Wilgoć w szafie sterowniczej: jak zapobiegać kondensacji i zwarciom elektrycznym

Czym jest kondensat i jak powstaje

Kondensat, nazywany także wodą kondensacyjną lub rosą, to zjawisko fizyczne, z którym spotykamy się na co dzień. Widać je na zaparowanej szybie albo w postaci kropli wody na zimnej puszce napoju. Za każdym razem mamy do czynienia z procesem kondensacji.

Do kondensacji dochodzi w momencie osiągnięcia punktu rosy. Jest to temperatura, przy której powietrze nie jest już w stanie utrzymać zawartej w nim pary wodnej. Wilgotność względna osiąga wtedy poziom 100 procent, a nadmiar pary wodnej osadza się na powierzchniach w postaci drobnych kropli.

Ponieważ zimne powietrze może związać mniej wilgoci niż ciepłe, kondensacja pojawia się zawsze wtedy, gdy następuje odpowiednio duży spadek temperatury.

Punkt rosy jako wartość dynamiczna

Punkt rosy nie jest wartością stałą. Jego poziom zależy od aktualnych warunków otoczenia, takich jak wilgotność powietrza, temperatura oraz ciśnienie atmosferyczne. Do jego wyznaczania stosuje się między innymi wzór Magnusa, który pozwala określić temperaturę, przy której rozpoczyna się kondensacja.

Tabela pokazuje wpływ wilgotności powietrza na powstawanie kondensatu. Przy wilgotności na poziomie 80 procent wystarczy niewielki spadek temperatury, aby doszło do wykroplenia wody.

Kondensat w szafie sterowniczej

W szafie sterowniczej kondensat powstaje najczęściej wtedy, gdy ciepłe powietrze wewnątrz obudowy styka się z chłodniejszymi powierzchniami. Pracujące komponenty elektryczne szybko podnoszą temperaturę wewnątrz szafy. Gdy nagrzane powietrze zostaje schłodzone przez zimniejsze ścianki obudowy do poziomu punktu rosy, na wewnętrznych powierzchniach zaczynają pojawiać się skropliny.

Problem nasila się, gdy warunki otoczenia sprzyjają wysokiej wilgotności powietrza. Im wyższa wilgotność, tym szybciej osiągany jest punkt rosy przy spadku temperatury. Dodatkowo wilgotne powietrze może przedostawać się do wnętrza szafy podczas prac serwisowych przy otwartych drzwiach lub w wyniku niewłaściwego uszczelnienia obudowy.

Aby ograniczyć ryzyko powstawania kondensatu w szafie sterowniczej, w zależności od zastosowania warto rozważyć dwa podstawowe podejścia.

Chłodzenie i odprowadzanie kondensatu

W wielu zastosowaniach konieczne jest aktywne chłodzenie szafy sterowniczej. Jest to niezbędne, aby chronić zainstalowane komponenty elektryczne i elektromechaniczne przed przegrzewaniem.

Przy wysokim obciążeniu cieplnym oraz w przypadku zamkniętych szaf sterowniczych najczęściej stosuje się urządzenia chłodzące, takie jak klimatyzatory przemysłowe z serii Blue e+ firmy Rittal.

Ogrzewanie i zapobieganie kondensacji

Alternatywnym sposobem ograniczenia powstawania kondensatu w szafie sterowniczej jest zastosowanie ogrzewania. Rozwiązanie to sprawdza się szczególnie wtedy, gdy obciążenie cieplne komponentów przez większość czasu jest niskie, a szafa pracuje w środowisku o obniżonej temperaturze otoczenia.

Ogrzewanie utrzymuje stałą temperaturę wewnątrz obudowy, dzięki czemu nie dochodzi do spadku poniżej punktu rosy i tym samym do wykraplania wilgoci.

Automatyczne sterowanie ogrzewaniem z wykorzystaniem higrostatu

Największą efektywność energetyczną osiąga się wtedy, gdy ogrzewanie działa w sposób zależny od warunków panujących w szafie. W tym celu stosuje się higrostat, który monitoruje poziom wilgotności powietrza.

Gdy wilgotność przekroczy ustawiony próg, urządzenie automatycznie uruchamia ogrzewanie. Dzięki temu system działa tylko wtedy, gdy istnieje realne ryzyko kondensacji, czyli gdy temperatura zbliża się do punktu rosy.

Znaczenie lokalizacji

Dobór odpowiedniego rozwiązania ograniczającego kondensację zawsze zależy od miejsca instalacji szafy sterowniczej. Przy niskich lub silnie zmiennych temperaturach otoczenia lepszym wyborem będzie ogrzewanie szafy, natomiast przy wysokich temperaturach bardziej efektywne okazuje się chłodzenie z funkcją odparowania kondensatu.

Uszczelnienie obudowy

W środowiskach o podwyższonej wilgotności kluczowe znaczenie ma szczelność obudowy. Nawet niewielkie nieszczelności przy drzwiach, przepustach kablowych czy zamknięciach mogą powodować przenikanie wilgotnego powietrza do wnętrza.

Regularna kontrola stanu uszczelnień powinna być standardowym elementem utrzymania ruchu. Na etapie doboru obudowy warto wybierać rozwiązania o wysokim stopniu ochrony, minimum IP55. Taki poziom zabezpieczenia chroni zarówno przed pyłem, jak i przed wnikaniem wilgoci.

Eliminacja różnic ciśnienia

Nawet przy bardzo dobrej szczelności nie zawsze da się całkowicie wyeliminować napływ wilgotnego powietrza. Przy dużych wahaniach temperatur mogą pojawiać się różnice ciśnienia między wnętrzem a otoczeniem. W przypadku powstania podciśnienia wilgotne powietrze z zewnątrz może być zasysane do środka przez najmniejsze szczeliny.

Rozwiązaniem są elementy wyrównujące ciśnienie. W wybranych modelach szaf Rittal, między innymi w wersjach Hygienic Design, dostępne są specjalne przepusty wyrównujące ciśnienie wykonane ze stali nierdzewnej lub tworzywa.

Zastosowana w nich membrana umożliwia wymianę powietrza, jednocześnie ograniczając przenikanie wilgoci. Dzięki temu stabilizowane jest ciśnienie, a ryzyko kondensacji znacząco maleje. W połączeniu z elementem grzejnym możliwe jest także aktywne usuwanie wilgotnego powietrza na zewnątrz.