Desain panel kendali: verifikasi, kenaikan suhu, IP, dan tata letak

Sebuah laundry memindahkan mesin cuci-peras (washer-extractor) berpenggerak VFD 11 kW ke ruang produksi baru di sebelah deretan mesin pengering. Panel mesinnya, kotak baja 800 × 600 × 300 mm yang juga berisi SSR pemanas 12 kW, tadinya bekerja tanpa masalah. Di ruang baru, VFD trip karena suhu lebih hampir setiap siang, PLC sesekali mulai ulang, dan heatsink SSR berubah warna. Teknisi melubangi dinding bawah panel untuk "sirkulasi" dan pada hari panas membiarkan pintunya terbuka; sebulan kemudian terminal di dasar panel penuh serat kain dan bernoda karat. Pemilik bertanya apakah cukup memasang kipas lebih besar atau mengganti kotaknya dengan baja tahan karat, dan standar mana yang menentukan panel ini sudah benar.

Bab komponen kendali memilih kontaktor, SSR, dan heatsink dengan anggapan udara panel 55 °C. Anggapan itu hanya dapat dibuktikan oleh desain kotak yang membungkus semua komponen. Di sini panel dipandang sebagai satu produk: harus lolos verifikasi, punya anggaran panas, tingkat proteksi yang sesuai ruangnya, dan tata letak yang dapat dirawat. Penempatan PHB di gedung dibahas pada bab PHB dalam instalasi, dan cara merakit serta mengawati panel pada bab perakitan panel.

Batas pembahasan

Cakupannya panel tegangan rendah 230/400 V, baik panel mesin maupun PHB kecil di instalasi. Lokasi PHB terhadap air dan ruang layanannya dibahas pada bab PHB dalam instalasi dan bab ruang basah; kabel VFD dan EMC pada bab instalasi VFD; pengujian sebelum energisasi pada bab uji pra-energi. Pemeriksaan di dalam panel bertegangan hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD; isolasi dan verifikasi bebas tegangan mengikuti Bab 2 · Keselamatan. Angka rugi daya, kipas, dan selungkup di contoh adalah ilustrasi, bukan data produk.

Dua wilayah norma: PHB instalasi dan panel mesin

PUIL 2020 Bagian 1, 11.3 k), menyatakan PUIL tidak berlaku untuk peralatan listrik pada mesin. Panel pada mesin cuci-peras, pengering, atau setrika flatwork adalah perlengkapan listrik mesin dan diatur IEC 60204-1:2016+AMD1:2021 (Ed. 6.1). Klausul 11 standar itu mengatur lokasi, pemasangan, dan selungkup perlengkapan kendali, dengan subklausul persyaratan umum, lokasi dan pemasangan, tingkat proteksi, selungkup dan pintu, serta akses. PHB yang menjadi bagian instalasi gedung, misalnya panel pompa air, diatur PUIL 2020 Bagian 5-511 (PSDK daya), yang diekstrak dengan modifikasi dari IEC 61439-1 dan -2 edisi 2011; PUIL menyebut PHB dengan istilah PSDK (perangkat sakelar dan kendali). PHB yang dioperasikan orang awam dalam batas 5120.1, misalnya PHB cabang ber-MCB sampai 250 A dengan sirkit keluar sampai 125 A, diatur Bagian 5-512 dan dibahas pada bab PHB dalam instalasi.

Batas keduanya ada di terminal suplai mesin: kabel, pengaman, dan pemisah di PHB sisi suplai adalah instalasi menurut PUIL, sedangkan semua yang di hilir terminal suplai mesin, termasuk sakelar pemutus suplai mesin itu sendiri, adalah perlengkapan mesin. Menurut sumber sekunder, IEC 60204-1 subklausul 4.2.2 membolehkan perancang memakai bagian yang memenuhi seri IEC 61439 tanpa mewajibkannya, dan butir cakupan IEC 61439-1 yang dulu menyebut rakitan untuk perlengkapan mesin dihapus pada edisi 2020. Panel mesin yang baik memakai fisika dan metode verifikasi yang sama dengan PHB, tetapi rujukan kepatuhannya IEC 60204-1, dan pembuktian akhirnya mengikuti klausul 18 standar itu.

Rakitan sebagai produk: verifikasi desain dan verifikasi rutin

Seri IEC 61439 memisahkan dua pembuktian. Verifikasi desain membuktikan satu desain rakitan memenuhi standar dan dilakukan sekali oleh pabrikan orisinal. Menurut PUIL 2020 5110.10.1 isinya mencakup konstruksi (kekuatan bahan, tingkat proteksi selungkup, jarak bebas dan jarak rambat, proteksi kejut, komponen, sirkit internal, terminal) dan kinerja (sifat dielektrik, kenaikan suhu, ketahanan hubung pendek, EMC, operasi mekanis), dengan data dan perhitungannya direkam dalam laporan verifikasi. Verifikasi rutin dilakukan pada setiap rakitan untuk menemukan kesalahan bahan dan pengerjaan; 5110.11 mendaftar pemeriksaan tingkat proteksi, jarak, sirkit proteksi, komponen, sirkit internal, terminal, operasi mekanis, sifat dielektrik, serta pengawatan dan fungsi.

