Condensação em quadros elétricos: como dimensionar um controlador AWS

Um gestor de manutenção com quem trabalhamos descreve o seu verão da seguinte forma. A unidade do circuito em anel desarma numa manhã húmida, ninguém lhe tocou e, quando ele chega, a avaria já se resolveu por si só. Ele restabelece a alimentação, o sistema mantém-se estável e o mesmo acontece três semanas depois. Esse padrão deve-se à condensação no quadro elétrico e é uma das poucas avarias que não deixa qualquer cheiro a queimado.

Nota de âmbito: isto abrange o controlo climático no interior de quadros elétricos de baixa tensão, caixas de terminais, unidades de circuito em anel e subestações compactas, utilizando a gama de controladores de temperatura e humidade da AWS. As salas elétricas com ar condicionado e os quiosques exteriores com ventilação forçada seguem regras diferentes. Somos os fabricantes da gama AWS, pelo que deve ter isso em conta ao ler as recomendações de dimensionamento.

De onde vem, na verdade, a água

Não é necessário que haja uma fuga para que a água apareça no interior de um painel. O ar quente retém mais humidade do que o ar frio, e todos os invólucros «respiram» através das entradas de cabos, juntas e vedantes das portas, à medida que a temperatura interna varia. Um armário que atinge os 40 °C à tarde e desce para os 24 °C durante a noite aspira ar húmido à medida que a temperatura desce. Quando uma superfície no interior fica abaixo do ponto de orvalho desse ar, a humidade deposita-se nessa superfície.

Vale a pena calcular o ponto de orvalho uma vez, porque isso explica todo o problema. A 30 graus C e 80% de humidade relativa, o ponto de orvalho é de cerca de 26 graus C. Qualquer superfície com temperatura igual ou inferior a 26 graus C nesse ar irá acumular água. A parede de um invólucro de aço numa fábrica que arrefece durante a noite atinge a temperatura ambiente muito antes de o ar no seu interior o fazer, e é precisamente por isso que se forma condensação na parede e escorre para as barras colectoras.

A norma IEC 60068-2-30 é a norma de ensaio que reproduz este ciclo, e a norma IEC 61439-1 estabelece os limites de aumento de temperatura para o próprio conjunto. O mecanismo físico é o mesmo num quadro de distribuição de 400 V e numa unidade de circuito em anel de 33 kV; apenas as consequências mudam.

Por que é que faz disparar o disjuntor, em vez de parecer apenas desarrumado?

A água numa superfície isolante não precisa de estabelecer uma ponte para causar uma avaria. O pó húmido num bloco de terminais reduz a resistência superficial, a corrente de fuga percorre a distância de fuga e, eventualmente, o isolamento sofre um flash-over. Num painel de 400 V, isto provoca frequentemente o disparo de um relé de falha à terra antes de surgirem quaisquer danos visíveis. Em equipamentos de média tensão, o mesmo processo provoca uma descarga com danos reais a seguir-se.

A corrosão é mais lenta e mais dispendiosa. Os parafusos dos terminais enferrujam, as barras condutoras de alumínio oxidam sob a anilha de contacto e os pinos das dobradiças encravam. Um painel que passa por três estações húmidas tem um perfil de manutenção diferente de um que permanece seco.

Aquecimento, deteção e circulação do ar

O controlo anticondensação desempenha três funções. Um controlador que apenas cumpra uma delas deixa o problema apenas parcialmente resolvido.

Mantenha as superfícies quentes. Um aquecedor no interior do armário aumenta a temperatura do ar e, mais importante ainda, mantém o aço e a barra de distribuição acima do ponto de orvalho. Os nossos aquecedores AJR de alumínio estão disponíveis em potências de 50 a 300 W, nos tamanhos de corpo A e B. Os modelos AJR de silicone estão disponíveis nas versões de 50 W e 150 W, com um cabo padrão de 3 m, e constituem a opção flexível para situações em que o espaço atrás da barra coletora é reduzido.

Meça tanto a temperatura como a humidade. Um termóstato, por si só, não consegue detetar humidade. A gama AWS mede a temperatura entre -40 e 120 graus C e a humidade relativa entre 18 e 98% RH nos modelos inteligentes, com uma precisão de temperatura de mais ou menos 1 grau C. É esse canal de humidade que permite ao controlador decidir quando o aquecimento é realmente necessário, em vez de funcionar segundo um horário fixo.

Faz circular o ar. Um aquecedor aquece o espaço junto a ele. O ar quente sobe ao longo da parede do armário, pelo que a parte superior do armário fica quente, enquanto a parte inferior se mantém à temperatura que deu origem ao problema. Os controladores inteligentes da AWS incluem uma saída para ventiladores, e estes fazem circular o ar pelo interior do armário, de modo a que o efeito do aquecedor se espalhe. Em cubículos altos, isto faz a diferença entre terminais secos na parte superior e terminais húmidos na parte inferior.

O dimensionamento parte do volume da caixa, e a maioria dos fabricantes de caixas utiliza um valor aproximado de 5 a 10 W por metro cúbico de volume interno para fins de prevenção da condensação. Trata-se de uma estimativa prática, não de uma norma, e não substitui um cálculo. A título de verificação desta mesma aritmética: um armário selado com as dimensões 600 x 800 x 300 mm tem uma área de superfície de cerca de 1,8 metros quadrados. Uma almofada de silicone de 50 W no seu interior aumenta a temperatura do ar interno em cerca de 5 K assim que a porta é fechada, partindo do princípio de que as juntas da porta estão em bom estado e de que não existe isolamento. Cinco kelvin são suficientes para manter as superfícies livres de um ponto de orvalho de 26 graus numa sala a 25 graus. Numa instalação mais fria ou num compartimento maior, o mesmo cálculo leva-nos a optar por 150 W ou por uma distribuição assistida por ventilador.

