Frekvensomformere vs. luftfugtighed, kondensvand og rust

25. januar 2017

Danfoss besøgte engang et net tilsluttet solcelle anlæg, som bestod af en to akse soltracker. Hver havde en individuel IP21 solcelle inverter installeret indeni masten, så det var anset for at være semiindendørs forhold. Efter kun få måneder i drift skulle de 2 solcelle invertere allerede skiftes på grund af rust. Årsagen til den tidlige udskiftning var, at anlægget var placeret i et sydligt middelhavskystsområde, hvor det er meget varmt og fugtigt. Samtidig blæser der salt og sand fra havet, ind over land. Solcelle inverterne var derfor udsat for et hårdt miljø. De tre hovedelementer for rust var netop til stede: luftfugtighed, temperatur og forurenende stoffer.

 

Hvordan hænger de elementer sammen? Danfoss Drives har set nærmere på, hvordan luftfugtighed, temperaturforskelle og forurenende partikler kan forårsage kondensvand og at de eksisterende forurenende stoffer er med til at bestemme, hvor ætsende kondensvandet er.

Luftfugtighed er mængden af vanddampe i atmosfæren. Det kan opgives som en absolut værdi (g/m3), men normalt er det udtrykt som relativ luftfugtighed (RH), dvs. som en procentdel af mængden af fugt i luften sammenlignet med hvad luften kan indeholde ved de bestemte temperatur- og trykforhold. Varmt vejr har en højere kapacitet af vanddampe, og samme RH værdi som en anden mængde af tilhørende vanddampe, som er afhængig af lufttemperaturen. Når RH når 100 %, vil luften, uanset lufttemperatur, ikke være i stand til at holde på mere vand og noget af vandet vil derfor kondensere. Kondensation kan dog også opstå ved en RH under 100 %, hvis der er forurenende stoffer til stede. Salttåger i kystområder kan eksempelvis forårsage kondensation ved en RH på 75 %. Andre individuelle forurenende stoffer (som svovl og kvælstofilte genererede i fossilt brændstofforbrænding, ammoniak til stede i landbruget, ozon og halogen) eller en kombination af dem kan resultere i kondensation ved en endnu lavere værdi af RH. For at sikre sig imod kondensation, skal en værdi under 60 % RH altid holdes indeni din frekvensomformer. 

 
Når kondensation og forurenende stoffer kombineres, kan resultatet være meget mere korroderende end det rene vand og forurenende stoffer hver for sig (eksempelvis når svovldioxid, SO2, kombineres med vand og bliver svovlsyrling) og kan eksistere i en væskefase længere tid end vand alene. Denne korrosion kan blive kemisk og også elektrolytisk eller galvanisk fordi mange forurenende stoffer opløst i vand danner en ledende opløsning. Det kan også påvirke mekaniske komponenter, men det er mere kritisk for elektroniske komponenter og de skal omhyggeligt beskyttes. 

 
Den konstante drift af frekvensomformere monteret udendørs, resulterer i, at frekvensomformerens indre temperatur altid er højere end den omgivende temperatur. Risikoen for indre kondensation og den korroderende påvirkning af forurenende stoffer er derfor i høj grad minimeret inde i din frekvensomformer. Alligevel er en højere indre temperatur et tveægget sværd: selvom det er sandt at det reducerer den indre kondensation, så fordobles antallet af destruktive kemiske reaktioner for hver 10 °C temperaturen stiger. På baggrund af dette, er et optimalt kølesystem til din frekvensomformer altid nødvendigt for at undgå påvirkningen af korrosion i forurenede miljøer. 

 
I andre applikationer med periodisk drift eller ingen drift overhovedet i løbet af natten (eksempelvis soldrevne pumpeapplikationer), kan en frekvensomformer opleve store udsving i både den omgivende og driftstemperaturen pga. temperaturforskellen mellem nat og dag. De store udsving fremmer periodisk kondensation (i løbet af natten) og fordampning (i løbet af dagen), som øger sandsynligheden for korrosion. Kort sagt, jo større forskel i temperaturen mellem dag og nat, jo større er sandsynligheden for korrosion. 

