Chlazení/klimatizace rozváděčů 9. Přednáška ESY Chlazení/klimatizace rozváděčů Ing. Miroslav Novák, Ph.D. Ústav mechatroniky a technické informatiky Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Technická Univerzita v Liberci ( +420 48 535 3626 e-* miroslav.novak@vslib.cz

Obsah Způsoby kontroly tepelných ztrát Zdroje tepla Tepelné toky Pasivní chlazení Aktivní chlazení Klimatizace rozváděčů

Důvody Běžné rozváděče pro prostory se stabilní teplotou a vlhkostí Pokud ne Selhání funkce vnitřního vybavení při přehřátí Selhání funkce při nízkých teplotách a působení vlhkosti (zejména elektronické přístroje) Doporučení pro maximální životnost: teplota +10 až +40 °C Relativní vlhkost 30 až 90 % elektrolytická koroze f > 63 % Teploty neklesající pod teplotu rosného bodu ! Obtížné Nucené větrání Aktivní chlazení (Ja > Jpožad) Ohřev při nízké J

Předpisy Proud – teplo – odvod tepla do okolí = teplotní rovnováha Ustálená teplota nesmí překročit mezní teploty instalovaných přístrojů a kabelů Kontrola: Typová oteplovací zkouška rozvaděče – nákladné, často nerealizovatelné (nutná jmenovitá zátěž) ČSN 35 7107 – výpočet na základě matematické extrapolace údajů, zjištěných při zkouškách jiných rozvaděčů postup – publikace 890 číslo 890 Mezinárodní elekrotechnické komise IEC

Zdroje tepla Ztrátový výkon proudových obvodů – Jouleovo teplo P = RI2 (W;;A) E = Pt (J;W;s) nárůst teploty proudové dráhy Vířivé proudy – zanedbávají se Zdroje: Kabely, svorky, přístroje – jističe, pojistky, zdroje… Je nutno znát výkonovou ztrátu prvků ze kterých je rozváděč složen vychází se z podmínek při jmenovitém zatížení prvků – koeficient současnosti je pro typovou zkoušku = 1

Výkonové ztráty prvků rozváděče Sběrnice – výpočet s měrného odporu na metr (m/m), délky, proudu Stykače: od 0,2 W (K2-9 A), po 33 W (K3-550 A) Jističe: (malé modulové) od 1 W (C 0,5A), po 5,3 (B 63A) Motorové spouštěče, transformátory, zdroje, PLC… podle údajů výrobce

 Je Ji Pztr Pout Pin Tepelné toky Teplotní rozdíl mezi proudovodnou dráhou a okolním prostředím = tepelný tok F do vnitřního prostředí rozvaděče. Zvýšení vnitřní teploty rozvaděče = ohřev krytu = vznik tepelného toku mezi krytem a vnějším prostředím Rozložením teplot je ovlivněno tepelnou vodivostí použitého materiálu a tepelně vyměnnými pochody v mezní povrchové vrstvě uvnitř a vně krytu.  = AK(Ji - Jc) kde  je tepelný tok (W), je roven ztrátovému výkonu A plocha rozhraní (m2), K součinitel prostupu tepla (Wm-2K-1), Ji teplota vnitřního prostředí (°C), Jc teplota vnějšího prostředí (°C). Tepelné toky v rozváděči

Účinný chladící povrch rozvaděče Způsob instalace (umístění) rozvaděče Součinitel b Kryt je shora přístupný 1,4 Kryt je shora nepřístupný (např. u vestavěných rozvaděčů 0,7 svislý povrch krytu (přední, boční nebo zadní panel) je přístupný 0,9 Zadní a boční přístup povrch je nepřístupný (např. při montáži na stěnu) 0,5 Boční povrch v případě řadových rozvaděčů jsou nepřístupné Dno rozvaděče nebere se v úvahu V praxi problém s definováním koeficientů prostupu Geometrie (horní, boční stěna) Montáž na podložku, do výklenku, volně… skutečné „geometrické“ plochy krytů -> účinné chladící plochy Aei Výpočet tepelného toku pomocí účinných chladících ploch umožnuje pracovat se součinitelem prostuputepla K materiálu, použitého na výrobu krytu rozvaděče. Výsledná účinná chladící plocha krytu Ae je pak dána výrazem celoplechový kryt rozvaděče: KFe 5,5(Wm-2K-1), plastový kryt rozvaděče: KPlast 3,5(Wm-2K-1),

Hraniční podmínky Oteplení nesmí překročit: Svorky pro připojení izolovaných vnějších vodičů 70(K) Ručně ovládané součásti kovové 15(K) Z izolačního materiálu 25(K) Přístupné vnější kryty s kovovým povrchem 30(K) S izolačním povrchem 40(K) K – stupně Kelvina