Klausul 5110.10.1 juga menutup celah yang sering dipakai perakit kecil. Rakitan yang dibuat pihak lain dari sistem yang sudah diverifikasi tidak perlu mengulang verifikasi desain bila semua petunjuk pabrikan orisinal diikuti; perakit yang menambahkan susunan sendiri di luar cakupan itu dianggap pabrikan orisinal untuk susunan tersebut. Memasang VFD lebih besar, menambah kipas, atau melubangi selungkup termasuk perubahan seperti ini.

IEC 61439-1 dan -2 kini edisi 3.0 tahun 2020. Pratinjau resminya mencatat, antara lain, bahwa konverter daya, catu daya mode sakelar, UPS, dan penggerak kecepatan variabel diuji menurut standarnya sendiri sedangkan pemasangannya di dalam rakitan mengikuti IEC 61439, dan verifikasi kenaikan suhu dipusatkan pada arus pengenal kelompok sirkit di dalam rakitan yang terbebani. Istilah TTA (type-tested assembly) dan PTTA (partially type-tested assembly) berasal dari seri IEC 60439 yang sudah digantikan dan tidak dipakai lagi.

Kondisi layanan: 40 °C adalah batas, bukan kondisi aman ruang laundry

PUIL 2020 5110.7.1.1.1 menetapkan kondisi normal PHB dalam ruang: suhu udara tidak melebihi 40 °C dengan rerata 24 jam tidak melebihi 35 °C. Kelembapan relatif paling tinggi 50 % pada 40 °C, dengan nilai lebih tinggi hanya pada suhu lebih rendah, misalnya 90 % pada 20 °C (5110.7.1.2.1). Batas kenaikan suhu rakitan (Tabel 6 IEC 61439-1) menurut 5110.9.2 berlaku untuk suhu udara rerata sampai 35 °C. Kondisi di luar itu, termasuk pengembunan luar biasa dan udara berpolusi uap atau partikel korosif, digolongkan kondisi layanan khusus (5110.7.2). Menurut sumber sekunder, IEC 60204-1 meminta perlengkapan mesin bekerja benar pada udara di luar selungkup antara 5 °C dan 40 °C.

Ruang cuci yang siangnya mencapai 40 °C dan malamnya tetap panas, misalnya karena pengering bekerja dua sif, dapat memiliki rerata 24 jam di atas 35 °C dan keluar dari kondisi normal PHB. Tabel 51A Bagian 5-51 memakai batas yang sama: AA5 (+5 sampai +40 °C) berstatus normal selama rerata 24 jam tidak melebihi 5 °C di bawah batas atas, dan ruang yang lebih panas masuk AA6 (+5 sampai +60 °C), yang memerlukan peralatan didesain khusus atau susunan yang sesuai. Laundry juga lazim berada pada tingkat polusi 3 (polusi menjadi konduktif karena pengembunan; 5110.7.1.3) dan pengaruh korosif AF3 bila bahan kimia cuci sesekali mengenai peralatan. Rating komponen dibaca terhadap suhu ruang ditambah kenaikan suhu di dalam panel.

Anggaran panas: dari rugi daya ke suhu udara di dalam panel

Anggaran panas dimulai dari daftar rugi daya setiap komponen pada keadaan terberat yang bertahan cukup lama untuk memanaskan panel, umumnya puluhan menit. Rugi kontak, sekering, terminal, dan kabel sebanding dengan kuadrat arus: komponen yang dibebani 80 % arus pengenalnya melepas sekitar 64 % rugi pengenalnya. Rugi semikonduktor seperti SSR lebih mendekati sebanding dengan arus, sesuai model $V_\text{T} I$ di bab komponen kendali. Rugi VFD dan catu daya diambil dari lembar data pada titik kerjanya. Jumlahnya adalah rugi total $P_\text{v}$ yang harus dibuang dari selungkup.

Untuk selungkup tertutup, panas keluar melalui dinding:

$$P_\text{sel} = k \, A_\text{e} \, \Delta T \qquad \Delta T = \frac{P_\text{v}}{k \, A_\text{e}}$$

dengan $k$ koefisien perpindahan panas dinding ke udara (W/(m²·K)), $A_\text{e}$ luas permukaan efektif (m²), dan $\Delta T$ selisih suhu rata-rata udara dalam terhadap udara ruang (K). Satu sumber sekunder yang dicek editor memberi $k$ sekitar 5,5 untuk baja lembaran dicat, 4,5 untuk baja tahan karat, 12 untuk aluminium, dan 3,5 untuk poliester berpenguat serat kaca (GRP), pada udara ruang yang tenang. Dinding yang menempel tembok atau berimpit dengan panel lain hampir tidak ikut melepas panas.

