Erreurs dans le refroidissement des boîtiers de panneaux de commande industriels

L'importance d'un refroidissement efficace de l'enceinte est souvent négligé par les concepteurs de panneaux de contrôle industriels. Cela conduit à des conceptions qui comportent une ventilation naturelle avec une importance insuffisante accordée aux effets combinés de la charge thermique des composants et de la température ambiante. En conséquence, l'enceinte ne parvient pas à maintenir la température interne aux niveaux recommandés. Les dangers des niveaux de température dangereux sont bien connus, allant des dommages à l'équipement à la réduction de la durée de vie des composants en passant par un véritable incendie. Ceux-ci peuvent être minimisés en réalisant et en corrigeant par la suite les erreurs commises lors du refroidissement des enceintes.

Pourquoi les panneaux de contrôle industriels deviennent-ils chauds ?

Le taux de chaleur généré à l'intérieur du panneau et le taux auquel la chaleur est évacuée ont un impact direct sur la température à l'intérieur d'une enceinte. L'utilisation généralisée d'équipements électroniques et à microprocesseur signifie que les systèmes de contrôle dégagent plus de chaleur. La situation est encore aggravée par l'utilisation d'entraînements électriques connus pour générer de la chaleur. Ceci est combiné avec le souhait des concepteurs d'emballer tous les composants dans le moins d'espace possible, créant ainsi une recette pour le désastre.

Conséquences

Il n'est pas rare que les équipements industriels aient une plage de températures de fonctionnement. Les environnements industriels étant connus pour être difficiles, les fabricants sont sûrs d'offrir une flexibilité en termes de fonctionnement, mais cela varie d'un composant à l'autre. Les panneaux de contrôle industriels emballés pour la densité peuvent rapidement accumuler de la chaleur qui peut endommager les équipements, en particulier les équipements sensibles tels que les alimentations, les contrôleurs et les appareils de mesure de précision. Il existe également un risque de dispositifs contrôlés par microprocesseur tels que les API commencer à mal fonctionner lorsque la température franchit un certain seuil.

Erreurs courantes

Très souvent, les petites erreurs sont celles qui ont le plus d'impact. Et les erreurs peuvent être coûteuses lorsqu'il s'agit de panneaux de contrôle industriels, lorsqu'ils sont connus pour abriter des équipements sensibles tels que des variateurs de fréquence, des alimentations, des transformateurs, etc. Ceux-ci sont coûteux, et une défaillance peut également réduire la productivité. De plus, même si les composants perdent de leur efficacité ou développent des défauts, des chaînes de montage entières peuvent être affectées jusqu'à ce que la rectification ait lieu.

En règle générale, les fabricants indiquent généralement une limite de température maximale autorisée dans la documentation de leur produit, comprise entre 35 et 40 degrés Celsius. Cela peut sembler adéquat, mais l'accumulation de chaleur à l'intérieur d'une enceinte entraîne une température encore plus élevée. Des exemples courants de cas où cela peut se produire sont lorsque les VFD chauffent ou se déclenchent , provoquant des pannes complètes de l'usine.

Voici trois des erreurs les plus courantes qui, si elles sont corrigées, peuvent éviter des temps d'arrêt excessifs et des coûts de réparation tout en améliorant la longévité de l'équipement.

Choisir un système de refroidissement incompatible

Il faut comprendre l'environnement industriel dans lequel le panneau de commande sera installé. Les limites de température ambiante élevée et basse doivent être connues à l'avance, tandis que d'autres facteurs doivent être pris en considération, notamment l'exposition au rayonnement solaire, les niveaux d'humidité et la présence de polluants tels que la poussière et la saleté. Une fois connues, ces informations peuvent être utilisées pour concevoir le bon boîtier conformément aux normes NEMA.

NEMA ou National Electrical Manufacturer's Association est un système de réglementation mature et établi qui a des spécifications pour les boîtiers électriques pour un fonctionnement intérieur ou extérieur. Les fabricants conçoivent généralement leurs boîtiers autour des normes NEMA. Par exemple, les boîtiers NEMA 1 fonctionnent à l'intérieur dans des environnements non pollués, tandis que les boîtiers NEMA 4 peuvent protéger contre tous les types de intempéries et de pénétration d'eau.

Pour les boîtiers NEMA 1 et NEMA 3R, le refroidissement peut être maintenu par un système de refroidissement en boucle ouverte, par ex. ventilateur filtré, qui peut empêcher la température de monter au-dessus de la limite de sécurité. Les ventilateurs sont souvent la technique la plus rentable pour maintenir la température, étant donné que les conditions environnementales ne sont pas hostiles. Les ventilateurs de refroidissement sont très efficaces pour les boîtiers installés à l'intérieur avec des températures ambiantes nominales, où des niveaux minimaux de saleté et de poussière existent.

