Erreurs de Refroidissement Courantes dans les Tableaux de Contrôle Industriels : Éviter la Surchauffe et les Pannes

 L'importance d'un refroidissement efficace des enceintes est souvent négligée par les concepteurs de tableaux de contrôle industriels. Cela conduit à des conceptions avec ventilation naturelle, sans accorder suffisamment d'importance 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 de niveaux de température dangereux sont bien connus, allant de l'endommagement de l'équipement au raccourcissement de la durée de vie des composants, jusqu'à un incendie complet. Ces risques peuvent être minimisés en identifiant et en rectifiant ensuite les erreurs commises dans le refroidissement des enceintes.

Pourquoi les Tableaux de Contrôle Industriels Chauffent-ils ?

Le taux de chaleur généré à l'intérieur du tableau et le taux auquel la chaleur est évacuée impactent directement la température à l'intérieur d'une enceinte. L'utilisation généralisée d'équipements électroniques et à base de microprocesseurs signifie que les systèmes de contrôle dégagent plus de chaleur. La situation s'aggrave davantage par l'utilisation de variateurs de vitesse notoires pour générer de la chaleur. Cela s'ajoute au souhait des concepteurs de regrouper tous les composants dans le moins d'espace possible, créant une recette pour le désastre.

Conséquences

Il n'est pas rare que l'équipement industriel ait une plage de températures de fonctionnement. Comme les environnements industriels sont connus pour être difficiles, les fabricants prévoient une flexibilité en termes de fonctionnement, mais cela varie d'un composant à l'autre. Les tableaux de contrôle industriels compacts peuvent rapidement accumuler de la chaleur pouvant entraîner des dommages aux équipements, surtout les plus sensibles comme les alimentations, contrôleurs et appareils de mesure de précision. Il y a aussi un risque que les dispositifs contrôlés par microprocesseur tels que les PLC commencent à dysfonctionner lorsque la température dépasse un certain seuil.

Erreurs Courantes

Souvent, ce sont les petites erreurs qui ont le plus d'impact. Et les erreurs peuvent être coûteuses quand il s'agit de tableaux de contrôle industriels, qui abritent des équipements sensibles comme les variateurs de fréquence, alimentations, transformateurs, etc. Ces équipements sont chers, et leur panne peut aussi réduire la productivité. De plus, même si les composants perdent en efficacité ou développent des défauts, des lignes d'assemblage entières peuvent être affectées jusqu'à la rectification.

Généralement, les fabricants indiquent une limite de température maximale admissible dans leur documentation produit, variant 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 quand cela peut se produire est lorsque les variateurs chauffent ou déclenchent, causant des arrêts complets d'usine.

Voici trois des erreurs les plus courantes, qui si elles sont rectifiées, peuvent prévenir les temps d'arrêt excessifs et les 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 tableau de contrôle sera installé. Les limites de température ambiante haute et basse doivent être connues à l'avance, tandis que d'autres facteurs à prendre en compte incluent l'exposition au rayonnement solaire, les niveaux d'humidité, et la présence de polluants tels que la poussière et la saleté. Une fois connus, ces informations peuvent être utilisées pour concevoir l'enceinte correcte selon les indices NEMA.

NEMA (National Electrical Manufacturer's Association) est un système réglementaire mature et établi qui a des spécifications pour les enceintes électriques pour fonctionnement en intérieur ou extérieur. Les fabricants conçoivent généralement leurs enceintes selon les normes NEMA. Par exemple, les enceintes NEMA 1 fonctionnent en intérieur dans des environnements sans pollution, tandis que les enceintes NEMA 4 peuvent protéger contre tous types de météo et pénétrations d'eau.

Pour les enceintes NEMA 1 et NEMA 3R, le refroidissement peut être maintenu par un système de refroidissement en boucle ouverte, ex. ensemble ventilateur filtré, qui peut empêcher la température de dépasser 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 enceintes installées en intérieur avec des températures ambiantes nominales, où existent des niveaux minimaux de saleté et de poussière.