Model ini memberi suhu rata-rata, padahal udara panas naik dan puncak panel lebih panas. IEC TR 60890 memberi faktor permukaan menurut cara pemasangan dan menghitung kenaikan suhu udara di tengah tinggi dan di puncak selungkup; edisi 2022 (Ed. 3.0) diselaraskan dengan IEC 61439-1:2020 dan menambah lampiran tentang bahan selungkup, ventilasi alami dan paksa, serta perhitungan rugi daya. IEC 61439-1 menerima tiga jalan verifikasi kenaikan suhu: pengujian, perbandingan dengan desain acuan yang sudah diuji, dan penilaian dengan perhitungan. Panduan sekunder untuk edisi 2020 membatasi perhitungan pada rakitan satu kompartemen sampai 630 A atau, dengan IEC TR 60890 dan margin tambahan, sampai 1.600 A, dengan komponen dibebani paling banyak 80 % arus termal udara bebasnya dan sekat horizontal terbuka sekurangnya 50 %; rakitan berpendinginan aktif sampai 1.600 A boleh dihitung bila tidak ada sekat horizontal penghambat dan petunjuk pabrikan pendingin diikuti. Metode TR 60890 terutama untuk selungkup tanpa ventilasi paksa.

Bila rugi daya melebihi kemampuan dinding, udara ruang dialirkan dengan kipas, masuk di bawah dan keluar di atas. Hitungannya keseimbangan energi aliran udara, bukan metode TR 60890, dan pembuktiannya pengukuran:

$$\dot V = f \, \frac{P_\text{v} - k \, A_\text{e} \, \Delta T_\text{r}}{\Delta T} \qquad f = \frac{3\,600}{\rho \, c_p}$$

dengan $\dot V$ aliran udara (m³/h), $\Delta T$ kenaikan suhu udara dari lubang masuk ke lubang keluar (K), $\Delta T_\text{r}$ kenaikan rata-rata untuk panas lewat dinding, $\rho$ massa jenis udara masuk (kg/m³), dan $c_p$ kalor jenisnya (J/(kg·K)). Pada 40 °C dan tekanan permukaan laut, $\rho \approx 1{,}127$ kg/m³ dan $c_p \approx 1\,007$ J/(kg·K), sehingga $f \approx 3{,}17$ m³·K/(W·h); sumber sekunder memakai 3,1 di permukaan laut dan menaikkannya di dataran tinggi. Udara keluar di puncak bersuhu $T_\text{ruang} + \Delta T$, sehingga batas suhu komponen teratas menentukan $\Delta T$ yang boleh dipakai.

Pilihan pendinginan dan batasnya di ruang laundry

Kipas dengan filter murah dan efektif, tetapi udara dalam panel tidak pernah lebih dingin dari udara ruang, sehingga pada ruang 40 °C kipas hanya membatasi kenaikan di atas 40 °C. Serat kain menyumbat filter dalam hitungan minggu, dan kenaikan suhu berbanding terbalik dengan aliran: aliran separuh, kenaikan dua kali. Kipas juga menarik udara lembab dan uap kimia masuk. Kipas di ruang laundry karena itu memerlukan jadwal pembersihan filter, alarm suhu di puncak panel, dan data aliran dengan filter keluaran terpasang.

Penukar panas udara-udara memisahkan udara dalam dari udara ruang sehingga serat dan uap tidak masuk dan IP dapat dipertahankan; kemampuannya dinyatakan dalam W/K dan dikalikan selisih suhu dalam dan luar, yang pada ruang 40 °C dan batas 50 °C hanya 10 K. Hanya pendinginan aktif yang dapat membuat udara dalam lebih dingin dari ruang: umumnya unit berkompresor, dan untuk beban kecil pendingin termoelektrik atau tabung vorteks berudara tekan, dengan konsekuensi air kondensat dan daya tambahan. Pilihan yang sering paling efektif adalah tidak memasukkan panas: VFD dengan heatsink menembus dinding belakang (pemasangan tembus) melepas sebagian besar rugi dayanya langsung ke ruang, asalkan bagian luarnya memenuhi IP ruang dan mudah dibersihkan. Panas itu tetap harus dikeluarkan ventilasi ruangan.

IP, pengembunan, dan bahan selungkup

Kode IP menurut IEC 60529 (1989+AMD1:1999+AMD2:2013, Ed. 2.2) menyatakan perlindungan terhadap sentuhan, benda padat, dan air yang diverifikasi dengan uji. Arti angkanya dan pemilihannya dari kode AD dan AE Tabel 51A sudah dibahas pada bab data motor lanjutan. Untuk PHB, PUIL 2020 5110.8.2.2 meminta paling sedikit IP2X di dalam ruang dan IP23 di luar ruang, dan kode IK untuk tumbukan mekanis mengikuti IEC 62262. Untuk panel mesin, menurut sumber sekunder, IEC 60204-1 klausul 11 meminta paling sedikit IP22. Angka minimum itu untuk ruang kering; panel yang terkena percikan atau semprotan selang dipilih dari kode AD ruangnya.