D'un autre côté, si le boîtier est classé NEMA Type 4, 4x ou 12, un système de refroidissement en boucle fermée scellé sera nécessaire, empêchant tout polluant d'entrer en contact avec l'équipement à l'intérieur.

Enfin, tant que l'enceinte est située dans une zone où la température ambiante est inférieure à la limite maximale, un échangeur de chaleur air-air fera également l'affaire. Mais si la température ambiante est proche de la limite, un climatiseur serait alors nécessaire. Cela apporterait également des avantages supplémentaires, tels qu'une baisse du taux d'humidité.

Ignorer l'humidité et la corrosion

De nombreux composants électriques ont tendance à tomber en panne à des niveaux d'humidité excessifs et doivent à tout moment être conservés dans des environnements secs pour éviter les courts-circuits électriques. Les conditions d'humidité élevée sont mieux traitées par les climatiseurs qui peuvent le condenser hors de l'air. Il y a eu des progrès notables dans le domaine, certains systèmes de climatisation d'enceinte permettant de gérer l'humidité résultante via un évaporateur de condensat, empêchant l'eau de s'égoutter à l'extérieur de l'enceinte. Dans le même temps, le climatiseur ne doit pas être surdimensionné, car une unité avec une capacité de refroidissement élevée ne sera pas en mesure de maintenir la température d'air souhaitée dans l'enceinte.

Dans les environnements plus froids, l'eau peut se condenser sur l'équipement chaque fois que les températures descendent en dessous du point de rosée. Dans ces cas, un élément chauffant doit être utilisé pour maintenir la température interne au-dessus de ce niveau.

D'autre part, il existe des environnements qui exposent les enceintes à des vapeurs et des liquides corrosifs, par exemple dans les zones marines ou les usines de traitement de l'eau. Pour protéger les composants internes de l'enceinte, celle-ci doit être scellée afin que les contaminants ne puissent pas pénétrer. Mais, les liquides étant généralement corrosifs, ils peuvent affecter l'enveloppe extérieure de l'enceinte. Pour éviter de tels événements, des revêtements anticorrosifs peuvent être appliqués sur les tubes en cuivre ou les serpentins du condenseur.

Spécification d'une capacité de refroidissement incorrecte

Une fois le type de système de refroidissement et la cote NEMA a été décidée, la capacité de refroidissement de l'enceinte doit être choisie correctement. Il s'agit d'une étape importante car sinon les composants perdront leur efficacité et seront exposés à un risque constant de défaillance.

La capacité de refroidissement d'une armoire doit être supérieure à la charge thermique produite par les composants. Afin de concevoir la chaleur produite, les spécifications techniques de chaque composant doivent être référencées. L'efficacité du composant doit être soustraite de 1, le résultat étant multiplié par la puissance nominale de l'appareil.

Enfin, la chaleur transférée à travers les parois de l'enceinte en raison de la température ambiante et des sources de rayonnement solaire doit être prise en compte lors de la conception de la charge thermique. Un calculateur numérique de gestion de la température est le meilleur moyen d'y parvenir car il vous donnera des valeurs précises, vous permettant de sélectionner l'enceinte la plus économique.

Meilleures pratiques

Quelques bonnes pratiques peuvent être prises en compte lors de la conception de panneaux de contrôle industriels et de l'évaluation de leurs besoins en refroidissement.

Planifier à l'avance

Lorsqu'un système de gestion thermique est conçu avec des considérations à long terme, il peut offrir des avantages durables, en maintenant tous les composants électriques à l'intérieur du panneau de commande à des niveaux de température sûrs. Lors de la disposition des composants avec le boîtier, assurez-vous que les composants électroniques sensibles sont placés à proximité de l'entrée d'air frais. Il faut toujours laisser de la place pour une expansion future, sinon le délicat équilibre composant-densité sera perturbé, ce qui peut entraîner le remplacement du système de refroidissement.

Évaluer l'environnement

Certes, les composants qui seront placés à l'intérieur de l'enceinte seront chargés de générer l'essentiel de la chaleur. Mais les températures ambiantes ont un rôle majeur à jouer en termes de refroidissement de l'enceinte. Il faut s'assurer de tenir compte de tous les facteurs externes lors de la conception de l'enceinte :

• Températures ambiantes
• Vibrations
• Contaminants
• Matériaux corrosifs

Planifier l'entretien

Installer un panneau de contrôle et le laisser tel quel n'est pas la bonne façon de faire les choses. Idéalement, un mécanisme de maintenance prédictive doit être en place pour fournir à l'avance à l'opérateur toutes les lectures et alarmes nécessaires. Cela permettra aux directeurs d'usine de suivre les activités de maintenance et la longévité obtenue grâce à des réparations effectuées en temps opportun.

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