ѕрименение ”«»ѕ (ў«»ѕ) в районах с т€желыми климатическими услови€ми. „асть 2

—качать в формате PDF

¬ качестве примера дл€ расчета теплового баланса будем рассматривать шкаф ў«»ѕ совмещенный с оборудованием —ј” крановой площадки газопровода.

Fig_4

–исунок 4 Ч ¬нешний вид ў«»ѕ на объекте эксплуатации

ў«»ѕ установлен на объекте  раснотурьинского Ћѕ” ћ√ ќќќ Ђ√азпром трансгаз ёгорскї в умеренном климатическом по€се. Ћето умеренно теплое (от плюс 10 до плюс 25-28 ∞—). «има холодна€ (от минус 50 до плюс 4 ∞—). √одовое количество осадков от 1000 до 3000 мм. Ќаблюдаетс€ значительное вли€ние западных ветров, принос€щих осадки весь год. «начени€ климатических факторов среды в районе эксплуатации прин€ты согласно √ќ—“ 15150-69, представлены в таблице 2.

ўиток оснащен системой автоматического поддержани€ заданной температуры и относительной влажности внутри щитка, обеспечивающей безопасную работу размещенного в нем оборудовани€.

–абоча€ температура и относительна€ влажность поддерживаютс€ при помощи обогревател€ и вентил€тора, управл€емых двум€ независимыми терморегул€торами и гигростатом. ѕо умолчанию на терморегул€торах заданы значени€ плюс 10 ∞— и плюс 40 ∞—, соответственно. “аким образом, при понижении температуры в щитке включаетс€ обогреватель, а при повышении вентил€тор. ¬ рабочем диапазоне температур вентил€тор и обогреватель выключаютс€ автоматически (нагреватель при плюс 15 ∞—, вентил€тор при плюс 35 ∞—). ќтносительна€ влажность внутри щитка поддерживаетс€ на уровне 65 %. ѕри ее увеличении включаетс€ обогреватель, воздух подсушиваетс€, и нагрев автоматически выключаетс€. “аким образом, можно избежать выпадени€ конденсата. ƒл€ уменьшени€ тепловых потерь металлический корпус проклеен теплоотражающим материалом Ц пенофолом толщиной 10 мм.

ƒанные по типу оболочки ў«»ѕ представлены в таблице 3.

tabl_3

ƒл€ определени€ мощности обогревател€/охладител€ воспользуемс€ справочными таблицами 4 Ч 11.

Tabl_4

Tabl_5

Tabl_6

Tabl_7

¬ шкафу отсутствуют шины, кабели и проводники главных цепей. –ассчитаем потери в проводниках. ƒл€ расчета воспользуемс€ формулой (1) и справочными данными ѕриложени€ 1.

Tabl_8

–ассчитаем суммарное выделение тепла.
Tabl_9

»того суммарна€ мощность 301.6¬т ~ 302 ¬т. ќпредел€ем коэффициент распределени€ температуры Ђ—ї дл€ оболочек без вентил€ционных отверстий, с эффективной поверхностью охлаждени€ јэ >1,25 м².

Tabl-10

f_10

где: h Ц высота оболочки, јосн Ц площадь основани€, “ип установки определ€етс€ по услови€м таблицы 4, — = 1,41, между значени€ми 1,435 и 1,415.
ѕревышение температуры на уровне высоты половины оболочки Δt1/2 составит:
f111

ƒл€ определени€ температуры в верхней части оболочки Δt1 необходимо установить поправочный коэффициент f= 5,26.  оэффициент распределени€ температуры дл€ оболочек без вентил€ционных отверстий, с эффективной поверхностью охлаждени€ A > 1,25 м², —= 1,41.
f_12

ƒл€ исследуемого шкафа ў«»ѕ расчЄтна€ температура в верхней части оболочки выше температуры окружающей среды на Δt1= 19,6  . ѕо упрощенной формуле (3), (4) дл€ окрашенного шкафа превышение температуры внутри оболочки составит:
Ti = Q/(  × јэ)=11  .

