváděčů a následný
výběr systému chlazení.
Teplotní rozdíl mezi vnitřním prostorem rozváděče a
okolím, v němž je rozváděč umístěn, může být v některých případech tak
velký – teplota uvnitř rozváděče tak vysoká – že z důvodu správné
funkčnosti a životnosti elektrických komponent instalovaných v
rozváděči je nutné najít způsob, jak zvýšit odvod ztrátového tepla z
vnitřku elektrického rozváděče do okolního prostředí. Cílem je tedy
snížit teplotu v rozváděči na požadovanou úroveň.
Pro návrh chlazení elektrických rozváděčů potřebujeme
následující údaje:
• požadovanou teplotu v
rozváděči,
• teplotu okolního vzduchu,
• potřebný chladicí výkon,
• polohu – umístění
rozváděče s ohledem na okolní prostředí,
• rozložení elektrických
komponent (zdrojů ztrátového tepla) v rozváděči.
Požadovaná teplota v rozváděči
Požadovaná teplota je dána technickou specifikací
jednotlivých elektrických komponent instalovaných v rozváděči. Teplota
má zásadní vliv na jejich funkčnost a životnost. U některých
elektrických prvků dochází s nárůstem teploty ke zhoršování jejich
základních parametrů, např. u jističů. Naopak příliš nízké teploty
mohou způsobovat kondenzaci vzdušné vlhkosti v rozváděči. Nejběžnější
pracovní teploty jsou v rozsahu od 20 do 55 °C. Z hlediska energetické
náročnosti chlazení je nutné mí také na zřeteli, že čím nižší teplota,
tím menší je účinnost chladicího zařízení.
Obr. 1 Ventilátor Rittal TopTherm s diagonální
technologií pro vhánění vzduchu, která kombinuje výhody radiálních a
axiálních systémů.
Teplota okolí
Teplota okolí ovlivňuje volbu použitého typu chladicího
systému. Při teplotě okolí nižší, než je teplota požadovaná v
rozváděči, lze použít přirozený odvod tepla bez jakýchkoliv aktivních
prvků nebo podpořit výměnu tepla pomocí ventilátorů, díky nimž dochází
k výměně vnitřního vzduchu v rozváděči. V případě prašného prostředí a
požadavku na oddělení vnitřního prostředí rozváděče od okolí lze použít
výměníky tepla vzduch-vzduch. Při teplotě okolí vyšší, než je
požadovaná teplota v rozváděči, je nutné použít kompresorové chladicí
jednotky nebo jiný zdroj chladu, jako je například výrobník studené
vody (chiller).
Obr. 2 Chiller Rittal TopTherm II s upraveným
konstrukčním uspořádáním, které umožnilo, aby potřebná půdorysná plocha
byla co nejmenší.
Potřebný chladicí výkon
Jak již bylo řečeno, hlavním zdrojem tepla v
elektrických rozváděčích je tzv. ztrátové teplo elektrických komponent.
V případě umístění rozváděče do prostředí o vysoké teplotě (nejčastěji
sklářský nebo hutní průmysl) může být dalším zdrojem prostup tepla
stěnami dovnitř rozváděče. Častějším případem je prostup tepla opačným
směrem a rozváděč je pak ochlazován okolním vzduchem. Potřebný chladicí
výkon se vypočítá součtem ztrátového tepla jednotlivých prvků a tepla
vnikajícího do nebo z rozváděče z nebo do okolního prostředí.
Ztrátové teplo jednotlivých prvků – elektrických
komponent – udávají jejich výrobci. Jestliže výrobce velikost
ztrátového tepla neudává nebo je tento údaj pro daný typ zařízení
nedohledatelný, je možné použít porovnání s obdobným typem zařízení,
kde hlavním srovnávacím kritériem je elektrický výkon zařízení.
Příkladem může být frekvenční měnič, u kterého ztrátové teplo tvoří 3
až 5 % nominálního elektrického výkonu.
K výpočtu chladicího výkonu může výborně posloužit
návrhový software, jakým je například RiTherm od společnosti Rittal.
Tento software nejen vypočítá potřebný chladicí výkon pro příslušný
rozváděč, ale rovněž navrhne i optimální chladicí jednotku. Po zadání
typů a velikostí všech instalovaných prvků, velikosti rozváděčové
skříně a její polohy v rámci prostoru, teploty uvnitř a vně obdržíme
potřebný chladicí výkon včetně nabídky všech relevantních komponent. U
již instalovaných a provozovaných rozváděčů se chladicí výkon
vypočítává na základě změřených teplot.
