Vihjeitä ja vinkkejä

Monet koneiden ja laitteistojen rakentajat pohtivat maadoitukseen liittyviä asioita. Esimerkiksi silloin, kun kytkentäkaapin sähköiset komponentit liitetään T-profiilikiskoihin, jotka on esim. kiinnitetty asennusalustoihin.

DIN EN 61439-1/-2 ja DIN EN 60204-1 antavat vastauksen. Tämän jälkeen sähköisesti johtavat rakenneosat hyväksytään suojamaadoituksen osaksi vain silloin, kun kestävän, hyvin johtavan ja riittävän kantokykyisen yhteyden vaatimukset on täytetty. Jos ne on täytetty, kantokisko voi olla riittävän hyvin yhteydessä suojajohtimeen, jos se on kiinnitetty laajapintaisesti metalliseen pinnoittamattomaan asennusalustaan tai myös kiinnityselementin (pidikekulman, välikepultin) kautta, kun kiinnitys on tehty kaappijärjestelmään (runkoon, varustelukiskoihin ym.). Tällöin sanat tarkoittavat seuraavaa:

• kestävä: Kosketuskohdat on varmistettu niin, etteivät mekaaniset kuormitukset irrota niitä, ja suojattu hapettumista/korroosiota vastaan
• hyvin johtava: Mitattu resistanssiarvo komponenttien T-kiskokontaktin ja ulkoisen suojajohtimen suojajohdinliitäntäkohdan välillä on < 0,1 Ohm
• riittävän kantokykyinen: Täytyy kosketus-/yhteyspoikkileikkauksen osalta vastata tarvittavaa erillistä kuparisuojajohdinta

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja

Tämän kysymyksen kohdalla laitteistojen rakentajat käyttävät usein ainoastaan kotelointiluokkaa IP 55 tai vielä korkeampia luokituksia. Tällöin muut tärkeät näkökohdat jäävät helposti huomiotta.

Periaatteessa on voimassa, että sähkölaitekoteloiden IP-kotelointiluokat ilmoitetaan kansainvälisen normin IEC 60529 mukaan kahdella tunnusnumerolla ja tarvittaessa täydentävillä lisänumeroilla. Normi kuvaa laboratoriokokeita, jotka eivät voi tarkasti kuvata kaikkia ajateltavissa olevia sähkölaitteiden sovellustapauksia.

Erityisesti pitkäaikaisia sään vaikutuksia, kuten piiskaavaa sadetta tai jäänmuodostusta, ei ole voitu huomioida. Pölyn ja kosteuden sisääntunkeutumissuojan lisäksi on otettava huomioon myös korroosiosuojaus. Erityiset pinnoitteet tai ruostumattoman teräksen käyttö voivat siksi olla tarpeellisia. Tärkeä lisänäkökohta on ilmastoinnin sijoittelu, jotta voidaan välttää tiivistysveden lisäysriski tai suoran auringonsäteilyn aiheuttama ylimääräinen lämpökuormitus.

Tiivistelmä: Kotelot, joita ei ole kuvattu yksiselitteisesti ulkokäyttöön tarkoitetuiksi, eivät ole periaatteessa ulossuljettuja tällaisista sovellustapauksista. Kuitenkin ehdot, joiden vallitessa ulkoilmakäyttö on mahdollista, sekä muut järkevät ”vahvistus”-toimenpiteet – kuten kuvattu – on selvitettävä valmistajan kanssa.

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja

Tämä kysymys esitetään usein, kun kytkentäkaappeihin sijoitetut ohjaus- ja energianjakelujärjestelmät tulee varustaa monenlaisilla laitteilla ja komponenteilla.

Pienjännitteisillä kytkentälaiteyhdistelmillä rakenne luodaan tyypillisesti asennusalustoja käyttäen. Tällöin suunnittelussa on otettava huomioon turvallisuusnäkökohtien lisäksi myös toiminnalliset riskit, kuten ilmastointi ja EMC. Tämä on erityisen tärkeää käytettäessä tehoelektronisia ja ohjaus-/viestintäteknisiä rakenneryhmiä, jotka saavat virtaa suoja- ja kytkentälaitteiden kautta kokoomakiskojärjestelmästä.

Juuri sellaisten rakenneryhmien valmistajat esittävät asennus- ja käyttöohjeissaan usein hyvin tarkkoja vaatimuksia sijoittelusta ja etäisyyksistä muihin rakenneryhmiin. Sellaisia määräyksiä on ehdottomasti noudatettava, jotta myös takuuvaatimukset pysyvät voimassa häiriö- tai vauriotapauksessa.

