Condensa nei quadri elettrici: come dimensionare un controller AWS

Un responsabile della manutenzione con cui collaboriamo descrive così la sua estate. In una mattina umida, l’unità ad anello va in intervento; nessuno l’ha toccata e, quando lui arriva, il guasto si è risolto da solo. Riapporta la tensione, l’impianto regge, ma la stessa cosa si ripete tre settimane dopo. Questo fenomeno è dovuto alla condensa nel quadro elettrico ed è uno dei pochi guasti che non lascia alcun odore di bruciato.

Nota sull'ambito di applicazione: il presente documento riguarda il controllo climatico all'interno di quadri elettrici a bassa tensione, scatole terminali, unità ad anello e sottostazioni compatte, mediante l'utilizzo della gamma di regolatori di temperatura e umidità AWS. I locali elettrici climatizzati e le cabine esterne a ventilazione forzata sono soggetti a norme diverse. Poiché siamo noi i produttori della gamma AWS, si prega di tenere presente questo aspetto nella lettura delle indicazioni relative al dimensionamento.

Da dove proviene effettivamente l'acqua

Non è necessaria una perdita perché l’acqua penetri all’interno di un armadio. L’aria calda trattiene più umidità rispetto a quella fredda, e ogni armadio “respira” attraverso i passacavi, le guarnizioni e le guarnizioni delle porte man mano che la temperatura interna varia. Un armadio che raggiunge i 40 °C nel pomeriggio e scende a 24 °C durante la notte aspira aria umida man mano che la temperatura si abbassa. Quando una superficie interna scende al di sotto del punto di rugiada di quell’aria, l’umidità vi si deposita.

Vale la pena calcolare una volta il punto di rugiada, perché spiega l’intero problema. A 30 °C e con un’umidità relativa dell’80%, il punto di rugiada è di circa 26 °C. Qualsiasi superficie a una temperatura pari o inferiore a 26 °C in quell’aria raccoglierà acqua. La parete di un involucro in acciaio in un impianto che si raffredda durante la notte raggiunge la temperatura ambiente molto prima che lo faccia l’aria al suo interno; ed è proprio per questo che sulla parete si forma della condensa che cola sulle sbarre collettrici.

La norma IEC 60068-2-30 è quella che riproduce questo ciclo, mentre la norma IEC 61439-1 stabilisce i limiti di aumento di temperatura per l'assieme stesso. Il meccanismo fisico è lo stesso sia in un quadro di distribuzione da 400 V che in un'unità ad anello da 33 kV; cambia solo la conseguenza.

Perché fa saltare il circuito invece di sembrare semplicemente disordinato?

L'acqua presente su una superficie isolante non ha bisogno di creare alcun ponte per causare un guasto. La polvere umida su una morsettiera riduce la resistenza superficiale, la corrente di dispersione si propaga lungo la distanza di dispersione e, alla fine, l'isolamento va in scarica. Su un quadro da 400 V ciò spesso fa scattare un relè di guasto a terra prima che compaiano danni visibili. Sulle apparecchiature a media tensione lo stesso processo provoca una scarica con conseguenti danni reali.

La corrosione è più lenta e comporta costi maggiori. Le viti dei terminali si arrugginiscono, le barre collettrici in alluminio si ossidano sotto la rondella di contatto e i perni delle cerniere si grippano. Un quadro che viene sottoposto a tre stagioni umide presenta un profilo di manutenzione diverso rispetto a uno che rimane asciutto.

Riscaldamento, rilevamento e circolazione dell'aria

Il controllo anticondensa svolge tre funzioni. Un regolatore che ne svolge solo una risolve il problema solo a metà.

Mantenete calde le superfici. Un riscaldatore all'interno dell'armadio aumenta la temperatura dell'aria e, cosa ancora più importante, mantiene l'acciaio e la barra collettrice al di sopra del punto di rugiada. I nostri riscaldatori AJR in alluminio coprono una gamma di potenza compresa tra 50 e 300 W nelle dimensioni A e B. I modelli AJR in silicone sono disponibili nelle versioni da 50 W e 150 W con un cavo standard da 3 m e rappresentano la soluzione flessibile nei casi in cui lo spazio dietro la barra collettrice sia limitato.