D'un autre côté, si l'enceinte est classée NEMA Type 4, 4x ou 12, un système de refroidissement en boucle fermée étanche serait requis, empêchant tout polluant de toucher l'équipement à l'intérieur.

Enfin, tant que l'enceinte est située dans une zone où la température ambiante est en dessous de la limite maximale, un échangeur de chaleur air-air fera aussi l'affaire. Mais si la température ambiante est proche de la limite, un climatiseur serait requis. Cela apporterait aussi des avantages supplémentaires comme une baisse des niveaux d'humidité.

Ignorer l'Humidité et la Corrosion

De nombreux composants électriques ont tendance à défaillir sous des niveaux d'humidité excessifs, et doivent en tout temps être maintenus dans des environnements secs pour prévenir les courts-circuits électriques. Les conditions de forte humidité sont mieux gérées par des climatiseurs qui peuvent la condenser hors de l'air. Il y a eu des avancées notables dans le domaine, certains systèmes de climatisation d'enceinte gérant l'humidité résultante par un évaporateur de condensat, empêchant l'eau de goutter à l'extérieur de l'enceinte. En même temps, le climatiseur ne doit pas être surdimensionné, car une unité à forte capacité de refroidissement sera incapable de maintenir la température d'air d'enceinte désirée.

Dans les environnements froids, l'eau peut 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'un autre côté, il y a des environnements qui exposent les enceintes à des fumées et liquides corrosifs, par exemple dans les zones marines ou les stations de traitement d'eau. Pour protéger les composants internes de l'enceinte, elle doit être scellée pour que les contaminants ne puissent pas pénétrer. Mais, comme les liquides sont généralement corrosifs, ils peuvent affecter le boîtier extérieur de l'enceinte. Pour prévenir de telles occurrences, des revêtements anti-corrosion peuvent être appliqués sur les tubes en cuivre ou les serpentins de condenseur.

Spécifier une Capacité de Refroidissement Incorrecte

Une fois le type de système de refroidissement et l'indice NEMA décidés, la capacité de refroidissement de l'enceinte doit être choisie correctement. C'est une étape importante car sinon les composants perdront leur efficacité et seront constamment à risque de défaillance.

La capacité de refroidissement d'une enceinte doit dépasser la charge thermique produite par les composants. Pour calculer la chaleur produite, les spécifications techniques de chaque composant doivent être consultées. L'efficacité du composant doit être soustraite de 1, le résultat multiplié par la puissance nominale de l'appareil.

Enfin, la chaleur transférée à travers les parois de l'enceinte due à la température ambiante et aux sources de rayonnement solaire doit être prise en compte lors du calcul de la charge thermique. Un calculateur numérique de gestion de température est le meilleur moyen d'obtenir des valeurs précises, permettant de sélectionner l'enceinte la plus économique.

Bonnes Pratiques

Il y a quelques bonnes pratiques à considérer lors de la conception de tableaux de contrôle industriels et de l'évaluation de leurs besoins en refroidissement.

Planifier à l'Avance

Quand un système de gestion thermique est conçu avec des considérations à long terme, il peut fournir des bénéfices durables, maintenant tous les composants électriques à l'intérieur du tableau de contrôle à des niveaux de température sûrs. Lors de la disposition des composants dans l'enceinte, assurez-vous que l'électronique sensible est placée près de l'entrée d'air frais. De la place doit toujours être laissée pour l'expansion future, sinon l'équilibre délicat de densité des composants sera perturbé, ce qui peut entraîner le remplacement du système de refroidissement.

Évaluer l'Environnement

Sûrement, les composants placés à l'intérieur de l'enceinte seront responsables de générer la majeure partie de la chaleur. Mais les températures ambiantes jouent un rôle majeur en termes de refroidissement de l'enceinte. Il faut être sûr de prendre en compte tous les facteurs externes lors de la conception de l'enceinte :

• Températures ambiantes
• Vibrations
• Contaminants
• Matériaux corrosifs

Planifier la Maintenance

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