 
Hvad kan du så gøre for at bekæmpe korrosion? Vi ser nærmere på tre strategier, som kan være behjælpelig for dig.

Forebyggelse af forurenende stoffers indtrængning
Den bedste løsning vil være, at montere din frekvensomformer væk fra de forurenende miljøer, men dette er selvfølgelig ikke altid en mulighed. I de tilfælde kan du i stedet bruge en kombination af et kabinet med en højere IP klassifikation og en indirekte køling af de elektroniske og andre sensitive komponenter.
Du kan til dette formål bruge væskekølede frekvensomformere (eksempelvis VACON® NXP Liquid Cooled), IP66 kabinetter med indirekte køling igennem et kølelegeme (som i VACON® 100 eller VLT® HVAC Drive) eller ”back-channel cooling” løsninger (som i VLT® AQUA Drive eller VACON® 100 Flow).
Med alle disse løsninger kan du i høj grad minimere risikoen for korrosion i den inderste del af din frekvensomformer, fordi de ikke er udsat for et konstant flow af forurenet køleluft.
En forsigtig drift og en god servicestrategi er stadig nødvendig for at minimere en belastning af miljøet: aktiviteterne som kræver et åbent kabinet skal reduceres. Den inderste del af frekvensomformeren vil blive udsat for forurenende stoffer/luftfugtighed, som vil blive inde i kabinettet efter den lukkes. Dette øger i høj grad sandsynligheden for korrosion.

Håndtering af kondensation
Du kan undgå kondensation ved at øge den indre temperatur af frekvensomformeren, når det er nødvendigt. Dette kan eksempelvis være ved lave omgivende temperatur eller når din frekvensomformer ikke er i drift. I virkeligheden tørrer det ikke den indre luft, men det reducerer i stedet RH, som så reducerer sandsynligheden for at kondensation opstår. Dette kan blive gennemført i praksis ved at bruge et indre varmeapparat, som er kontrolleret af en termostat (som i den arktiske funktion i VACON® 100 X). Denne løsning øger driftsomkostningerne ved at øge energiforbruget.
Kondensation kan også minimeres ved hjælp af trykudligning, ved at bruge GORE® udluftning, som findes i VACON® 20 X. Det er en passiv metode, uden brug af en indre varmeapparatsløsning, som derudover også yder den en hindring mod forurenende stoffer. Hvis kondensation ikke fuldstændig kan undgås, kan en kontrolleret vandrute ud af produktet designes. Løsninger med kondensationsdække eller bundprop huller følger det princip (dette findes bl.a. i UL Type 3R kabinetter fra VLT® AutomationDrive). Måden hvorpå de elektroniske kort er monteret, er også vigtigt i forhold til at forhindre kondensation i at hobe sig op og dryppe ned i kabinettet. VLT® frekvensomformere er, eksempelvis, typisk designet til en lodret montering af kabinettet. 


Beskyttelse af de sensitive elementer
Konform-coding er en almindelig løsning til at beskytte elektroniske komponenter og PeB, som følger IEC 60721-3-3 standarderne . Du kan vælge mellem en klasse 3C2 eller 3C3 coding i Danfoss Drives’ portfolio. Codingen giver øget resistens overfor kemikalier (såsom klor, svovlbrinte og ammoniaks), svamp, fugt og flammer.
Sidst men ikke mindst, kan indkapsling af komponenter udover bruges til at holde fugt og kondensation væk og samtidig tilbyde et meget stabilt og varmt miljø. Indkapsling af komponenten er brugt i Danfoss-Silicon-Powers powermoduler, som bruges i VLT® produkterne. Powermodulerne bruges bl.a. til ensretter- og vekselretterdelen i din frekvensomformer. De består af halvledere (IGBT’er og dioder) placeret på et meget varmeledende materiale dækket med en gennemsigtig silikonepasta. Et andet eksempel af indkapslinger er indkapslede spoler (forseglet i solidt voks indeni en aluminiumskasse).

Selvom korrosion er problemer, man skal tage med i sine overvejelser, har vi i Danfoss Drives både erfaring og tekniske løsninger til at undgå ’ubehagelige overraskelser’.

Læs mere om Danfoss Drives' frekvensomformere her.