Kondenswasserbildung in Schaltanlagen: So wählen Sie einen AWS-Regler aus

Ein Instandhaltungsleiter, mit dem wir zusammenarbeiten, beschreibt seinen Sommer folgendermaßen. An einem feuchten Morgen löst die Ring-Main-Einheit aus, niemand hat sie berührt, und als er eintrifft, hat sich der Fehler bereits von selbst behoben. Er schaltet die Stromversorgung wieder ein, die Anlage hält, und drei Wochen später passiert dasselbe noch einmal. Dieses Muster deutet auf Kondenswasser in der Schaltanlage hin, und es ist einer der wenigen Fehler, die keinen Brandgeruch hinterlassen.

Anmerkung zum Anwendungsbereich: Dies betrifft die Klimatisierung von Schaltschränken in Niederspannungsschaltanlagen, Anschlusskästen, Ringleitungsanlagen und Kompakt-Umspannwerken unter Verwendung der AWS-Temperatur- und Feuchtigkeitsregler. Für klimatisierte Elektroräume und zwangsbelüftete Außenstationen gelten andere Vorschriften. Da wir die AWS-Produktreihe selbst herstellen, beachten Sie dies bitte bei der Lese der Auslegungshinweise.

Woher das Wasser eigentlich kommt

Es muss kein Leck vorhanden sein, damit Wasser in einen Schaltschrank gelangt. Warme Luft enthält mehr Feuchtigkeit als kalte Luft, und jeder Schaltschrank „atmet“ über seine Kabeleinführungen, Dichtungen und Türdichtungen, wenn sich die Innentemperatur ändert. Ein Schrank, in dem nachmittags 40 °C herrschen und die Temperatur über Nacht auf 24 °C sinkt, saugt beim Abkühlen feuchte Luft an. Wenn eine Oberfläche im Inneren unter den Taupunkt dieser Luft fällt, lagert sich die Feuchtigkeit darauf ab.

Es lohnt sich, den Taupunkt einmal zu berechnen, da er das gesamte Problem erklärt. Bei 30 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80% liegt der Taupunkt bei etwa 26 °C. Jede Oberfläche, deren Temperatur in dieser Luft 26 °C oder weniger beträgt, wird Wasser ansammeln. Eine Stahlwand eines Gehäuses in einer Anlage, die über Nacht abkühlt, erreicht die Umgebungstemperatur lange bevor die Luft im Inneren dies tut – genau deshalb bildet sich Kondenswasser an der Wand und läuft auf die Sammelschienen herunter.

IEC 60068-2-30 ist die Prüfnorm, die diesen Zyklus nachbildet, und IEC 61439-1 legt die Grenzwerte für den Temperaturanstieg der Baugruppe selbst fest. Der physikalische Mechanismus ist bei einer 400-V-Verteilertafel und einer 33-kV-Ringhauptschaltanlage derselbe; lediglich die Auswirkungen unterscheiden sich.

Warum löst das den Schutzschalter aus, anstatt nur unordentlich auszusehen?

Wasser auf einer isolierenden Oberfläche muss keine Brücke bilden, um einen Fehler zu verursachen. Feuchter Staub auf einem Klemmenblock senkt den Oberflächenwiderstand, der Ableitstrom kriecht über den Kriechweg, und schließlich kommt es zu einem Isolationsdurchschlag. Bei einer 400-V-Schaltanlage löst dies oft ein Erdschlussrelais aus, bevor sichtbare Schäden auftreten. Bei Mittelspannungsanlagen führt derselbe Vorgang zu einem Überschlag, der erhebliche Schäden nach sich zieht.

Die Korrosion verläuft langsamer und ist kostspieliger. Anschlussschrauben rosten, Aluminium-Sammelschienen oxidieren unter der Kontaktscheibe, und Scharnierstifte setzen fest. Ein Schaltschrank, der drei feuchte Jahreszeiten durchläuft, weist ein anderes Wartungsprofil auf als einer, der trocken bleibt.

Erwärmung, Erfassung und Bewegung der Luft

Die Antikondensationsregelung erfüllt drei Aufgaben. Ein Regler, der nur eine davon übernimmt, löst das Problem nur zur Hälfte.

Halten Sie die Oberflächen warm. Ein Heizelement im Inneren des Gehäuses erhöht die Lufttemperatur und sorgt vor allem dafür, dass der Stahl und die Sammelschiene über dem Taupunkt bleiben. Unsere AJR-Heizelemente aus Aluminium decken einen Leistungsbereich von 50 bis 300 W in den Gehäusegrößen A und B ab. Die AJR-Typen aus Silikon sind in den Ausführungen 50 W und 150 W mit einem Standardanschlusskabel von 3 m erhältlich und stellen die flexible Lösung dar, wenn der Platz hinter der Sammelschiene begrenzt ist.

