Тепловой расчёт шкафа управления позволяет определить, сможет ли корпус отводить тепло от ПЛК, блоков питания, частотных преобразователей и другой аппаратуры. Расчёт выполняют до утверждения компоновки: после сборки исправление ошибок обычно требует замены корпуса, перестановки оборудования или установки дополнительной системы охлаждения.
Общая информация по теме представлена в статье «Шкафы управления с вентиляцией и охлаждением».
Почему оборудование внутри шкафа перегревается
Температура повышается, когда суммарное тепловыделение компонентов превышает способность корпуса отдавать тепло окружающей среде. Наибольшую тепловую нагрузку часто создают частотные преобразователи, устройства плавного пуска, силовые блоки питания, трансформаторы и коммутационные аппараты.
На тепловой режим также влияют температура помещения, попадание солнечного излучения, плотность монтажа, положение шкафа относительно стен и соседних секций. Герметичный корпус с высокой степенью защиты IP отводит тепло хуже, чем шкаф с организованным воздухообменом. Поэтому степень защиты нельзя выбирать отдельно от условий эксплуатации и расчёта микроклимата.
Какие данные нужны для теплового расчёта шкафа управления
Сначала определяют потери мощности каждого устройства в штатном и наиболее нагруженном режимах. Значения тепловыделения следует брать из технической документации производителей. Использовать полную потребляемую мощность оборудования вместо тепловых потерь некорректно.
Дополнительно учитывают:
- размеры и материал корпуса;
- эффективную площадь теплообмена;
- способ установки шкафа;
- минимальную и максимальную температуру воздуха;
- допустимую температуру компонентов;
- степень защиты IP;
- наличие внутренних и внешних источников тепла.
Эффективная площадь теплообмена зависит не только от габаритов. У отдельно стоящего шкафа тепло отводится несколькими поверхностями, а у настенного или среднего шкафа в ряду часть стенок практически не участвует в охлаждении.
Как оценивают температуру внутри корпуса
Тепловой баланс включает тепло, выделяемое аппаратурой, и теплоотдачу через стенки корпуса. По суммарным потерям мощности, эффективной площади поверхности и разнице температур определяют ожидаемый перегрев воздуха внутри шкафа.
Полученную температуру сравнивают с допустимыми условиями эксплуатации наиболее чувствительного компонента. При этом необходимо предусмотреть запас на загрязнение фильтров, изменение нагрузки, повышение температуры в помещении и последующее расширение системы.
Для шкафа с преобразователями частоты дополнительно проверяют свободное пространство вокруг устройств и направление воздушных потоков. Плотная установка аппаратов может создавать локальные зоны перегрева, даже если средняя расчётная температура остаётся допустимой.
Когда требуется вентиляция или кондиционирование
Естественного отвода тепла достаточно, если расчётная температура не превышает допустимую для оборудования. При небольшой избыточной тепловой нагрузке применяют фильтрующие вентиляторы и выходные решётки. Воздушный поток должен проходить от более холодной нижней части шкафа к верхней зоне, где скапливается нагретый воздух.
В запылённых, влажных и химически агрессивных помещениях открытая вентиляция может быть недопустима. Тогда используют замкнутые теплообменники или шкафные кондиционеры, сохраняющие требуемую степень защиты корпуса. Выбор оборудования выполняют по расчётной холодопроизводительности, температуре окружающей среды и условиям монтажа.
Как предотвратить перегрев ещё на этапе проектирования
Тепловой расчёт шкафа управления необходимо выполнять вместе с разработкой электрической схемы и компоновки. Силовые устройства размещают с учётом рекомендаций производителей, между горячими и чувствительными компонентами предусматривают расстояние, а кабельные каналы не должны перекрывать вентиляционные отверстия.
При проектировании и изготовлении шкафов управления специалисты РИТМ учитывают состав оборудования, режимы нагрузки, исполнение корпуса и условия объекта. Это позволяет заранее определить необходимость вентиляции, обогрева или активного охлаждения, а не устранять перегрев после пусконаладки.
Точный тепловой расчёт невозможен без перечня компонентов, данных об их потерях мощности и параметров окружающей среды. Если эти сведения отсутствуют в техническом задании, их следует уточнить до выбора размеров шкафа и климатического оборудования.