Příklad Volně stojící uzavřený rozvaděč z ocelového plechu bez vnitřních přepážek má rozměry: šířka B: 0,8 m, výška H: 1,8 m, hloubka T: 0,4 m. Jaká bude vnitřní teplota rozvaděče, je-li součinitel prostupu tepla jeho krytu K = 5,5 Wm-2K-1 , teplota okolí e = 35 °C a vnitřní ztrátový výkon Pztr = 200 W. Účinný chladící povrch krytu je Ae = 1,8H(B + T) + 1,4BT Po dosazení do vyjde: Ae = 1,81,8(0,8 + 0,4) + 1,40,80,4 = 4,3 m2

Příklad - pokračování Výpočet průměrné vnitřní teploty Výpočet dle IEC 890 Oteplení ve střední výšce 0,5 0,5 = kdPxztr Význam jednotlivých symbolů: k…konstanta krytu (v našem případě K = 0,18), d…součinitel respektující počet vodorovných přepážek v krytu rozvaděče (W), Pztr…ztrátový výkon vnitřního vybavení skříně (uzavřená, větraná v našem případě x = 0,804). 0,5 = 0,1812000,804 = 12,7 K Teplota ve střední části rozvaděče 0,5 = 35 + 12,7 = 47,7 °C

Příklad - pokračování Oteplení v horní části rozvaděče 1,0 vychází z oteplení ve střední části 0,5 a je dáno vztahem: 1,0 = c0,5 kde c je součinitel rozložen íteploty, závislý na výšce krytu, ploše základny a způsobu stavby. V našem případě je c = 1,48. Po číseném dosazení vyjde: 1,0 = 1,4812,7 = 18,8 K a teplota v horní části rozvaděče bude 1,0 = 35 + 18,8 = 53,8 °C Zjednodušený výpočet je zatížen chybou větší než 20 %.

Aktivní chlazení Povrch nestačí odvést vznikající teplo chlaz = d - AK(Ji - Jc) kde d ztrátový výkon výbavy rozváděče = požadovaný tepelný tok (W), chlaz nutný výkon chladicí jednotky A plocha rozhraní (m2), K součinitel prostupu tepla (Wm-2K-1), Ji teplota vnitřního prostředí (°C), Jc teplota vnějšího prostředí (°C). Ventilating

Výměník vzduch/vzduch Nucené větrání Alespoň min. teplotní rozdíl mezi okolní a povolenou vnitř. teplotou nutný teplotní spád alespoň 5 K Cirkulace vzduchu omezuje bodovému přehřátí uvnitř Výhoda: jednoduché Nevýhoda: pronikání prachu, (plynů z vnějšu) = filtry na sacím přívodu, údržba filtrů Výměník vzduch/vzduch Oddělení vnitřního a vnějšího prostředí Výhoda: robustní, oddělení prostředí Nevýhoda: malý chladicí výkon, údržba filtrů

Výměník vzduch/voda Chladicí jednotky Pro vyšší chlad. výkon, dokonalé oddělní prostoru, malá údržba Vyžadují náročné vodní hospodářství (hutní průmysl) Chladicí jednotky Není teplotní spád, pro extrémní okolní teploty, chlazení pod teplotu okolí Kompresorové Riziko kondenzace

Souhrn Lokální přehřívání => vnitřní cirkulace Malý nedostatek odváděného výkonu => zvětšit skříň rozváděče Nízké teploty => vytápění nad tepl. rosného bodu

Nízké teploty - koroze 10g/m³ vody & 40°C => 20 %RH 11 10g/m³ vody & 40°C => 20 %RH Teplota vzduchu klesá Při 11°C dosažen rosný bod (100 %RH) Při 18°C elektrochemická koroze (65 %RH)

Termostat RH + J (hygrostat) Řešení Vytápění nad teplotu rosného bodu Energetické ztráty (omezit regulací) Pasivní odvod/nucená cirkulace Odporové topení s termostatem Ideální je regulace podle RH Topení PTC termistorem - samoregulační Termostat RH + J (hygrostat) Konvekce 5W … 150W DC 24V ... AC 230V Nucený oběh 100W … 1200W DC 24V ... AC 230V

Příslušenství v rozváděčích Při servisních zásazích Osvětlení Zásuvky nn pro ruční nářadí a měř. přístroje Lighting Accessories

