Конденсация в распределительных устройствах: как правильно подобрать контроллер AWS

Менеджер по техническому обслуживанию, с которым мы сотрудничаем, так описывает своё лето. В влажное утро происходит сработка кольцевого распределительного устройства — никто к нему не прикасался, и к моменту его прибытия неисправность устранилась сама собой. Он восстанавливает питание, устройство работает нормально, но через три недели всё повторяется. Такая картина свидетельствует о конденсации во внутренних частях распределительного устройства, и это одна из немногих неисправностей, после которой не остаётся запаха гари.

Примечание по сфере применения: данное руководство касается климат-контроля внутри шкафов низковольтных распределительных устройств, клеммных коробок, кольцевых сетевых блоков и компактных подстанций с использованием линейки контроллеров температуры и влажности AWS. К электрическим помещениям с кондиционированием и наружным киоскам с принудительной вентиляцией применяются иные правила. Мы являемся производителем линейки AWS, поэтому просим учитывать это при ознакомлении с рекомендациями по подбору оборудования.

Откуда на самом деле берётся вода

Для появления воды внутри шкафа не обязательно должна быть утечка. Теплый воздух содержит больше влаги, чем холодный, и любой шкаф «дышит» через кабельные вводы, прокладки и уплотнители дверей по мере изменения внутренней температуры. Шкаф, температура внутри которого днём достигает 40 °C, а ночью опускается до 24 °C, по мере понижения температуры втягивает влажный воздух. Когда температура внутренней поверхности опускается ниже точки росы этого воздуха, влага оседает на ней.

Точку росы стоит рассчитать хотя бы один раз, поскольку она объясняет всю суть проблемы. При температуре 30 градусов Цельсия и относительной влажности 80% точка росы составляет примерно 26 градусов Цельсия. На любой поверхности, температура которой в данном воздухе равна или ниже 26 градусов Цельсия, будет скапливаться вода. Стальная стенка корпуса на предприятии, которое охлаждается в ночное время, достигает температуры окружающей среды задолго до того, как это происходит с воздухом внутри него, и именно поэтому на стенке образуется конденсат, стекающий на шины.

Стандарт IEC 60068-2-30 описывает испытания, воспроизводящие данный цикл, а стандарт IEC 61439-1 устанавливает пределы повышения температуры для самого узла. Физический механизм одинаков как в распределительном щите на 400 В, так и в кольцевой распределительной установке на 33 кВ; меняются лишь последствия.

Почему это приводит к срабатыванию автоматического выключателя, а не просто выглядит неаккуратно?

Вода на изолирующей поверхности не нуждается в образовании перемычки, чтобы вызвать замыкание. Влажная пыль на клеммной колодке снижает поверхностное сопротивление, ток утечки проникает на расстояние ползучести, и в конечном итоге происходит пробой изоляции. На щите 400 В это часто приводит к срабатыванию реле замыкания на землю ещё до появления каких-либо видимых повреждений. На оборудовании среднего напряжения тот же процесс вызывает пробой, сопровождающийся реальными повреждениями.

Коррозия протекает медленнее, но устранение её последствий обходится дороже. Винты клемм ржавеют, алюминиевые шины окисляются под контактной шайбой, а штифты петель заклиниваются. Панель, эксплуатируемая в условиях трёх влажных сезонов, требует иного подхода к техническому обслуживанию, чем панель, находящаяся в сухих условиях.

Нагрев, измерение и перемещение воздуха

Система контроля за предотвращением образования конденсата выполняет три функции. Контроллер, выполняющий только одну из них, решает проблему лишь наполовину.

Сохраняйте поверхности в тепле. Нагреватель внутри шкафа повышает температуру воздуха и, что еще важнее, поддерживает температуру стали и шины выше точки росы. Наши алюминиевые нагреватели серии AJR имеют мощность от 50 до 300 Вт и выпускаются в корпусах типоразмеров A и B. Силиконовые модели серии AJR доступны в версиях мощностью 50 Вт и 150 Вт со стандартным шнуром длиной 3 м; они представляют собой гибкое решение для случаев, когда пространство за шиной ограничено.

Измеряйте как температуру, так и влажность. Один только термостат не способен определять влажность. Серия AWS измеряет температуру в диапазоне от -40 до 120 градусов Цельсия и относительную влажность от 18 до 98% RH в интеллектуальных моделях с точностью измерения температуры плюс-минус 1 градус Цельсия. Именно этот канал измерения влажности позволяет контроллеру определять, когда действительно необходимо включить отопление, вместо того чтобы работать по фиксированному графику.

Обеспечь циркуляцию воздуха. Нагреватель прогревает пространство рядом с собой. Теплый воздух поднимается вверх вдоль стенки шкафа, поэтому верхняя часть корпуса нагревается, а нижняя часть остается при той температуре, которая и стала причиной проблемы. Интеллектуальные контроллеры AWS оснащены выходом для вентиляторов, которые прогоняют воздух через шкаф, благодаря чему тепло, выделяемое нагревателем, распределяется равномерно. В высоких шкафах это позволяет избежать ситуации, когда в верхней части клеммы остаются сухими, а в нижней — влажными.

Расчет мощности начинается с объёма корпуса, и большинство производителей акустических систем ориентируются на показатель примерно от 5 до 10 Вт на кубический метр внутреннего объёма для предотвращения конденсации. Это приблизительная оценка, а не стандарт, и она не заменяет точного расчёта. Для проверки этих расчётов: герметичный шкаф размером 600 × 800 × 300 мм имеет площадь поверхности около 1,8 квадратных метра. Силиконовая прокладка мощностью 50 Вт, установленная внутри него, повышает температуру воздуха внутри примерно на 5 К после закрытия двери, при условии нормальной герметичности двери и отсутствия изоляции. Пяти кельвинов достаточно, чтобы поверхности оставались сухими при точке росы 26 градусов в помещении с температурой 25 градусов. В более холодном помещении или в более крупном корпусе тот же расчёт указывает на необходимость использования нагревателя мощностью 150 Вт или системы распределения тепла с помощью вентилятора.