IP berlaku untuk selungkup sebagaimana diverifikasi. Lubang bor, gland yang tidak sesuai kabel, kipas-filter ber-IP lebih rendah, atau pintu terbuka menurunkan perlindungan ke bagian terlemah, dan pemeriksaan IP adalah butir pertama verifikasi rutin. IP juga tidak mencakup pengembunan. Udara 40 °C dengan kelembapan relatif 60 % bertitik embun sekitar 30,8 °C (rumus Magnus): panel yang menghirup udara itu siang hari lalu mendingin di bawah 31 °C pada malam hari berembun di dinding dalamnya. Penanganannya pemanas antikondensasi berhigrostat, lubang ventilasi berpenapis dan pembuangan air di titik terendah, serta kabel masuk dari bawah.

Bahan dipilih terhadap korosi, panas, dan cara pembersihan. PUIL 2020 5110.8.1.2 meminta proteksi korosi dengan bahan atau lapisan yang sesuai, dan Lampiran A.5110.1.9 meminta mur, baut, dan bagian logam penghantar berlapis logam antikarat. Di antara baja dicat, baja tahan karat, dan GRP, baja dicat paling baik melepas panas, tetapi lapisan yang tergores cepat berkarat di ruang beruap klorin dan alkali. Baja tahan karat tahan bahan kimia cuci, jenis bermolibdenum lebih tahan klorida, tetapi $k$-nya lebih rendah. GRP tidak berkarat, melepas panas paling sedikit, dan untuk luar ruang ketahanan UV-nya harus diverifikasi (5110.8.1.4). Tebal pelat bukan angka tetap: kekuatan bahan adalah butir verifikasi desain, dan selungkup kosong yang memenuhi IEC 62208 tidak perlu diuji ulang selama tidak dimodifikasi sehingga kinerjanya turun (5110.10.2).

Tata letak: aliran panas, pemisahan, dan jalur kabel

Tata letak mengikuti aliran udara. PLC, catu daya, dan relai elektronik ditempatkan di zona bawah dekat lubang masuk; komponen panas yang lebih tahan suhu di atasnya, dengan jarak bebas atas dan bawah sesuai lembar data. Buangan udara VFD tidak diarahkan ke komponen lain, dan saluran kabel (duct) tidak menutup jalur udara yang diandalkan perhitungan. Kabel masukan dan keluaran VFD serta kabel resistor rem dipisahkan dari kabel sinyal analog dan sensor: tidak berbagi saluran, bersilangan tegak lurus bila terpaksa, dan berjarak sekurangnya sesuai petunjuk pemasangan VFD. Pelat pasang logam tanpa cat menjadi bidang acuan; pelindung kabel dan penyaringan dibahas pada bab instalasi VFD. PUIL 2020 5110.8.4.4 meminta gawai dipasang sehingga fungsinya tidak terganggu panas, emisi penyakelaran, getaran, dan medan elektromagnetik, dan sirkit sinyal elektronik dapat memerlukan pemisahan atau penskrinan.

Daya dan kendali dipisahkan secara fisik. Lampiran A.5110.1.5 meminta terminal kabel kendali terpisah dari terminal daya, dan A.5110.1.7 meminta bagian yang disuplai dari sumber berlainan terpisah sekurangnya 5 cm. Ringkasan sekunder klausul 11 IEC 60204-1 menyebut terminal panel mesin dikelompokkan untuk sirkit daya, kendali mesin, dan kendali dari luar, dan hanya gawai pengoperasian, indikasi, pengukuran, dan pendinginan yang boleh dipasang di pintu. Penandaan komponen dan terminal memakai kode referensi yang sama dengan diagram, sesuai 5110.6.3 yang merujuk IEC 81346 dan IEC 61082-1.

Rel dan distribusi internal

Rel (busbar) dan konduktor internal dinilai terhadap udara di dalam panel, bukan udara ruang. PUIL 2020 Tabel B.5110.1 memberi arus operasi dan susut daya rel tembaga telanjang pada udara dalam PHB 55 °C dan suhu konduktor 70 °C, sesuai batas 70 °C di A.5110.13.3.2; misalnya 12 × 2 mm 70 A dan 20 × 5 mm 178 A untuk satu batang per fasa. Untuk suhu udara dalam lain, arus dikalikan faktor $k_4$ Tabel B.5110.2: 1,54 pada 40 °C, 1,35 pada 45 °C, 1,18 pada 50 °C, dan 0,77 pada 60 °C. Susut dayanya dihitung ulang dengan

$$P_\text{v} = \frac{I^2 \, k_3}{\kappa \, A} \left[ 1 + \alpha \left( T_\text{c} - 20 \right) \right]$$

dengan $P_\text{v}$ susut daya per meter per fasa (W/m), $I$ arus (A), $k_3$ faktor pemindahan arus dari tabel, $\kappa = 56$ m/(Ω·mm²), $A$ luas penampang (mm²), $\alpha = 0{,}004$ K⁻¹, dan $T_\text{c}$ suhu konduktor (°C). Untuk rel aluminium PUIL 2020 tidak memberi tabel; PUIL 2000 Tabel 6.6-2 memuatnya dengan dasar rel sampai 65 °C pada udara sekitar 35 °C (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan).