O que já não recomendamos

Há três padrões que já se repetiram tantas vezes que deixámos de os recomendar.

Um aquecedor sem canal de humidade. Nas subestações costeiras, um termóstato simples também mantém o aquecedor em funcionamento durante a estação seca, uma vez que apenas deteta a temperatura. Três painéis numa dessas subestações funcionaram dessa forma durante um verão. Um deles atingiu 45 graus Celsius no seu interior em agosto, e o isolamento da cablagem secundária endureceu ao ponto de rachar nas curvas. Os modelos inteligentes da AWS também medem a humidade, pelo que o aquecimento funciona quando há humidade presente, em vez de funcionar sempre que o ar está frio.

Deixar a ventoinha a funcionar continuamente. Parece ventilação e, de facto, faz circular o ar, mas num dia húmido o ventilador aspira ar exterior húmido para dentro do armário. A saída do ventilador num controlador AWS deve estar ligada a um ponto de regulação, e não configurada para funcionar continuamente.

Selar todas as entradas e deixar a vala aberta. Um armário com classificação IP65, vedado conforme definido na norma IEC 60529, continua a permitir a passagem de ar através do canal de cabos. Se a vala de cabos se encher de água na época das chuvas, vedar as juntas do armário não altera nada, porque a humidade entra através do cabo. Nesse caso, a solução está na vala, não no armário.

Escolher um controlador da gama AWS

A gama divide-se em plataformas de mostrador, básicas e inteligentes, e o código inclui os campos relevantes: qual o canal monitorizado, qual a ação que a saída aciona, se a saída é passiva ou alimentada, a letra da plataforma e o formato de montagem.

Plataforma	Método de configuração	Opções de montagem	Onde se encaixa
Mostrador (Z)	Botão de regulação do ponto de consigna, sem ecrã	Trilho DIN de 35 mm ou abertura no painel de 45,5 x 45,5 mm	Armários de função única, para utilização fixa
Básico (J)	Funções predefinidas, ajuste limitado	Trilho DIN ou painel	Controlo simples do aquecedor ou do ventilador
Inteligente (X)	Ecrã digital, multicanal	Trilho DIN de 48 mm, painel de 72 / 96 / 120 mm, DIN fino de 1P ou caixa de 115 x 90 x 72 mm	Armários multicanal, saídas de alarme e de 4 a 20 mA, RS485 quando necessário

Os contactos de saída têm uma capacidade nominal de 250 VCA / 5 A, o que cobre diretamente a maioria das cargas de aquecedores e ventiladores. Os modelos inteligentes aceitam uma alimentação de 85 a 265 V CA/CC, pelo que o mesmo dispositivo funciona com uma bateria de estação de 110 V CC ou com uma alimentação auxiliar de 230 V CA, sem necessidade de troca de variante. A interface RS485 está disponível em modelos selecionados, o que permite que os dados de climatização do armário cheguem ao mesmo circuito Modbus que o resto da monitorização do painel.

Os sensores são compatíveis com a plataforma: WCG-Z com os modelos com mostrador, WCG-J com os modelos básicos e WCG-X com os modelos inteligentes. O cabo e o conector são específicos para o controlador, pelo que o sensor deve ser encomendado juntamente com o dispositivo, em vez de ser adaptado posteriormente. Monte o sensor a meia altura, no lado voltado para a superfície mais fria, e mantenha-o afastado do corpo do aquecedor; caso contrário, o controlador irá registar uma temperatura que nenhuma outra parte do armário atinge.

Um pormenor de instalação para os modelos inteligentes com saída de 4 a 20 mA: as saídas de alarme e analógicas são os dois sinais que a maioria dos painéis utiliza na prática. O contacto de alarme é ligado ao anunciador local; a saída analógica é ligada ao circuito SCADA quando é mais útil acompanhar a evolução da humidade do armário do que um único limiar.

Uma sequência prática

Comece por medir. Uma semana completa de medições de temperatura e humidade no armário, durante a época húmida, fornece mais informações do que uma hora no dia da visita. Determine a potência do aquecedor com base no volume e, em seguida, confirme o aumento de temperatura com a estimativa de 5 a 10 W por metro cúbico. Escolha o conjunto de sensor e controlador a partir da tabela da plataforma acima. Ligue a saída do ventilador a um ponto de regulação e deixe a valeta como a última coisa a verificar antes de culpar o invólucro.

Os controladores, sensores e aquecedores da AWS constam do catálogo de monitorização e proteção de energia no nosso centro de downloads. Quanto à outra metade da mesma história, as juntas quentes que precisam de ser vigiadas em vez de secas, as nossas notas sobre resolução de problemas do painel de controlo abordamos os sintomas que podem ser confundidos com condensação, e o blogue da ACXION reúne os relatos de instalação. Para saber mais sobre o nosso processo de fabrico, consulte Sobre a ACXION, e os desenhos dos armários podem passar pelo página de contacto da ACXION.

As especificações provêm do catálogo atual e podem sofrer alterações à medida que a gama for sendo revista. Verifique o número de canais, o tipo de saída e o formato de montagem, comparando-os com a confirmação da encomenda.

Os controladores, sensores e aquecedores são fornecidos de acordo com a configuração que encomendar, sendo cada um deles orçamentado separadamente.