Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch Seite 291

Beispiel zur Ermittlung der durch freie Konvektion abführbaren Verlustleistung P
Ein geschlossener Schaltschrank mit einer Höhe von 2000 mm, einer Breite von 600 mm und einer Tiefe von 600 mm
steht als erstes Schrankelement am Anfang einer längeren Schrankreihe, die mit dem Rücken zu einer Wand
aufgestellt ist. Die Schrank-Innentemperatur darf 50 °C nicht überschreiten bei einer maximal zu erwartenden
Außentemperatur von 30 °C.
Ermittlung der zulässigen Verlustleistung P
a) Es wird von ruhender Luft innerhalb und außerhalb des Schaltschrankes ausgegangen. Damit gilt für den Wärme-
durchgangskoeffizienten der Wert k = 3 W / (m
b) Durch die Wandaufstellung am Anfang einer Schrankreihe stehen als wirksame Schrankoberfläche zur Außenluft
nur die Front, eine Seitenwand und das Dach zur Verfügung. Die Rückwand, die Seitenwand zur Schrankreihe sowie
der Boden können keine Wärme an die Außenluft abgeben und dürfen daher bei der Berechnung der wirksamen
Oberfläche nicht berücksichtigt werden. Unter diesen Randbedingungen ergibt sich die wirksame Oberfläche zu
c) Bei einer maximalen Innentemperatur von 50 °C und einer maximalen Außentemperatur von 30 °C ergibt sich eine
Temperaturdifferenz von
Mit den berechneten Werten erhält man schließlich als zulässige Verlustleistung für den Schaltschrank:
Das Beispiel zeigt, dass mit freier Konvektion nur relativ geringe Verlustleistungen von wenigen 100 W aus einem
Schaltschrank abgeführt werden können. Das kann ausreichend sein für Schränke, die lediglich Elektronikkomponen-
ten wie z. B. Control Units, Terminal Modules und Sensor Modules enthalten oder für Anschlussschränke, die nur
Schalter, Schütze, Sicherungen und Stromschienen enthalten.
Sollen in einen Schaltschrank jedoch Leistungskomponenten wie z. B. G130 Power Modules, S120 Line Modules oder
S120 Motor Modules im Leistungsbereich der Bauform Chassis eingebaut werden, die Verlustleistungen von einigen
Kilowatt aufweisen, so ist eine Entwärmung des Schaltschrankes durch freie Konvektion nicht mehr möglich. In diesem
Falle ist eine forcierte Luftkühlung unter Verwendung von Lüftern zwingend erforderlich.
Entwärmung eines Schaltschrankes durch forcierte Luftkühlung unter Verwendung von Lüftern
Bei der Entwärmung durch forcierte Luftkühlung wird die im Inneren entstehende Verlustleistung an die durchströmen-
de Kühlluft abgegeben, die sich dadurch erwärmt. Die abführbare Verlustleistung P
Kühlluftstrom, den der Lüfter durch den Schaltschrank befördert, als auch proportional zur Temperaturdifferenz zwi-
schen Zuluft T und Abluft T
a
Zusätzlich gehen Wärmekapazität und Dichte der
Kühlluft in die Berechnung ein, die wieder vom
Feuchtegehaltund vom Luftdruck abhängig sind.
Für die Abschätzung der aus dem Schaltschrank
abführbaren Verlustleistung P
Industrieumgebungen und Aufstellhöhen kleiner
2000 m folgende Größengleichung verwendet
werden:
•
= 
P [ W ] 1200 V [ m
V
mit

 = T −
.
T
c a
Anhand der Gleichung lässt sich leicht abschät-
zen, dass man mit forcierter Luftkühlung schon bei
einer relativ geringen Temperaturdifferenz von ca.
10 K mit einem Kühlluftstrom von ca. 1 m
Probleme Verlustleistungen von ca. 12 kW aus
dem Schaltschrank abführen kann. Allerdings be-
nötigt der Schrank entsprechend große Lüftungs-
öffnungen, die den erforderlichen Kühlluftstrom er-
möglichen.
Anhand dieses Beispieles wird deutlich, dass luftgekühlte SINAMICS Leistungskomponenten wie z. B. G130 Power
Modules, S120 Line Modules oder S120 Motor Modules im Leistungsbereich der Bauform Chassis zwingend eine
forcierte Luftkühlung benötigen. Daher sind diese Leistungsteile standardmäßig mit Lüftern ausgestattet.
Geräteübergreifende SINAMICS - Projektierung
= k • A •
v
2 • K).
2
A = 1,2 m (Front) + 1,2 m


= 20 K.

= k • A •

P = 3 W / (m
v
.
c
kann für typische
v
  
3
/ s ] [ K ]
3
/s ohne


:
2 2
(eine Seite) + 0,36 m (Dach) = 2,76 m
• K) • 2,76 m • 20 K = 166 W.
2 2
Entwärmung eines Schaltschrankes durch forcierte Luftkühlung
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
Projektierungshinweise
eines Schaltschrankes:
v
2
.
ist sowohl proportional zum
v
© Siemens AG
291/562