Požadavky pro chlazení elektrických rozváděčů

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 okolí;
• potřebný chladicí výkon;
• umístění rozváděče s ohledem na okolní prostředí;
• rozložení elektrických komponent (zdrojů ztrátového tepla) 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 mít také na zřeteli, že čím nižší teplota, tím menší je účinnost chladicího zařízení.

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).

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 rozváděče z okolního prostředí nebo z něj unikajícího.

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 je hlavním srovnávacím kritériem 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.

Vzhledem k tomu, že jsou rozváděče využívány 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.

Dalšími možnostmi ochrany výměníků před prachem jsou různé typy filtrů, které se aplikují podle typu prachu v prostředí. Kovový filtr je vhodný pro prostředí, kde je ve vzduchu velké množství oleje, např. pro obráběcí centra, těžký strojní průmysl atd. Standardní filtr se používá v prostředí s jemným prachem.

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.

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 předním dodavatelem 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, technickou podporu a následný celosvětový servis.

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 než 10 000 zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.

Ing. Jan Glasnák
Rittal
glasnak.j@rittal.cz

www.rittal.cz