Что мы больше не рекомендуем

Три шаблона повторялись настолько часто, что мы перестали их рекомендовать.

Нагреватель без канала для влаги. На прибрежных подстанциях простой термостат управляет работой нагревателя и в сухой сезон, поскольку он реагирует только на температуру. Три панели на одной из таких подстанций работали в таком режиме в течение всего лета. В августе температура внутри одной из них достигла 45 градусов по Цельсию, и изоляция вторичной проводки затвердела настолько, что на изгибах появились трещины. Интеллектуальные термостаты AWS также измеряют влажность, поэтому обогрев включается при наличии влаги, а не просто при понижении температуры воздуха.

Оставить вентилятор работать в непрерывном режиме. Создается впечатление, что это вентиляция, и воздух действительно циркулирует, но в влажный день вентилятор затягивает влажный наружный воздух внутрь шкафа. Работа вентилятора, управляемого контроллером AWS, должна быть привязана к заданному значению, а не настроена на постоянную работу.

Загерметизировать все входы и оставить траншею открытой. Корпус с классом защиты IP65, герметичность которого соответствует требованиям стандарта IEC 60529, по-прежнему «дышит» через кабельный канал. Если в дождливый сезон кабельная траншея заполняется водой, уплотнение прокладок корпуса ничего не изменит, поскольку влага проникает вдоль кабеля. В таком случае решение проблемы лежит в траншее, а не в шкафу.

Выбор контроллера из линейки AWS

Ассортимент подразделяется на платформы с циферблатом, базовые и интеллектуальные, а код содержит важные поля: какой канал находится под контролем, какое действие вызывает выходной сигнал, является ли выход пассивным или активным, букву обозначения платформы и формат крепления.

Платформа	Метод настройки	Варианты монтажа	Где это применимо
Наберите (Z)	Регулятор заданного значения, без дисплея	35-мм DIN-рейка или вырез в панели размером 45,5 × 45,5 мм	Однофункциональные шкафы, предназначенные для постоянной эксплуатации
Базовый (J)	Предустановленные функции, ограниченные возможности настройки	DIN-рейка или панель	Простое управление обогревателем или вентилятором
Интеллектуальный (X)	Цифровой дисплей, многоканальный	48-мм DIN-рейка, панель 72 / 96 / 120 мм, узкий 1P DIN-модуль или корпус размером 115 × 90 × 72 мм	Многоканальные шкафы, сигналы тревоги и выходы 4–20 мА, RS485 при необходимости

Номинальные параметры выходных контактов составляют 250 В переменного тока / 5 А, что позволяет напрямую подключать большинство нагревателей и вентиляторов. «Интеллектуальные» модели поддерживают питание от 85 до 265 В переменного или постоянного тока, поэтому одно и то же устройство может работать как от аккумуляторной батареи станции на 110 В постоянного тока, так и от вспомогательного источника питания на 230 В переменного тока без смены варианта исполнения. На некоторых моделях доступен интерфейс RS485, что позволяет передавать данные о микроклимате в шкафу по той же цепи Modbus, что и остальные данные мониторинга панели.

Датчики подбираются в соответствии с платформой: WCG-Z — для моделей с циферблатом, WCG-J — для базовых моделей, WCG-X — для интеллектуальных моделей. Провод и разъем зависят от конкретного контроллера, поэтому датчик следует заказывать вместе с устройством, а не подбирать позже. Установите датчик на средней высоте с той стороны, где поверхность наиболее холодная, и держите его подальше от корпуса нагревателя, иначе контроллер будет считывать температуру, которая не соответствует температуре в других частях шкафа.

Один нюанс при монтаже интеллектуальных устройств с выходом 4–20 мА: сигналы тревоги и аналоговые выходы — это два сигнала, которые на практике используются в большинстве панелей управления. Контакт сигнала тревоги подключается к локальному сигнализатору; аналоговый выход подключается к контуру SCADA в тех случаях, когда динамика изменения влажности в шкафу дает более полезную информацию, чем простое превышение одного порогового значения.

Практическая последовательность действий

Сначала проведите измерения. Данные о температуре и влажности внутри шкафа, собранные в течение целой недели в сезон повышенной влажности, дадут вам больше информации, чем данные, полученные за один час в день посещения. Определите мощность нагревателя исходя из объема, а затем подтвердите расчетный рост температуры, исходя из ориентировочного значения 5–10 Вт на кубический метр. Выберите комбинацию датчика и контроллера из приведенной выше таблицы платформ. Подключите выход вентилятора к заданному значению и проверьте прокладку кабеля в последнюю очередь, прежде чем винить в неисправности корпус.

Контроллеры, датчики и нагреватели AWS представлены в каталоге средств контроля и защиты электропитания на нашем сайте центр загрузки. Что касается другой половины той же истории — горячих швов, за которыми нужно следить, а не сушить, — наши заметки по этому вопросу можно найти в Устранение неисправностей панели управления здесь описаны симптомы, которые часто путают с конденсацией, а в блоге ACXION собраны статьи по установке. Информация о нашем производстве представлена на О компании ACXION, а чертежи шкафов могут пройти через Страница «Связаться с ACXION».

Технические характеристики приведены из действующего каталога и могут изменяться по мере обновления ассортимента. Проверьте количество каналов, тип вывода и способ монтажа по подтверждению заказа.

Контроллеры, датчики и нагреватели поставляются в соответствии с заказанной вами конфигурацией, и стоимость каждого из них рассчитывается отдельно.