Pada panel mesin, distribusi lebih sering berupa rel sisir dan kabel fleksibel, tetapi logikanya sama: konduktor dipilih terhadap suhu udara di posisinya, pengaman di hulu membatasi tegangan termal dan dinamis hubung pendeknya (5110.8.5.1), dan susut dayanya masuk anggaran panas. Lampiran A.5110.5.4 meminta pemanasan oleh arus pusar pada kerangka dan pipa feromagnetik dihindari; contohnya konduktor fasa arus bolak-balik yang menembus pelat baja sendiri-sendiri, bukan bersama dalam satu lubang.

Ruang cadangan dan akses pemeliharaan

Panel yang penuh saat serah terima kelak dimodifikasi dengan cara yang merusak verifikasinya. Ruang cadangan, baik pelat pasang, slot rel, maupun kapasitas pendinginan, ditetapkan dalam spesifikasi pemilik; persentasenya kesepakatan, bukan angka PUIL. Setiap komponen tambahan membawa rugi daya yang harus masuk anggaran panas.

PUIL 2020 5110.8.4.5 meminta gawai penyetel dan pereset mudah dicapai dan terminal dapat diakses untuk pengawatan, pemeliharaan, dan penggantian; A.5110.1.3 meminta komponen yang dilayani saat bekerja dapat dioperasikan dari depan tanpa tangga. Menurut sumber sekunder, IEC 60204-1 meminta perlengkapan kendali dipasang untuk memudahkan operasi dan pemeliharaan, dan menganjurkan pintu tidak lebih lebar dari 0,9 m dengan sudut buka paling sedikit 95°. Bandingkan panel yang dapat diperiksa pada Bab 52.

Contoh kerja 1: anggaran panas panel mesin cuci-peras di ruang 40 °C

Soal. Panel dari pembuka bab adalah selungkup baja dicat 800 mm (tinggi) × 600 mm (lebar) × 300 mm (dalam), menempel dinding, di ruang bersuhu siang 40 °C. Isinya VFD 11 kW untuk drum dan SSR tiga kutub untuk pemanas 12 kW dari bab komponen kendali, yang heatsink-nya dirancang untuk udara 55 °C. Susun anggaran panas, periksa pendinginan alami, lalu tentukan aliran kipas.

Langkah 1: keadaan operasi dan rugi daya. Keadaan terberat diambil pemanasan penuh sambil VFD pada beban pengenal. Anggapan ini konservatif karena drum berputar pelan saat memanaskan.

Langkah 2: pendinginan alami. Dinding belakang dan alas tidak dihitung (penyederhanaan; IEC TR 60890 memakai faktor permukaan). Depan $0{,}8 \times 0{,}6 = 0{,}48$ m², atas $0{,}6 \times 0{,}3 = 0{,}18$ m², dua sisi $2 \times 0{,}8 \times 0{,}3 = 0{,}48$ m², sehingga $A_\text{e} = 1{,}14$ m² dan $k A_\text{e} = 5{,}5 \times 1{,}14 = 6{,}27$ W/K.

$$\Delta T = \frac{459}{6{,}27} = 73\ \text{K}$$

Udara dalam rata-rata akan mendekati 113 °C. Bahkan dengan kenaikan 15 K, dinding hanya membuang $6{,}27 \times 15 = 94$ W, sekitar seperlima kebutuhan.

Langkah 3: batas kenaikan suhu. Udara keluar di puncak dibatasi 50 °C, jadi $\Delta T = 10$ K. Batas ini menyisakan 5 K terhadap udara 55 °C yang menjadi dasar heatsink SSR dan kontaktor pemanas di bab komponen kendali, untuk filter yang mulai kotor dan hari yang lebih panas. PLC dan catu daya dipasang di zona bawah. VFD dibaca dengan cara yang sama: lembar datanya menyatakan suhu udara masuk maksimum tanpa penurunan rating dan penurunan arus di atasnya. Bila batas itu 40 °C (ilustrasi), VFD dipasang di zona bawah dekat lubang masuk, dipasang tembus dinding, atau arusnya diturunkan menurut lembar data. Trip suhu lebih di pembuka bab adalah tanda batas ini terlampaui.

Langkah 4: aliran kipas. Kipas meniup udara 40 °C masuk dari bawah, $f = 3{,}17$ m³·K/(W·h), dan suku dinding dihilangkan:

$$\dot V = 3{,}17 \times \frac{459}{10} = 146\ \text{m}^3/\text{h}$$

Dengan dinding diperhitungkan pada kenaikan rata-rata 5 K, kebutuhannya 136 m³/h; selisih itu disimpan sebagai cadangan.

Langkah 5: kipas nyata dan filter kotor. Kipas dipilih dari kurva aliran terhadap tekanan dengan filter keluaran terpasang. Data ilustrasi: satu unit kipas-filter memberi 150 m³/h dalam susunan itu, sehingga $\Delta T = 3{,}17 \times 459/150 = 9{,}7$ K dan udara puncak 49,7 °C. Bila serat menyumbat filter hingga aliran tinggal 75 m³/h, $\Delta T = 19{,}4$ K dan udara puncak 59,4 °C, di atas dasar desain heatsink SSR. Sensor suhu di puncak karena itu diberi ambang alarm di bawah 55 °C, misalnya 52 °C (ilustrasi), dan interval pembersihan filter ditetapkan dari pengamatan minggu-minggu pertama.