Siksi on erityisesti ennalta ilmoitetuissa tilasuhteissa esimerkiksi kompaktilla koneella sitä tärkeämpää käyttää kytkentäkaapin sisätila laajan asennettavien järjestelmäosien varustepaletin avulla mahdollisimman hyvin.

19 tuuman laitteiden kiinteää tai käännettävää asennusta tulee myös tukea, samoin kuin lisäasennustasojen rakentamista osa-asennusalustoja käyttämällä. Nämä ovat järjestettävissä sivuttain kaappiin tai käännettävässä taikka kallistettavissa muodossa pääasennusalustan eteen.

Vastaavat etäisyydet lämpöpesäkkeiden välttämiseksi tai sähkömagneettisten vaikutusten vähentämiseksi ovat siksi helposti toteutettavissa. Sen lisäksi paljasmetalliset, korroosiosuojatut ja sähköä johtavat varusteluosat mahdollistavat EMC:tä varten – kiinnityksen suorakosketuksen kautta – erittäin hyvän potentiaalintasauksen laitekoteloilla, kaapelisuojuksilla ja tarvittaessa EMC-suodatinkoteloilla.

Myös hyvin raskaiden sisärakenteiden, joita ei voida kiinnittää asennusalustaan, tulisi olla vastaavien kuorman kiinnittämiseen tarkoitettujen sisärakenneosien avulla yksinkertaisesti ja varmasti tuettavissa kytkentäkaapin lattiaan tai kehikkokaapin vaakasuoraan runkoprofiiliin.

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja

Tämä on kysymys, joka Rittalille esitetään usein, kun kytkentäkaappeja pitää pystyttää erilaisiin käyttötarkoituksiin. Vastattaessa on erotettava kolme merkittävää käyttötapausta: ensinnäkin kytkentäkaapin kuljetus pystytyspaikalle, toiseksi turvallisuuden varmistaminen siellä ja kiinnitettäessä ja kolmanneksi kaapelin vieminen kytkentäkaappiin. Nämä kolme käyttötapausta vaikuttavat suoraan välttämättömien varusteluosien valintaan. Jo tässä näkyy, että tarvitaan laaja valikoima pystytysvälineitä, jotta käytännössä jokaiseen käyttötapaukseen löytyy sopiva ratkaisu.

Käyttötapaus ”Kuljetus”

Jos kytkentäkaappia on nostettava ja liikutettava nosturilla, jalusta ei ole tarpeellinen. Jos kytkentäkaappia on tarpeen kuljetta trukilla tai kelkkamaisella kuljetusalustalla, jalustaa on järkevää käyttää, jos kyseessä on moduulimuotoinen konstruktio kantokykyisistä kulmapaloista ja erillisistä osaovista ja jos kaapin runko kykenee ottamaan kuorman vastaan.

Käyttötapaus ”Seisontavarmuus”

Jos tarvitaan mahdollisimman jäykkä lattiakiinnitys myös värähtely- ja iskukuormitusten lievittämiseksi turvallisella tavalla, jalustasta luovutaan ja kaappirunko ruuvataan tai jopa hitsataan suoraan lattiaan. Vaihtoehtoisesti on mekaanisen erotusvaimennuksen erityismuotoja (värähtelyvaimennin ja iskunvaimennin) tai mahdollisuuksia erityisen jäykkään pohjasidokseen (esim. maanjäristysjalusta).

Käyttötapaus ”Kaapelin sisäänvienti”

Jos kaapelin sisäänvienti on tehtävä asennusalueelle, jossa ei ole lattiakanavia, jalustasta tulee ehdottoman välttämätön. Moduuliperustaisen suunnittelun avulla ja sopivia varusteita käyttäen alusta voi tukea kaapelivientiä kaappirivien alla sekä mahdollistaa mekaanisen jännityksenpoiston jo suojatun tilan ulkopuolella. Lisäksi jalusta tarjoaa myös tilaa mahdollisesti tarvittavalle kaapelin ylimääräisen osan sijoittamiseen – jota ei muuten EMC-syistä tehdä ympyrän muotoon, vaan meanderoivasti. Suljetun jalustan lisäksi (rei’itetyillä osaovilla kaapin tuuletuksen tukemiseksi puhtaissa ympäristöissä) epätasaisilla perustoilla voi myös olla järkevää käyttää täydennyksenä säätöjalkoja – itsessään tai yhdistettynä jalustaan.