Messen Sie sowohl die Temperatur als auch die Luftfeuchtigkeit. Ein Thermostat allein kann keine Feuchtigkeit erkennen. Die AWS-Serie misst bei den intelligenten Modellen Temperaturen von -40 bis 120 Grad Celsius und die relative Luftfeuchtigkeit von 18 bis 98% RH, wobei die Temperaturgenauigkeit bei plus/minus 1 Grad Celsius liegt. Anhand dieses Feuchtigkeitskanals kann der Regler entscheiden, wann tatsächlich geheizt werden muss, anstatt nach einem festen Zeitplan zu arbeiten.

Sorge für Luftzirkulation. Ein Heizelement erwärmt den angrenzenden Raum. Warme Luft steigt an der Gehäusewand empor, sodass sich der obere Teil des Gehäuses erwärmt, während der untere Teil auf der Temperatur bleibt, die das Problem ausgelöst hat. Die intelligenten AWS-Regler verfügen über einen Lüfterausgang, und die Lüfter leiten Luft durch den Schrank, sodass sich die Wirkung der Heizung verteilt. Bei hohen Schränken macht dies den Unterschied zwischen trockenen Anschlüssen oben und feuchten Anschlüssen unten aus.

Die Dimensionierung richtet sich nach dem Gehäusevolumen, und die meisten Gehäusehersteller gehen zur Vermeidung von Kondensation von etwa 5 bis 10 W pro Kubikmeter Innenvolumen aus. Dies ist ein Richtwert, keine Norm, und ersetzt keine Berechnung. Zur Überprüfung dieser Berechnung: Ein geschlossenes Gehäuse mit den Maßen 600 × 800 × 300 mm hat eine Oberfläche von etwa 1,8 Quadratmetern. Ein darin befindliches 50-W-Silikonpad erhöht die Innenlufttemperatur um etwa 5 K, sobald die Tür geschlossen ist – vorausgesetzt, es liegen normale Türdichtungen vor und es gibt keine Isolierung. Fünf Kelvin reichen aus, um die Oberflächen in einem Raum mit 25 Grad vor einem Taupunkt von 26 Grad zu schützen. In einer kälteren Anlage oder einem größeren Gehäuse führt dieselbe Berechnung zu einem Bedarf von 150 W oder einer ventilatorgestützten Luftverteilung.

Was wir nicht mehr empfehlen

Drei Muster sind so oft aufgetreten, dass wir davon absehen, sie weiter zu empfehlen.

Ein Heizgerät ohne Feuchtigkeitskanal. In Umspannwerken an der Küste steuert ein einfacher Thermostat die Heizung auch während der Trockenzeit, da er lediglich die Temperatur erfasst. Drei Schaltanlagen in einem solchen Umspannwerk wurden einen Sommer lang auf diese Weise betrieben. Eines erreichte im August eine Innentemperatur von 45 °C, und die Isolierung der Sekundärverkabelung verhärtete sich so stark, dass sie an den Biegungen Risse bekam. Die intelligenten AWS-Modelle erfassen auch die Luftfeuchtigkeit, sodass die Heizung bei vorhandener Feuchtigkeit anspringt und nicht einfach immer dann, wenn die Luft kühl ist.

Den Ventilator ununterbrochen laufen lassen. Es fühlt sich wie Belüftung an und sorgt auch für Luftbewegung, aber an einem feuchten Tag saugt der Ventilator feuchte Außenluft in den Schrank. Der Ventilatorausgang eines AWS-Reglers sollte an einen Sollwert gekoppelt sein und nicht so verdrahtet werden, dass er permanent läuft.

Jeden Zugang abdichten und den Graben offen lassen. Ein Gehäuse der Schutzart IP65, das gemäß IEC 60529 abgedichtet ist, bleibt über den Kabelkanal dennoch atmungsaktiv. Wenn sich der Kabelgraben in der Regenzeit mit Wasser füllt, ändert das Abdichten der Gehäusedichtungen nichts daran, da die Feuchtigkeit entlang des Kabels eindringt. In diesem Fall muss das Problem am Kabelgraben behoben werden, nicht am Schrank.

Auswahl eines Controllers aus dem AWS-Sortiment

Das Sortiment gliedert sich in Dial-, Basis- und intelligente Plattformen, und der Code enthält die wesentlichen Angaben: welcher Kanal überwacht wird, welche Aktion die Ausgabe auslöst, ob es sich um eine passive oder eine aktive Ausgabe handelt, den Plattformbuchstaben sowie die Montageart.