ќбе формулы расчета показали схожий результат при определении превышени€ температуры внутри шкафа. ћетодика стандарта ћЁ  60890 точнее, но данные отличаютс€ незначительно. ѕоэтому можно рекомендовать к применению обе формулы дл€ вычислений, при этом особое внимание уделить реальным режимам работы, и, следовательно, мощности, котора€ преобразуетс€ в тепло.

ѕриведенные методики расчета свод€тс€ к определению превышени€ температуры внутри Ќ ”; подразумеваетс€, что данное превышение будет существовать относительно температуры окружающего воздуха во всем диапазоне. ƒл€ определени€ относительной температуры внутри оболочки достаточно суммировать текущее значение окружающего воздуха со значением превышени€. –азработчику остаетс€, задавшись допустимым температурным диапазоном, получить значени€ по искусственному (внешнему) ограничению климатических условий, либо предусмотреть при необходимости вентил€цию (обогрев) и регулировать климатические параметров за счет внутренних устройств Ц обогреватели, вентил€торы, кондиционеры.

¬опросы теплопередачи, св€занные с наличием разницы температур, материала, толщины стенки и эффективной площади рассеивани€ тепла могут быть рассмотрены с помощью формулы (16). ¬от и все, а теперь с учетом известных значений температур окружающей среды (Temin, Temax), можно найти максимальные и минимальные значени€ температуры (∞—) внутри шкафа: — учетом температуры окружающего воздуха по √ќ—“ 15150-69 дл€ интервала наблюдений 65 % и 100 % (верхнее и нижнее рабочее значение) внутри оболочки могут быть достигнуты значени€ температуры (Timax, Timin) указанные в таблице 11.

ѕолученные данные необходимо сравнить с температурными режимами оборудовани€. ≈сли максимальное расчетное значение температуры менее заданного максимального (Timax < Tmax), то системы поддержани€ микроклимата (охлаждени€) не требуетс€. ≈сли минимальное расчетное значение температуры ниже заданного (Timin < Tmin), то необходимо предусмотреть электрический нагреватель. ƒл€ комплектующих, приименных в составе ў«»ѕ, допустимый температурный диапазон указанный производителем составл€ет от минус 40 (Tmin) до плюс 60 ∞— (Tmax), следовательно, дополнительных мер по температурном регулированию не нужно.

«аметим, что данные полученные дл€ температурных режимов следует рассматривать независимо от определени€ точки росы и образовани€ конденсата.

Tabl_11

ќпредел€ем необходимость утеплител€/обогрева/охладител€.

—уммарно тепловыделение внутри шкафа составл€ет 302 ¬т. ѕредположим, что необходимо установить температурный режим работы в диапазоне, отличном от значений, полученных без регулировани€. ƒл€ этого предусмотрено два возможных варианта. ћощность системы можно определить из выражени€:
f_13

Ќеобходимый поток воздуха [м3/ч] можно рассчитать:
f_14

где: Tmin Ч минимальное допустимое значени€ температур внутри шкафа после регулировани€; Tmax Ч максимальное допустимое значени€ температур внутри шкафа после регулировани€; f Ч поправочный коэффициент (коэффициент f = —p × ρ, произведение удельной теплоемкости и плотности воздуха на уровне мор€).

ƒл€ различных высот над уровнем мор€ коэффициент f имеет следующие значени€:
Х 0Ц100 м f = 3,1;
Х 100Ц250 м f = 3,2;
Х 250Ц500 м f = 3,3;
Х 500Ц350 м f = 3,4;
Х 750Ц1000 м f = 3,5.

f_15

ѕри расчете воздушного потока, создаваемого вентил€тором, необходимо учитывать потери нагрузки, вызванные выпускными компонентами (воздухораспределительна€ решетка и фильтр, наличие или отсутствие вентил€ционной решетки). —ледует учитывать потери, которые неизбежно будут возникать вследствие загр€знени€ фильтра и уменьшени€ пропускной способности фильтра. ѕри проектировании должно быть обеспечено равномерное распределение потерь мощности внутри оболочки (шкафа), а расположение встроенного оборудовани€ не должно преп€тствовать циркул€ции воздуха. ѕри мощности обогревател€ более 250 ¬т дл€ эффективного рассеивани€ мощности желательно установить вентил€тор. Ќесоблюдение этих правил потребует проведени€ более сложных тепловых расчетов дл€ исключени€ веро€тности локальных перегревов и эффекта байпаса. ѕредположим, что регулированием температурного режима надо обеспечить интервал от 10 Tmin до 25 ∞— Tmax во всем диапазоне эксплуатации включа€ верхние и нижние рабочие значени€. ¬ данном случае необходимо охлаждение (Timax > Tmax), и обогрев (Timin < Tmin).

