Verifica termica dei quadri elettrici con ventilatori e chiller
I quadri elettrici, siano essi dedicati a sistemi di controllo o finalizzati a impianti di distribuzione dell’energia, devono sempre essere realizzati conformemente alle norme e garantire condizioni di dissipazione termica tali da assicurare temperature al loro interno compatibili con la componentistica in essi contenuta.
Stante la complessità sempre maggiore dei sistemi di controllo e la densità dei componenti all'interno dei quadri, sovente è necessario attuare soluzioni adeguate per smaltire il calore prodotto dagli elementi elettrici all'interno dei quadri.
A tale scopo possono sono utilizzate aperture di ventilazione per consentire lo smaltimento naturale del calore; nei casi in cui tale soluzione non sia sufficiente, si ricorre alla ventilazione forzata o a sistemi di condizionamento (chiller).
I CAD elettrici della Serie 2020 di Electro Graphics, gestiscono tali elementi necessari per l’equilibrio termico dei quadri elettrici e ne permettono il dimensionamento e la loro scelta da un archivio di apparecchi appositamente definito come elementi accessori delle carpenterie dei quadri.
Tale processo, si integra perfettamente con la verifica termica dei quadri progettati e schematizzati, utilizzando il noto metodo previsto dalla norma CEI 17-43 (IEC 60890) per armadi non di serie.
Un algoritmo dedicato, calcola la temperatura di equilibrio all'interno del quadro, considerando l’effetto degli eventuali ventilatori o chiller presenti.
Ventilatori e chiller per quadri elettrici
I CAD elettrici Eplus e iDEA e gli applicativi CADelet e Smart della Serie 2020 consentono l’utilizzo di elementi accessori alle carpenterie per lo smaltimento del calore sviluppato dai componenti in esse dislocati, siano essi ventilatori o condizionatori (chiller).
Sono state quindi definite due nuove categoria di accessori alle carpenterie per gestire le caratteristiche di ventilatori e chiller.
Per ogni elemento sono definibili le caratteristiche tipologiche, dimensionali ed elettriche; per i ventilatori sono poi definite le portate in aspirazione libera e la portata effettiva. Altresì per i chiller sono definite le capacità di raffreddamento in condizioni L35-L35 e L35-L50, secondo la norma DIN 3168.
Verifica termica dei quadri, con integrazione e calcolo della ventilazione forzata e condizionamento
La verifica della sovratemperatura interna del quadro viene effettuata utilizzando il metodo riportato nella norma CEI 17-43 (IEC 60890) “Metodo per la determinazione delle sovratemperature, mediante estrapolazione, per le apparecchiature assiemate di protezione e di manovra per bassa tensione (quadri BT) non di serie (ANS)”.
La verifica della sovratemperatura interna del quadro può essere eseguita nell'ambiente grafico di CADelet, Smart , iDEA ed Eplus, a partire dai dati delle apparecchiature presenti nello schema elettrico. La funzione che permette di eseguire la verifica della sovratemperatura quadri, ora permette di:
• tenere conto di eventuali sbarre presenti all'interno dell’armadio o quadro;
• calcolare e valutare una unità di raffreddamento, se necessaria.
La finestra di verifica della sovratemperatura quadro si avvia con il comando CEI1743 oppure con l’apposita icona dalle barre degli strumenti. Di seguito sono descritte le nuove funzioni introdotte.
Documento
Nella scheda iniziale, Documento, nel riquadro dei dati tecnici del quadro è necessario inserire la temperatura massima interna accettata.
Il valore predefinito è 55°. La temperatura effettiva risultante dal calcolo verrà visualizzata in rosso se superiore alla temperatura massima accettata. Tale temperatura è calcolato secondo il metodo a interpolazione previsto dalla CEI 17-43 sulla base della potenza dissipata dalle apparecchiature presenti all'interno del quadro; tali dati sono desunti dalle schede articolo dei componenti presenti nello schema associato, da altri elementi dissipativi dichiarati nella finestra Apparecchiature, e dall'effetto dissipativo dei conduttori o delle sbarre di rame presenti nel quadro.
Esclusione elementi da verifica a sovratemperatura
Una apposita opzione aggiunta nei dati tecnici di ogni articolo materiale presente in archivio Articoli permette di escludere l'elemento dal calcolo della sovratemperatura.