Langkah 6: memindahkan panas VFD. Bila VFD dipasang tembus dinding dan lembar datanya (ilustrasi) menyatakan 80 % rugi dayanya keluar lewat heatsink luar, rugi di dalam menjadi $459 - 300 + 60 = 219$ W dan kipas cukup $3{,}17 \times 219/10 = 69$ m³/h. Seluruh 459 W tetap masuk ke ruang produksi.

Tafsir. Yang menentukan adalah daftar rugi daya, batas suhu komponen teratas, dan aliran nyata saat filter kotor, bukan besar kipas. Baja tahan karat tidak menurunkan suhu; dengan $k$ lebih rendah panel sedikit lebih panas, jadi bahan dipilih karena korosi. Perhitungan ini penilaian desain. Buktinya pengukuran suhu udara puncak saat mesin menjalankan siklus terberat sampai suhunya stabil, dicatat pada lembar komisioning yang dibahas pada bab uji pra-energi.

Contoh kerja 2: rel distribusi pada suhu udara dalam yang berubah

Soal. Panel yang sama membagi suplai melalui rel tembaga 12 × 2 mm sepanjang 0,5 m per fasa. Arus per fasa: masukan VFD 22 A (lembar data ilustrasi), pemanas 19,1 A pada tegangan 10 % di atas nominal (bab komponen kendali), dan kendali 2 A (ilustrasi). Periksa rel pada udara dalam 50 °C dan 60 °C (filter tersumbat).

Langkah 1: arus desain. Arus dijumlahkan aritmetis, $22 + 19{,}1 + 2 = 43{,}1$ A; jumlah fasornya lebih kecil, jadi angka ini aman.

Langkah 2: kemampuan rel. Tabel B.5110.1 memberi 70 A pada 55 °C. Pada 50 °C, $70 \times 1{,}18 = 82{,}6$ A; pada 60 °C, $70 \times 0{,}77 = 53{,}9$ A. Keduanya di atas 43,1 A.

Langkah 3: susut daya. Dengan $k_3 = 1{,}00$, $A = 23{,}5$ mm², dan $T_\text{c}$ diambil batas 70 °C:

$$P_\text{v} = \frac{43{,}1^2 \times 1{,}00}{56 \times 23{,}5} \times \left[ 1 + 0{,}004 \times 50 \right] = 1{,}69\ \text{W/m}$$

Tiga fasa sepanjang 0,5 m melepas sekitar 2,5 W, sudah tercakup dalam baris "kabel, rel, dan terminal" pada Contoh kerja 1.

Tafsir. PUIL 2000 Tabel 6.6-1 memberi rel telanjang yang sama 100 A karena dasarnya udara sekitar 35 °C; memakainya untuk panel 60 °C melebihkan kemampuan hampir dua kali.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan batas bab ini; angka keadaan yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Pengukuran suhu di dalam panel bertegangan hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: rerata 24 jam ruang cuci hotel. Pencatat suhu di ruang cuci sebuah hotel menunjukkan 40 °C selama 10 jam siang, 37 °C selama 6 jam sore, dan 31 °C selama 8 jam malam ketika pengering masih bekerja (angka latihan).

$$T_\text{rerata} = \frac{10 \times 40 + 6 \times 37 + 8 \times 31}{24} = 36{,}25\ ^\circ\text{C}$$

Suhu puncaknya tidak melampaui 40 °C, tetapi rerata 24 jam melampaui 35 °C. Ruang ini karena itu keluar dari kondisi normal 5110.7.1.1.1, termasuk kondisi layanan khusus 5110.7.2, dan dalam Tabel 51A masuk AA6. Spesifikasi panel menuliskan keadaan itu, dan batas kenaikan suhu yang berlaku untuk rerata sampai 35 °C tidak dipakai apa adanya.

Contoh 2: selungkup GRP di ruang pompa hotel. Panel pompa air bersih sebuah hotel berupa selungkup GRP 600 mm (tinggi), 400 mm (lebar), dan 250 mm (dalam), menempel dinding, di ruang pompa 35 °C. Komponen daya yang rugi pengenalnya 50 W bekerja pada 80 % arus pengenal, ditambah 8 W elektronik (angka latihan). Rugi daya $0{,}64 \times 50 + 8 = 40$ W, dan $A_\text{e} = 0{,}24 + 0{,}10 + 0{,}30 = 0{,}64$ m² untuk depan, atas, dan dua sisi, seperti Contoh kerja 1.

$$\Delta T_\text{GRP} = \frac{40}{3{,}5 \times 0{,}64} = 17{,}9\ \text{K}, \qquad \Delta T_\text{baja dicat} = \frac{40}{5{,}5 \times 0{,}64} = 11{,}4\ \text{K}$$

Rata-rata udara dalam menjadi 52,9 °C untuk GRP dan 46,4 °C untuk baja dicat, dan puncaknya lebih panas. Bila elektronik dibatasi 50 °C, GRP yang tidak berkarat di ruang pompa lembap memerlukan selungkup lebih besar atau rugi di dalam yang lebih kecil. Bahan dipilih karena korosi, lalu anggaran panas menyesuaikan.