f_15_1

≈сли температура воздуха внутри шкафа выше температуры окружающего воздуха, то естественно он будет греть окружающий воздух. ≈сли температура воздуха снаружи шкафа выше температуры воздуха внутри шкафа, то шкаф соответственно будет нагреватьс€. Ёто классический случай теплопередачи через плоскую стенку. —кладываем теплоприток через стенки и получаем суммарный теплоприток через все стенки шкафа.
“еплоприток рассчитываетс€ по формуле:

f_16

где: K Ч коэффициент теплопередачи стенки, ¬т/(м²xK); S Ц площадь стенки, м²; dT(tв-tн) Ц разность температур по обе стороны стенки, K; tв Ч температура воздуха внутри шкафа, —; tн Ч температура воздуха на улице, —; Q Ч тепловыделени€ в шкафу от установленного оборудовани€, ¬т; јэ Ч площадь стенок шкафа, соприкасающихс€ с наружным воздухом, м².

 оэффициент теплопередачи  , считаетс€ по формуле (исходим из того, что стенка шкафа не многослойна€, а однослойна€):

f_17

где: αн Ц  оэффициент теплопередачи внутренний стенки, ¬т/м²х ; αв Ц  оэффициент теплопередачи наружный стенки, ¬т/м²х ; δ Ц толщина стенки, м; λ Ц коэффициент теплопроводности стенки в зависимости от материала, ¬т/мх ; теплопроводность стали λ = 45Е50 ¬т/м ; теплопроводность фольгированного пенофола λ = 0,049 ¬т/м .

 оэффициенты теплопередачи αн, αв завис€т от скорости движени€ воздуха возле поверхности стенки. ќриентируйтесь на эти данные:

а) неподвижный воздух = 8-9 ¬т/м2х  (αв);
б) скорость воздуха 4 м/с = 23 ¬т/м2х  (αн);
в) скорость воздуха 7 м/с = 35 ¬т/м2х .
–ассчитаем теплопотери дл€ металлического неутепленного стального корпуса и в случае применени€ в качестве утеплител€ шкафа фольгированного пенофола толщиной 10 мм.
—опротивление теплопередаче стали 2 мм равно:
 с = 1/αн + δт/λт + 1/αв = 1/23+0,002/50+1/8 = 0,17 ¬т/м2∞—.
—опротивление теплопередаче пенофола 10 мм без учета стали равно:
 п = 1/αн + δт/λт + 1/αв = 1/23+0,01/0,049+1/8 = 0,36 ¬т/м2∞—.
“еплопотери через стенки металлического шкафа:
Qс=(tв-tн)/  * јэ=(55/0,17)*5,5=1779 ¬т (с учетом 302 ¬т имеющихс€) = 1477 ¬т.
“еплопотери через стенки утепленного шкафа:
Qп=(tв-tн)/  * јэ=(55/0,36)*5,5=840 ¬т (с учетом 302 ¬т имеющихс€) = 538 ¬т.

ѕри tв = плюс 10 ∞— (температура внутри шкафа) и температуре наружного воздуха минус 45 ∞— теплопотери, которые необходимо компенсировать равны: Q= 1500 ¬т дл€ неутепленного и 500 ¬т дл€ утепленного соответственно.

Ќа эту мощность и стоит подбирать электронагреватель. — запасом, мощности 0,5 к¬т вполне хватит дл€ утепленного шкафа дл€ любых погодных условий. ƒл€ выбранного изначально нагревател€ 250 ¬т допустима€ минимальна€ температура: Qп=(tв-tн)/  * јэ=(55/0,36)*5,5= 550=((10-’)/0,36)х5,5= Ч 26 ∞—, что €вл€етс€ недостаточным дл€ климатического района эксплуатации.