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja

Tämän tyyppisiä kysymyksiä Rittalille esitetään yhä uudelleen kuumina kesäkuukausina tai pystytettäessä kytkentäkaappeja trooppisissa maissa. Perusluonteiset epäilykset koskevat tällöin ennen kaikkea tiivisteveden muodostumista kaappiin ja sen seurauksia.

Kysymykseen vastattaessa erityinen rooli on kolmella oleellisella näkökohdalla: lämpotilaerolla sisälämpötilan tavoitearvon ja ympäristön lämpötilamaksimin välillä (täytyykö jäähdyttää ympäristön lämpötilan alapuolelle?), kaapin sähköjärjestelmän käyttöaika (onko aikoja täysin poiskytketyllä sähköjärjestelmällä?) ja sähköjärjestelmän suojaus ympäristön olosuhteilta (onko korkea kotelointiluokka tarpeellinen?)

Yleensä vastaus sellaiseen kysymykseen alkaa sanoilla ”Kyllä, mutta...”.

Kun kaapin sisäisen lämpötilan tavoitearvo on selvästi ympäristöä alempana, on järjestettävä jäähdytys. Jos kytkentäkaappi sitten avataan, yksittäisiin rakenneryhmiin tai rakenneosiin muodostuu heti tiivistevettä, jos niihin esimerkiksi suuntautuu kylmä virtaus kylmälaitteelta.

Kun sähköjärjestelmä on kokonaan kytketty pois päältä, ympäristön lämpötilan äkillinen lasku voi hyvin tiivistetyssä kaapissa (IP 55) muodostaa kaapin sisäpinnoille tiivistevettä, joka kerääntyy pohjalle.

Kaapin sisäisten tiivistevesiongelmien välttämiseksi on olemassa vastaavia erilaisia strategioita:

• Lämmönpoisto aktiivista tuuletusta käyttämällä, jolloin hyväksytään ainakin 5°C korkeampi sisälämpötila
• Riittävä ”lämpiämisaika” ennen oven avaamista, kun aktiivinen jäähdytys on sammutettu
• ”Seisontalämmitys”, joka pitää sisälämpötilan aina riittävän paljon ympäristön lämpötilaa korkeampana ja estää näin kasteen muodostumisen seiniin

Lisänäkökohta on veden tiivistyminen ulkopinnoille liian vahvasti jäähdytetyn sisälämpötilan vuoksi, jolloin vahingoittuneen pinnoitteen kohdalle voi muodostua korroosiota.

Paras mahdollinen ratkaisu mainittujen ongelmien välttämiseksi on määritettävissä vain kulloistenkin vaatimusten tarkan selvittämisen perusteella.

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja

Tämän kysymyksen me Rittalilla saamme kuulla vain melko harvoin, mutta silloin tällöin sitä kuulee, kun kyse on energianjakajista, joiden johdinvirrat ovat > 200 A.

Laitteiden pisteittäinen lämpeneminen kytkentäkaapissa voi johtua monista eri syistä. Virtaa johtavilla rakenneosilla, kuten johtimilla, liittimillä, suoja- ja kytkentälaitteilla ym. heikko kosketus, liian tiheä pakkaaminen kaapissa, riittämättömät lämmönpoistopinnat tai yksinkertaisesti väärä mitoitus (kuormitettavuusrajalle asti) ovat usein syy siihen, että virtalämpömenetykset synnyttävät ”kuumia pisteitä” ja ajan pitkään eristevaurioita, jotka voivat johtaa oikosulkuihin tai tulipaloon.

Mutta mikä voi olla syynä silloin, kun passiiviset mekaaniset rakenneosat, kuten esimerkiksi kompaktin kytkentäkaapin laippalevy tai virtakiskojärjestelmän kiinnitysjalat, näkyvät infrapunatarkastuksissa huomiotaherättävän kuumina?

Kytkentäkaappirakentajille tärkeässä DIN EN 61439-1 .normissa viitataan alakohdassa 10.10.04 aiheeseen ”Rakennustapa, lämpenemisen todistaminen...lausunnon antamisella”.

Tällöin on otettava huomioon, että johtimet, joissa on yli 200 A:n virta, ja läheiset rakenneosat on järjesteltävä niin, että pyörrevirrat ja hystereesimenetykset minimoidaan. Näin huolehditaan kaikkia sähkövirtoja ympäröivien magneettikenttien aiheuttamista seurauksista. Tämä magneettikenttä on pystysuorassa sähkövirran suunnan suhteen ja voi aiheuttaa sähköä johtavissa materiaaleissa pyörrevirtoja sekä uudelleenmagnetisoitumista ja tähän liittyen voimakasta paikallista lämmönkehitystä.