Plattform	Einstellungsmethode	Montagemöglichkeiten	Wo es hingehört
Zifferblatt (Z)	Einstellrad, ohne Anzeige	35-mm-DIN-Schiene oder Ausschnitt im Schaltkasten von 45,5 × 45,5 mm	Einzweck-Schränke, für den Dauerbetrieb
Grundlagen (J)	Voreingestellte Funktionen, eingeschränkte Einstellmöglichkeiten	DIN-Schiene oder Schalttafel	Einfache Steuerung von Heizung oder Ventilator
Intelligent (X)	Digitalanzeige, Mehrkanal	48-mm-DIN-Schiene, 72/96/120-mm-Schalttafel, 1P-Slim-DIN oder 115 × 90 × 72 mm-Gehäuse	Mehrkanal-Schaltkästen, Alarm- und 4- bis 20-mA-Ausgänge, RS485 bei Bedarf

Die Ausgangskontakte sind für 250 VAC / 5 A ausgelegt, was die meisten Heizungs- und Lüfterlasten direkt abdeckt. Intelligente Modelle werden mit 85 bis 265 V AC/DC versorgt, sodass dasselbe Gerät ohne Modellwechsel sowohl an einer 110-V-DC-Stationsbatterie als auch an einer 230-V-AC-Hilfsspannung betrieben werden kann. Ausgewählte Modelle verfügen über einen RS485-Anschluss, wodurch die Klimadaten des Schaltschranks in denselben Modbus-Ring eingespeist werden können wie die übrigen Überwachungsdaten der Schalttafel.

Die Sensoren sind auf die jeweilige Plattform abgestimmt: WCG-Z für die Modelle mit Drehregler, WCG-J für die Basismodelle und WCG-X für die intelligenten Modelle. Da Kabel und Stecker auf den Regler abgestimmt sind, sollte der Sensor zusammen mit dem Gerät bestellt und nicht erst nachträglich angepasst werden. Montieren Sie den Sensor in mittlerer Höhe auf der Seite, die der kältesten Oberfläche zugewandt ist, und halten Sie ihn vom Heizkörper fern, da der Regler sonst eine Temperatur misst, die an keiner anderen Stelle des Schranks herrscht.

Ein Installationshinweis für die Techniker unter Ihnen bei Geräten mit einem 4- bis 20-mA-Ausgang: Der Alarm- und der Analogausgang sind die beiden Signale, die in den meisten Schalttafeln tatsächlich verwendet werden. Der Alarmkontakt wird an die lokale Signalanzeige angeschlossen; der Analogausgang wird an den SCADA-Kreis angeschlossen, wenn ein Trend der Schrankfeuchte aussagekräftiger ist als ein einzelner Schwellenwert.

Ein praktischer Ablauf

Messen Sie zuerst. Eine ganze Woche lang erfasste Schranktemperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten in der feuchten Jahreszeit sagen mehr aus als eine Stunde am Tag des Besuchs. Wählen Sie die Leistung des Heizgeräts anhand des Volumens aus und überprüfen Sie den Temperaturanstieg anhand der Schätzung von 5 bis 10 W pro Kubikmeter. Wählen Sie das Sensor- und Reglerpaar aus der obigen Übersichtstabelle aus. Schließen Sie den Lüfterausgang an einen Sollwert an und überprüfen Sie den Kabelkanal als allerletzten Schritt, bevor Sie dem Gehäuse die Schuld geben.

Die AWS-Regler, Sensoren und Heizgeräte finden Sie im Katalog für Leistungsüberwachung und -schutz auf unserer Download-Center. Die andere Seite derselben Medaille – heiße Stellen, die man eher im Auge behalten als trocknen lassen sollte – finden Sie in unseren Anmerkungen zu Fehlerbehebung am Bedienfeld Wir behandeln die Symptome, die mit Kondenswasser verwechselt werden können, und im ACXION-Blog finden Sie die Installationsberichte. Hintergrundinformationen zu unserer Fertigung finden Sie unter Über ACXION, und die Schrankzeichnungen können über die Seite „Kontakt zu ACXION“.

Die technischen Daten stammen aus dem aktuellen Katalog und können sich bei einer Überarbeitung des Sortiments ändern. Bitte überprüfen Sie die Anzahl der Kanäle, die Ausgangsart und die Einbauart anhand der Auftragsbestätigung.

Regler, Sensoren und Heizelemente werden entsprechend der von Ihnen bestellten Konfiguration geliefert und jeweils separat angeboten.