¬ электрических щитах уличного исполнени€, которые отличаютс€ высокой герметичностью, где необходимо поддерживать более высокую температуру, требуетс€ устанавливать нагреватели со встроенным вентил€тором дл€ принудительной циркул€ции воздуха. ¬строенные вентил€торы рекомендуетс€ примен€ть при мощности нагревателей от 250 ¬т дл€ повышени€ эффективности обогрева. ¬арианты: мини-термостат, термостат с фиксированной уставкой или термостат с переключающим контактом, гигростаты (электронные или механические) приборы, включающие в себ€ как термостат, так и гигростат.

fig_5

–исунок 5 Ч “ипова€ схема включени€ системы обогрева

“еплопотери через стенки металлического шкафа (с) при температуре наружного воздуха плюс 40 ∞— составл€ют Qс=(tв-tн)/  * јэ=(15/0,17)*5,5 = 485 ¬т. “еплопотери через стенки утепленного пенофолом шкафа (п) составл€ют Qп=(tв-tн)/  * јэ=(15/0,36)*5,5= 229 ¬т.

ѕри tв = + 25 ∞— (температура внутри шкафа) и температуре наружного воздуха плюс 40 ∞— теплопотери равны: Q= 500 ¬т и 250 ¬т соответственно. —обственное тепловыделение аппаратуры в шкафу составл€ет 302¬т, которое суммируем с теплопотер€ми через стенки шкафа.

Ќа суммарную мощность и стоит подбирать вентил€тор. — запасом, производительности 100м³/ч вполне хватит дл€ утепленного шкафа. “ипоразмер вентил€тора 100 мм выбираем по диаграмме на рисунке 7 (мощность ~ 500 ¬т, разница температур от 15 до 20 градусов).

fig_6

–исунок 6 Ч –асположение вентил€ционных отверстий в шкафу ў«»ѕ

Ќа верхней диаграмме представлено соотношение между производительностью вентил€тора и количеством отводимого тепла. ѕродлив вертикальную пр€мую до нижней диаграммы получаем оптимальный типоразмер вентил€тора.

fig_7

–исунок 7 Ч ќпределение типоразмера дл€ охладител€

»сточники:
1. “ехнические услови€ “” 3434-001-79740390-2007 Ђўитки защиты от импульсных перенапр€жений низковольтные комплектныеї.
2. √ќ—“ IEC 61643-11-2013 Ђ”стройства защиты от импульсных перенапр€жений низковольтныеї.
3. √ќ—“ IEC 61643-21-2014 Ђ”стройства защиты от импульсных перенапр€жений в системах телекоммуникации и сигнализации (информационных системах)ї.
4. √ќ—“ – 51321.1-2007 Ђ”стройства комплектные низковольтные распределени€ и управлени€. „асть 1. ”стройства, испытанные полностью или частичної.
5. √ќ—“ – 50571-4-44-2011 ЂЁлектроустановки низковольтные. „асть 4-44. “ребовани€ по обеспечению безопасности. «ащита от отклонений напр€жени€ и электромагнитных помехї.
6. √ќ—“ 15150-59 Ђћашины, приборы и другие технические издели€. »сполнени€ дл€ различных климатических районов.  атегории, услови€ эксплуатации, хранени€ и транспортировани€ в части воздействи€ климатических факторов внешней средї.
7. √ќ—“ – ћЁ  61643-12-2011 Ђ”стройства дл€ защиты от импульсных перенапр€жений
в низковольтных силовых распределительных системах. ѕринципы выбора и применени€ї.
8. √ќ—“ IEC 61439-1-2013 ”стройства комплектные низковольтные распределени€ и управлени€. „асть 1. ќбщие требовани€.
9. ћЁ  60890:1987 Ђ”злы низковольтной аппаратуры и механизмов управлени€, частично подвергшиес€ типовым испытани€м. ћетоды оценки повышени€ температуры с помощью экстрапол€цииї.
10.  омпани€ ќ¬≈Ќ  онфигуратор расчета микроклимата шкафов управлени€ http://www.owen.ru/catalog/68577860.
11. ∆урнал Ђ—овременна€ электроникаї є6 за 2017.

Pril_1

  • ƒата публикации: 05.12.2023
  • 648
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150