Contoh 3: VFD tambahan di panel laundry rumah sakit. Panel Contoh kerja 1, kini dipakai di laundry sebuah rumah sakit, akan ditambah VFD 2,2 kW untuk pompa sirkulasi dengan rugi 80 W (angka latihan), tanpa mengganti kipas-filter 150 m³/h.

$$\Delta T = 3{,}17 \times \frac{459 + 80}{150} = 11{,}4\ \text{K}$$

Udara puncak naik dari 49,7 °C menjadi 51,4 °C, tinggal 0,6 K di bawah ambang alarm 52 °C. Bila filter mulai kotor dan aliran tinggal 120 m³/h, kenaikannya 14,2 K dan puncaknya 54,2 °C. Untuk tetap 10 K diperlukan $3{,}17 \times 539/10 = 171$ m³/h. Penambahan ini perubahan susunan menurut prinsip 5110.10.1, sehingga anggaran panas dan IP diperiksa ulang sebelum panel dipakai (kondisi berhenti butir 4).

Kondisi berhenti

1. Suhu udara puncak melampaui dasar desain komponen (dalam contoh 55 °C) atau alarm suhu aktif berulang. Mesin dihentikan, penyebab dicari (filter, kipas, rugi tambahan, suhu ruang), dan mesin tidak dijalankan dengan pintu panel dibuka sebagai "pendingin".
2. Pintu panel dibiarkan terbuka saat bertegangan. Ini menghilangkan perlindungan terhadap sentuhan, air, dan serat; mesin dihentikan dan pintu ditutup sebelum operasi.
3. Ditemukan air, embun, karat, atau serat menumpuk di dalam panel. Panel diisolasi dan diverifikasi bebas tegangan menurut Bab 2 · Keselamatan sebelum dibersihkan, dan resistansi isolasi diperiksa sebelum energisasi ulang.
4. Selungkup dimodifikasi (lubang, kipas, komponen tambahan) tanpa hitung ulang anggaran panas dan pemeriksaan IP. Panel tidak dioperasikan sampai keduanya diulang.
5. Ada bau hangus, perubahan warna rel, terminal, atau heatsink, atau isolasi kabel melunak. Suplai diputus dari hulu dan penyebab termal ditemukan sebelum komponen diganti. Pemeriksaan bertegangan hanya oleh personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD; isolasi mengikuti Bab 2 · Keselamatan, dan aturan kerja aman lengkap dibahas pada bab kerja aman.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Panel ini sudah TTA, jadi pasti benar." TTA dan PTTA adalah istilah IEC 60439 yang sudah digantikan. Yang ditanyakan sekarang: laporan verifikasi desain, kepatuhan perakit pada petunjuk pabrikan orisinal, dan catatan verifikasi rutin panel yang diserahkan.

"Panel mesin harus memenuhi PUIL 5-511." PUIL 2020 11.3 k) mengecualikan peralatan listrik mesin. Panel mesin diatur IEC 60204-1; seri IEC 61439 boleh dipakai sebagai alat bukti.

"Rugi daya panel sama dengan jumlah daya pengenal komponen." Rugi daya adalah panas yang dilepas, bukan daya yang disalurkan. VFD 11 kW dalam contoh melepas sekitar 300 W, dan rugi kontaktor serta kabel turun dengan kuadrat arus.

"IP makin tinggi makin aman, dan kipas besar pasti cukup." IP tinggi menutup jalan panas dan tidak mencegah embun. Aliran katalog biasanya aliran bebas; filter dan serat menurunkannya, dan kenaikan suhu naik berbanding terbalik.

"Panel plastik tahan panas dan panel logam cukup 0,5–1 mm." Buku ajar kendali elektromekanik korpus menyebut keduanya. Selungkup plastik melepas panas lebih sedikit daripada baja, dan kekuatan selungkup adalah butir verifikasi desain, bukan satu angka tebal.

Hubungan dengan bab lain

Bab ini membuktikan suhu panel yang dianggap bab komponen kendali, dan bersandar pada bab data motor lanjutan (IP), sirkit kendali, serta kendali pemanas. Perakitan, pemasangan lapangan, uji pra-energi, pemeliharaan, PHB dalam instalasi, ruang basah, dan instalasi VFD dibahas pada bab masing-masing.