Misura sia la temperatura che l'umidità. Un termostato da solo non è in grado di rilevare l'umidità. La gamma AWS misura temperature comprese tra -40 e 120 °C e umidità relativa da 18 a 98% RH nei modelli intelligenti, con una precisione della temperatura di ±1 °C. È proprio quel canale di umidità che consente al regolatore di decidere quando il riscaldamento è realmente necessario, anziché funzionare secondo un programma fisso.

Fai circolare l'aria. Un riscaldatore riscalda lo spazio adiacente. L’aria calda sale lungo la parete dell’armadio, quindi la parte superiore dell’involucro si riscalda mentre quella inferiore rimane alla temperatura che ha causato il problema. I controllori intelligenti AWS includono un'uscita per le ventole, che fanno circolare l'aria all'interno dell'armadio in modo da distribuire l'effetto del riscaldatore. Nei cubicoli alti, questa è la differenza tra terminali asciutti nella parte superiore e terminali umidi nella parte inferiore.

Il dimensionamento parte dal volume dell’involucro e la maggior parte dei costruttori di cabinet si attiene a un valore approssimativo compreso tra 5 e 10 W per metro cubo di volume interno per garantire la prevenzione della condensa. Si tratta di una stima operativa, non di uno standard, e non sostituisce un calcolo vero e proprio. Per verificare questo calcolo: un armadio sigillato di 600 x 800 x 300 mm ha una superficie di circa 1,8 metri quadrati. Un cuscinetto in silicone da 50 W al suo interno aumenta la temperatura dell’aria interna di circa 5 K una volta chiusa la porta, ipotizzando guarnizioni normali e assenza di isolamento. Cinque kelvin sono sufficienti per mantenere le superfici al di sopra di un punto di rugiada di 26 gradi in una stanza a 25 gradi. In un impianto più freddo o in un involucro più grande, lo stesso calcolo porta a considerare una potenza di 150 W o una distribuzione assistita da ventilatore.

Cosa non consigliamo più

Ci sono tre modelli che si sono ripetuti così tante volte che abbiamo smesso di consigliarli.

Un riscaldatore senza canale per l'umidità. Nelle sottostazioni costiere, un termostato semplice mantiene in funzione il riscaldatore anche durante la stagione secca, poiché rileva solo la temperatura. Tre pannelli in una di queste sottostazioni hanno funzionato in questo modo per un’intera estate. Uno di essi ha raggiunto una temperatura interna di 45 °C nel mese di agosto e l’isolamento del cablaggio secondario si è indurito al punto da rompersi nelle curve. I modelli intelligenti AWS rilevano anche l’umidità, quindi il riscaldamento si attiva in presenza di umidità anziché ogni volta che l’aria è fredda.

Lasciare il ventilatore in funzione ininterrottamente. Sembra che funzioni come un sistema di ventilazione e in effetti fa circolare l'aria, ma nelle giornate umide il ventilatore aspira aria umida dall'esterno all'interno dell'armadio. L'uscita del ventilatore su un controller AWS dovrebbe essere collegata a un setpoint, non cablata per funzionare in modo continuo.

Sigillare ogni punto di ingresso e lasciare aperta la trincea. Un armadio con grado di protezione IP65, sigillato secondo quanto definito dalla norma IEC 60529, continua a “respirare” attraverso la canalina dei cavi. Se, durante la stagione delle piogge, la trincea dei cavi si riempie d’acqua, sigillare le guarnizioni dell’armadio non cambia nulla, poiché l’umidità penetra lungo il cavo. In tal caso, la soluzione va ricercata nella trincea, non nell’armadio.

Scelta di un controller della gamma AWS

La gamma si suddivide in piattaforme "dial", "basic" e "intelligent", e il codice contiene i campi rilevanti: quale canale viene monitorato, quale azione attiva l'uscita, se l'uscita è passiva o alimentata, la lettera della piattaforma e il formato di montaggio.