Praktické rady k projektům rozváděčů 1. Výrobce rozváděčů nikdy nedostane úplný projekt a technickou zprávu. Nutno uvést pokud možno všechny údaje na výkresu rozváděče např. smyčkové propojení rozváděčů atp. 2. Vždy uvádějte průřezy připojených kabelů, s velikostí průchodek a svorek se již pak není nutné zatěžovat, ty jsou vždy dány průřezem kabelu. 3. Čtěte připojovací podmínky jednotlivých rozvodných závodů. Často se mění. Pokud je neznáte musí být uvedeno pro který kraj je rozváděč určen. "Rozváděčáři" je znají, opět mějte na paměti většinou nemáme celý projekt, často je utajen i investor. 4. Pokud v rozváděči nakreslíte čtvereček s nějakým symbolem, připravíte nám horké chvíle. U velkých výrobců se dá zjistit o co jde, v případě malého výrobce Vám musíme volat. 5. Pokud můžete, uveďte své telefonní spojení. Pravidlem je, že čím horší projekt, tím více utajený autor. Nikdo není neomylný. U velmi složitých rozváděčů se může vloudit chybička i u dobrého projektanta. 6. Neprojektujte rezervy. Každý slušný výrobce ponechá v rozváděči cca 20% volných míst pro případné změny. V průběhu realizace se běžně rozváděče rozšíří o nějaký okruh. Vámi navržená reserva jen zvyšuje cenu. 7. U připojování kabelů nad 120 mm2 upřednostňujte třmenové svorky. Šetří místo, zrychlí montáž. Kvalitou jsou srovnatelné s lisovacími oky. 8. Rozvržení osazení přístroji v rozváděči výrobě nepomůže. Na papíře je tato činnost podstatně složitější nežli při výrobě. Pokud můžete, nechte to na výrobci. 9. Pokud mají být použity směrové popisky je nutno uvést značení již v projektu. 10. Někteří investoři preferují "své" barvy ovládacích vodičů. Opět vhodné uvést. 11. Zvlášť u skříňových rozváděčů uvádět situování přívodů a vývodů. (Shora, zdola.) Hotový rozváděč nejde upravit. 12. Jednou z běžných chyb je osazení 1. a 2. stupně přepěťových ochran bez oddělovacích tlumivek. Toto je sice možné, ale jen u některých výrobků.

Praktické rady k projektům rozváděčů 2 13. Pokud je užito jiné napětí nebo stejnosměrný proud, zdůrazněte to. Je to smutné, ale běžné údaje jako druh ochrany, napětí atp. montéři nečtou. 14. Plastové modulové skřínky nikdy neosazovat na 100%. Špatně se zapojují, neumožní případné změny. Berte prosím v úvahu, že do těchto rozváděčů lze navrhnout jen modulové přístroje. Smyčkovat přes tyto rozváděče velké průřezy je téměř nemožné. 15. U domácích telefonů vždy uvádějte přesný typ a výrobce. Je dostupných asi 30 značek,  každá má jiný napáječ. 16. Respektujte teplo vznikající v rozváděči. Pokud osadíte u topení jističe 10A zatížené 2kW v jedné řadě je to sice teoreticky správné, ale odběrem proudu se bimetaly v jističích předehřejí a vypínají. Pochopitelně osazujeme po každém třetím jističi slepý modul, ale musíme z projektu zjistit co je na vývod připojeno. 17. Není nutné používat výrobky slavných značek. Řada českých výrobků je nejméně srovnatelná. Například největší český výrobce jističů má poruchovost menší, než některé dovážené značky. 18. Složité rozváděče doporučujeme osazovat vždy svorkami. Bez svorek jsou vhodné snad jen jednoduché plasty. 19. Ze stupně krytí nelze vyčíst umístění rozváděče. Pokud je rozváděč umístěn venku, je nutné věnovat zvýšenou pozornost protikorozní ochraně. V současných podmínkách není problém vyrábět z pozinkovaného plechu svařeného bronzí nebo z nerezového plechu. 20. Projektantovi ulehčuje práci jeho archiv. Pokud překopírujete starý projekt, všimněte si, zda se vůbec vyrábějí prvky v něm uvedené. 21. Občas schází liniové schéma ovládání. Z pouhého výkresu rozváděče někdy nelze zjistit, jak to autor myslel. Tedy, pokud možno co nejvíc informací na jednom papíře. 21. Nepřehánějte to s množstvím proudových chráničů. Zajistíte sice vyšší bezpečnost, ale investoři drobných akcí je při realizaci zruší. Je to otázka ceny. Můžu vás ujistit, že to, které okruhy nemusí být osazeny chráničem, vždy investorovi někdo sdělí.

Literatura Tepelné ztráty rozvaděčů http://fei1.vsb.cz/kat451/studium/studium_soubory/studijni_materialy/epez/spolecne/Tepelne_ztraty_rozvadecu.doc MINDL, Pavel. Aktivní řízení teploty. SCHRACK Energietechnik, spol. s r.o. http://infodny.schrack.cz/data/aktivnirizeniteplotyvypocetoteplenirozvadecu.pdf Rozváděče a jejich náplň – zajímavé články. Elektrika.cz http://elektrika.cz/tema-tydne/rozvadece-a-jejich-napln UKN – Univerzitní knihovna TU v Liberci

Příště Chlazení Pasivní chlazení Aktivní chlazení Výpočet