Latihan dan pembahasan

1. Selungkup baja dicat 1.000 mm (tinggi) × 800 mm (lebar) × 300 mm (dalam) menempel dinding, rugi daya 180 W, ruang 35 °C. Dengan model $k A_\text{e}$ (belakang dan alas tidak dihitung), hitung suhu rata-rata udara dalam, lalu ulangi untuk baja tahan karat. Bila komponen paling peka dibatasi 50 °C, cukupkah pendinginan alami?
2. Perakit menempelkan label "Panel TTA sesuai IEC 60439" pada panel mesin pengering yang dirakitnya dari selungkup kosong. Pilih yang paling tepat: (A) panel memenuhi PUIL 5-511 karena sudah TTA; (B) istilahnya usang, panel mesin diatur IEC 60204-1, dan perakit yang memakai susunan sendiri bertanggung jawab atas pembuktian desain susunan itu dan verifikasi rutin; (C) panel mesin tidak perlu pembuktian karena PUIL mengecualikannya; (D) cukup uji resistansi isolasi.
3. Rugi daya 250 W, ruang 38 °C, udara puncak dibatasi 48 °C. Hitung aliran kipas ($f = 3{,}17$, abaikan dinding). Seorang perancang memakai anggapan ruang 30 °C; berapa aliran yang ia pilih dan berapa suhu puncak sebenarnya?
4. Panel IP54 di ruang setrika diberi lubang tambahan di alas untuk satu kabel dan kipas-filter berlabel IP54 di sisinya. Teknisi menyatakan panel "tetap IP54 karena semua bagiannya IP54". Nilai pernyataan itu.
5. Rel tembaga 20 × 5 mm akan membawa 230 A. Periksa pada udara dalam 45 °C dan 55 °C menurut Tabel B.5110.1 dan B.5110.2. PUIL 2000 Tabel 6.6-1 memberi 290 A (telanjang, arus bolak-balik); mengapa angka itu tidak dipakai langsung?
6. Di ruang pengering penuh serat, panel Contoh kerja 1 memakai VFD tembus dinding (rugi di dalam 219 W). Penukar panas udara-udara 30 W/K dipertimbangkan. Periksa untuk ruang 40 °C dengan batas udara dalam 50 °C, lalu untuk ruang 45 °C. Apa pilihan bila tidak cukup?

Kunci jawaban beralasan

1. $A_\text{e} = 1{,}0 \times 0{,}8 + 0{,}8 \times 0{,}3 + 2 \times 1{,}0 \times 0{,}3 = 1{,}64$ m². Baja dicat: $k A_\text{e} = 9{,}02$ W/K, $\Delta T = 20{,}0$ K, rata-rata 55,0 °C. Baja tahan karat: $7{,}38$ W/K, $\Delta T = 24{,}4$ K, 59,4 °C. Rata-ratanya saja sudah di atas 50 °C dan puncak lebih panas, jadi tidak cukup; perlu kipas, rugi di dalam dikurangi, atau selungkup lebih besar.
2. (B). TTA adalah istilah IEC 60439. (A) salah karena panel mesin di luar PUIL menurut 11.3 k). (C) salah karena pengecualian dari PUIL tidak menghapus IEC 60204-1 dan verifikasinya; perakit yang menambah susunan di luar verifikasi pabrikan orisinal dianggap pabrikan orisinal untuk susunan itu (prinsip 5110.10.1). (D) salah karena verifikasi rutin mencakup IP, jarak, sirkit proteksi, pengawatan, dan fungsi.
3. $\dot V = 3{,}17 \times 250/10 = 79{,}3$ m³/h. Dengan anggapan 30 °C, $\Delta T = 18$ K dan $\dot V = 44{,}0$ m³/h; di ruang 38 °C kenaikannya $3{,}17 \times 250/44{,}0 = 18$ K, jadi puncak 56 °C, 8 K di atas batas. Suhu ruang desain diambil dari kondisi terpanas ruang nyata.
4. Keliru. IP adalah hasil uji rakitan; lubang tanpa gland atau penutup berating sesuai menurunkan perlindungan ke bagian terlemah, dan kipas-filter hanya mencapai IP labelnya bila dipasang sesuai petunjuk. Lubang ditutup dengan gland yang sesuai, pemasangan kipas diperiksa, IP diverifikasi ulang, dan anggaran panas dihitung ulang karena jalur udara berubah.
5. Pada 45 °C, $178 \times 1{,}35 = 240{,}3$ A, cukup. Pada 55 °C hanya 178 A, tidak cukup; perlu rel lebih besar (30 × 5 mm, 246 A pada 55 °C) atau udara dalam lebih dingin. Angka PUIL 2000 disusun untuk rel sampai 65 °C pada udara sekitar 35 °C (rujukan cadangan) dan melebihkan kemampuan di PHB yang panas.
6. $30 \times (50 - 40) = 300$ W, lebih dari 219 W, jadi cukup, dengan udara dalam bebas serat dan IP tetap. Pada ruang 45 °C, $30 \times 5 = 150$ W, kurang dari 219 W. Pilihannya menurunkan rugi di dalam, memperbaiki ventilasi ruang, atau pendingin aktif (umumnya berkompresor, dengan pembuangan kondensat), satu-satunya jenis yang membuat udara dalam lebih dingin dari ruang. Pada ruang 45 °C heatsink VFD yang tembus dinding juga menerima udara 45 °C, sehingga batas ambien dan penurunan rating VFD diperiksa di lembar datanya.

Referensi