Sbarre
E' possibile assegnare fino a tre tipologie di sbarre di rame nude con disposizione verticale e fino a tre tipologie di sbarre di rame nude per la connessione con i dispositivi (orizzontali).
Le tipologie sono estratte dalle tabelle presenti nella norma, compresa l'opzione con due conduttori per fase. Per ciascuna tipologia in lista è riportata la portata ed è possibile personalizzarne la lunghezza.
Il fattore di carico, richiesto, rappresenta il rapporto medio tra la corrente di funzionamento e la portata massima delle sbarre. Il software permette in questo modo di stimare la potenza dissipata dalle sbarre così definite.
Raffreddamento
Nel caso in cui la temperatura massima del quadro elettrico sia superiore alla massima permessa, è possibile intervenire nella scheda raffreddamento per individuare il metodo migliore per abbassare la temperatura del quadro.
In alternativa alla ventilazione naturale quindi, è possibile scegliere tra Ventilazione forzata e Condizionamento.
Ventilazione forzata
La formula generale di scambio termico con l'aria, usata nel calcolo, è la seguente:
Pr = F x (Ti - Te) / Ka
Dove:
Pr: potenza evacuata
F: flusso d'aria in m³/h
Ti: temperatura interna
Te: temperatura esterna
Ka: costante dell'aria
È possibile impostare un valore di altitudine o imporre una costante dell'aria personalizzata. Il software calcola il flusso d'aria minimo per garantire una potenza refrigerante sufficiente a riportare la variazione di temperatura entro i limiti impostati. L’algoritmo utilizzato è di tipo ricorsivo e una volta calcolata la potenza evacuata sulla base delle temperature esistenti, si determinano le nuove condizioni di temperatura interna utilizzando il metodo della norma CEI 17-43; ricorsivamente si ricalcola la potenza evacuata con i nuovi valori termici calcolati, fino a che si raggiunge un equilibrio entro il decimo di grado di variazione per iterazioni successive. Definita così la potenza da evacuare, su tale base è impostato il filtro di ricerca nell'apposito archivio Ventilatori per la scelta del ventilatore da utilizzare. Nelle elaborazioni, è considerato il flusso d'aria netto e il filtro di ricerca impostato garantisce un flusso minimo necessario.
Se un elemento soddisfa le impostazioni ricercate e viene selezionato, i dati di sovratemperatura vengono aggiornati considerando il flusso d'aria e la potenza refrigerante conseguente.
Condizionamento
Analogamente alla scelta dei ventilatori, è possibile selezionare un condizionatore per asportare la potenza necessaria per il raffreddamento del quadro. I condizionatori sono gestiti in archivio con la tipologia Chiller e con capacità di raffreddamento specificata secondo la norma DIN 3168:
• Capacità di raffreddamento L35/L35: potenza asportabile limite per mantenere temperatura interna ed esterna pari a 35ºC.
• Capacità di raffreddamento L35/L50: potenza asportabile limite per mantenere una temperatura interna di 35ºC con una temperatura esterna di 50ºC.
Questo valore di potenza refrigerante (Capacità di raffreddamento L35/L50) è considerata ai fini del calcolo della sovratemperatura. Per la scelta in archivio il filtro preimpostato determina la potenza refrigerante minima richiesta. Con la selezione del ventilatore o del condizionatore i dati di sovratemperatura vengono aggiornati considerando il flusso d'aria e la potenza refrigerante conseguente. La scelta del ventilatore o chiller, consente di integrare sullo schema i dati ad esso associati quali sagoma di rappresentazione, codifica materiale o tabella identificativa. Sarà quindi possibile inserire la sagoma associata nel disegno con il comando Inserisci riferimento in CAD. Nel caso in cui non sia presente un blocco associato, l'operazione permette di inserire un blocchetto tabella con i dati relativi, e quindi anche il codice del ventilatore per l'esportazione dei materiali in Tabula.
Relazione di calcolo
Il foglio con la relazione di calcolo è dettagliato secondo quanto previsto dalla norma e riporta anche il grafico dell'andamento della sovratemperatura all'interno del quadro in esame. In presenza di ventilazione forzata o condizionamento, nel foglio di sovratemperatura in ambiente grafico verrà riportata l'indicazione della potenza dissipata totale e della potenza refrigerante asportata.
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