Käytännössä tämä tarkoittaa, että kun johtimien ja paluujohtimien vienti on tilaeriytetty (ei kaapelimuotoinen) käyttämällä esimerkiksi perustasta eristettyjä yksittäisjohtimia tai virtakiskoja, etäisyydet on pidettävä mahdollisimman pieninä. Lisäksi kiinnitysosat ja metallipinnat, joiden kautta sellaiset johtimet kulkevat pystysuorassa pinnan suhteen, on valittava mahdollisimman ohuiksi ja niiden on oltava huonommin johtavaa materiaalia tai jopa eristävää ainetta.

Kaapelit, joissa johtimet kulkevat hyvin kompaktisti toistensa suhteen, eivät aiheuta magneettikenttäefektejä, koska eri suuntiin kulkevien virtojen summa on aina sama. Koska näiden osavirtojen magneettikenttien suunta on vastakkainen, ne pitkälti kompensoivat toisensa. Näin pyörrevirtojen tai uudelleenmagnetisoitumisen aiheuttama kuumeneminen vältetään kokonaan tai suurimmaksi osaksi.

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja

EMC-suojattuihin kytkentäkaappeihin liittyvä ”kestokysymys” on kaapelin suojavaipan kontakti tai ”maadoitus”. Suojavaipallisten kaapelien käyttö on nimittäin nykyään sekä kytkentäkaapin sisällä että kytkentäkaapin ja sen ulkopuolisten laitteiden välillä ehdoton edellytys sille, että teho-, ohjaus- ja viestintäteknistä järjestelmää voidaan käyttää turvallisesti sähkömagneettisesti kuormitetussa ympäristössä.

Yksinkertaisesti ilmaistuna kaapelin suojavaipan tulee estää sekä epätoivotut säteilyvaikutukset järjestelmän ulkopuolelle että ulkopuolelta järjestelmään. Se voi kuitenkin selviytyä tehtävästä vain jos se on koteloiden sisään- ja ulostulokohdissaan myös niiden kanssa optimaalisesti sähköisessä yhteydessä (jos kotelot ovat sähköä johtavaa materiaalia). Tavoitteena on luoda kauttaaltaan suojaava rakennelma kytkentäkaapista, kaapelin suojavaipasta ja komponenttikotelosta.

Jos komponenttikotelona käytetään esimerkiksi eristävästä aineesta tehtyä moottoriliitäntäkoteloa, kaapelin suojakotelo tulisi tästä päästä (liitinryhmän kautta) yhdistää moottorikoteloon. Jos vastakotelossa on kyse eristävästä aineesta tehdystä kotelosta esimerkiksi anturia varten, kaapelin suojalaippa tulisi mahdollisuuksien rajoissa yhdistää sieltä laitteiston sähköä johtavaan vertailujännitteelliseen rakenteeseen.

Kytkentäkaapin puolella kaikki suojatut kaapelit on yhdistettävä mahdollisuuksien mukaan samalle kaapin sivulla käyttämällä EMC-kaapeliruuviliitoksia niin, että ne ovat johtavasti kiinni asennuspinnassa – näin varmistetaan myös kaapelien suojalaippojen paras mahdollinen potentiaalitasaus.

Jos sopivia EMC-ruuviliitäntöjä ei voida käyttää, kaapelien suojavaipat tulisi yhdistää mahdollisimman lähelle sisään-/ulostulokohtaa käyttämällä sopivaa yhdistelmää suojakiskoa ja kosketinsinkilöitä. Tärkeää on, että johtava keskinäinen kosketuspinta on tällöin mahdollisimman suuri ja että käytetään lyhyttä maadoituspunosta kiskolta asennusalustalle. On lisäksi huomattava, että suojakosketin on tehtävä erillisenä kaapelin mekaanisesta jännityksenpoistosta.

Koska laitteistosta riippuen kaapelin suojavaippaan voi syntyä suurempiakin virtoja, tulee kiinnittää huomiota riittävään sähkövirran kantokykyyn. Metallisilla kosketinjärjestelmillä on tällöin etusija johtavalla aineella pinnoitettuihin muovijärjestelmiin verrattuna.

Tekijä: Hartmut Lohrey, koulutuksen ja tuen markkinoinnin johtaja