Umístění rozváděče s ohledem na okolní prostředí
Vzhledem k tomu, že rozváděče jsou provozovány v různých
typech provozů, s různou prašností a s různými typy prachu, je nutné
použít takové řešení, které ochrání elektrické komponenty před jejich
znečištěním nebo případným zničením. Při možnosti chladit rozváděč
okolním vzduchem, ale v prostředí s agresivními látkami ve vzduchu, je
nutné oddělit vnitřní a vnější prostor. K tomu byly vyvinuty tepelné
výměníky vzduch-vzduch. V případě, že teplota okolního
vzduchu je vyšší, než teplota požadovaná v rozváděči, použije se navíc
chladicí jednotka. Jako ochrana před znečištěním vlastních chladicích
jednotek je povrch teplosměnné plochy kondenzátoru upraven tzv. RiNano
vrstvou, která zabraňuje ulpívání prachu na lamelách kondenzátoru,
případně umožňuje jeho snadné čištění.
Obr. 3 Chladicí jednotka Rittal TopTherm generace Blue
s TÜV certifikací potvrzující, že použité jednotky dodávají deklarovaný
jmenovitý chladicí výkon s maximální účinností.
Dalšími možnostmi ochrany výměníků před prachem jsou
různé typy filtrů, které se aplikují dle typu prachu v prostředí.
Kovový filtr je vhodný do prostředí, kde je ve vzduchu velké množství
oleje, např. obráběcí centra, těžký strojní průmysl atd. Standardní
filtr se používá v prostředí s jemným prachem.
Rozložení elektrických komponent v rozváděči
Velmi důležité je myslet na rozmístění komponent v
rozváděči. Měly by se rozmístit tak, aby docházelo k rovnoměrnému
proudění vzduchu kolem chlazených elektrických komponent a aby v
rozváděči nevznikaly teplé „kapsy“ nazývané hotspots. V některých
případech může docházet k tomu, že chlazení je dostatečné co do
chladicího výkonu, ale chladicí vzduch je špatně distribuován ke
komponentám, které produkují největší ztrátové teplo. K tomu účelu jsou
k dispozici vzduchovody, které vedou studený vzduch přesně do
kritických míst v rozváděči.
Při použití kompresorových chladicích jednotek je nutné
klást důraz na utěsnění rozváděče a použití odpovídajících průchodek.
Instalaci je nutné provést tak, aby z okolí do rozváděče vnikalo pokud
možno co nejmenší množství vzduchu, případně kontrolovat, např. dveřním
spínačem, otevření dveří. Vnikající okolní vzduch zvyšuje množství
kondenzátu, snižuje účinnost chlazení a v neposlední řadě neutěsněnými
otvory vniká do rozváděče prach.
Shrnutí
Jestliže chceme zajistit co nejdelší životnost
elektrických komponent, nesmíme jejich chlazení v žádném případě
podceňovat. Jen tak snížíme naše náklady na jejich provoz a údržbu. V
případech, že si nevíte rady s návrhem chlazení, obraťte se na
renomovaného dodavatele, který kromě samotných komponent nabízí i
ucelený soubor služeb od návrhu až po servis. Společnost Rittal je
přední dodavatel systému rozváděčových skříní a komponent pro rozvod
proudu. Na základě mnohaletých zkušeností nabízí ucelený systém
klimatizace elektrických rozváděčů a chlazení dalších technologických
celků, včetně chlazení IT, a s nimi spojený soubor služeb od návrhu až
po konečnou instalaci zařízení, jeho zprovoznění, technické podpory a
následného celosvětového servisu.
Společnost Rittal přináší svým zákazníkům stále něco
nového. Promyšlený koncept „Rittal – The System.“ poskytuje řešení v
oblasti rozváděčů, rozvodů proudu, chlazení a IT infrastruktury, včetně
softwaru a služeb, napříč všemi sektory průmyslu. Celosvětovou
dostupnost nabízených produktů a řešení zajišťuje více jak 10 000
zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.
Zajímá-li vás nabídka produktů a řešení společnosti
Rittal a chcete-li být stále a včas informováni o všech novinkách,
zaregistrujte se k odběru Rittal
Info-newsletteru zde.
Objednejte
si nový Katalog Rittal 2014/2015 s ucelenou
systémovou nabídkou pro průmysl a IT zde. Objevte všechny
dimenze Rittal – The System.
Ing. Jan
Glasnák, product manager – chlazení, Rittal
Foto:
Rittal
Více na www.rittal.cz
|