Piattaforma	Metodo di impostazione	Opzioni di montaggio	Dove va posizionato
Quadrante (Z)	Manopola di regolazione, senza display	Guida DIN da 35 mm oppure foro da 45,5 x 45,5 mm nel pannello	Armadi monofunzione, per impiego fisso
Base (J)	Funzioni preimpostate, regolazione limitata	Guida DIN o pannello	Controllo semplice del riscaldamento o del ventilatore
Intelligente (X)	Display digitale, multicanale	Guida DIN da 48 mm, pannello da 72 / 96 / 120 mm, guida DIN slim 1P o alloggiamento da 115 x 90 x 72 mm	Armadi multicanale, allarmi e uscite da 4 a 20 mA, RS485 dove necessario

I contatti di uscita hanno una portata nominale di 250 V CA / 5 A, il che copre direttamente la maggior parte dei carichi relativi a riscaldatori e ventilatori. I modelli intelligenti accettano un'alimentazione da 85 a 265 V CA/CC, quindi lo stesso dispositivo funziona sia con una batteria di stazione a 110 V CC che con un'alimentazione ausiliaria a 230 V CA senza necessità di cambiare variante. Su alcuni modelli è disponibile l’interfaccia RS485, che consente ai dati relativi alla climatizzazione dell’armadio di raggiungere lo stesso loop Modbus del resto del sistema di monitoraggio del quadro.

I sensori sono abbinati alla piattaforma: WCG-Z per i modelli con quadrante, WCG-J per i modelli base, WCG-X per i modelli intelligenti. Il cavo e il connettore sono specifici per il regolatore, pertanto il sensore deve essere ordinato insieme al dispositivo anziché essere abbinato in un secondo momento. Montare il sensore a metà altezza sul lato esposto alla superficie più fredda e tenerlo lontano dal corpo del riscaldatore, altrimenti il regolatore rileverà una temperatura che nessun’altra parte dell’armadio raggiunge.

Un dettaglio di installazione per i più esperti che utilizzano dispositivi con uscita da 4 a 20 mA: l’allarme e l’uscita analogica sono i due segnali effettivamente utilizzati dalla maggior parte dei pannelli. Il contatto di allarme viene collegato al segnalatore locale; l’uscita analogica viene collegata al circuito SCADA quando è più utile monitorare l’andamento dell’umidità all’interno dell’armadio piuttosto che una singola soglia.

Una sequenza pratica

Misurate prima di tutto. Una settimana intera di rilevamenti della temperatura e dell’umidità all’interno dell’armadio nella stagione umida fornisce informazioni più significative rispetto a un’ora misurata il giorno stesso della visita. Dimensionate il riscaldatore in base al volume, quindi confermate l’aumento di temperatura utilizzando la stima di 5-10 W per metro cubo. Scegliete la coppia di sensore e regolatore dalla tabella della piattaforma riportata sopra. Collegare l’uscita del ventilatore a un setpoint e lasciare il canale di cablaggio come ultimo elemento da controllare prima di attribuire la colpa all’involucro.

I controller, i sensori e i riscaldatori AWS sono presenti nel catalogo dedicato al monitoraggio e alla protezione dell'alimentazione sul nostro centro download. Per l’altra parte della stessa storia, ovvero i giunti caldi che vanno tenuti d’occhio anziché lasciati asciugare, ecco le nostre note su risoluzione dei problemi del pannello di controllo trattiamo i sintomi che possono essere confusi con la condensa, mentre il blog di ACXION raccoglie le guide all’installazione. Maggiori informazioni sulla nostra produzione sono disponibili su Informazioni su ACXION, e i disegni dei mobili possono passare attraverso il pagina "Contatta ACXION".

Le specifiche sono tratte dal catalogo attuale e possono subire variazioni in seguito a revisioni della gamma. Verificare il numero di canali, il tipo di azionamento in uscita e la modalità di montaggio confrontandoli con la conferma d'ordine.

I controller, i sensori e i riscaldatori vengono forniti in base alla configurazione ordinata e ciascuno di essi viene quotato separatamente.