Como dimensionar um gabinete elétrico

Dimensões externas, internas e da placa de montagem

Os gabinetes são vendidos pelo tamanho externo do corpo, altura x largura x profundidade. Três números menores são importantes para o layout:

• Dimensões internas: o tamanho externo menos a espessura da chapa e qualquer aba ou flange da porta.
• Placa de montagem: a chapa removível na qual os dispositivos são parafusados. Ela é menor que o interior, pois fica apoiada em prisioneiros afastados das paredes e da aba da porta.
• Profundidade útil: da face da placa de montagem até o interior da porta fechada.

Exemplo prático. Nosso gabinete de sobrepor em aço inoxidável 304 de 24 × 20 × 8 pol possui, de acordo com seu desenho de referência: dimensões internas nominais de 606.6 × 505.0 × 200.2 mm; placa de montagem de 545.6 × 444.0 mm (cerca de 21.5 × 17.5 pol); profundidade útil de 184.9 mm (cerca de 7.3 pol). Portanto, uma caixa de 24 × 20 pol oferece uma área de disposição de aproximadamente 21.5 × 17.5 pol, e não 24 × 20. Cada página de produto lista o tamanho interno nominal, e o localizador de tamanhos filtra por altura, largura e profundidade internas mínimas.

Os mesmos números em toda a linha, retirados do CAD de referência de cada tamanho, mostram quanto do tamanho externo você realmente tem para projetar. A contagem de módulos DIN usa o layout de exemplo em cada página de produto (módulos de 17.5 mm em trilhos horizontais entre canaletas de fios), e a coluna de calor aplica o método Step 5 (IEC/TR 60890 superfície efetiva, k = 3.7 W/m²K) a esse tamanho na parede:

Dimensões nominais do CAD de referência de cada tamanho; as dimensões finais são confirmadas com o seu pedido. Módulos DIN: módulos de 17.5 mm no layout de exemplo desenhado em cada página de produto. Calor: o que o gabinete selado dissipa em uma parede com um aumento de 10 K (18 °F), k = 3.7 W/m²K.

Dois padrões merecem atenção. A placa de montagem é cerca de 40 a 65 mm (1.5 a 2.5 pol) menor que o exterior em cada direção em todos os tamanhos, portanto, a proporção perdida é maior em caixas pequenas. E o calor que um tamanho selado dissipa aumenta com sua área de superfície, então uma caixa mais profunda com a mesma face adiciona capacidade térmica e profundidade sem adicionar área de placa. A tabela de tamanhos de gabinete lista todos os tamanhos padrão da mesma forma, em polegadas e milímetros, com ambos os graus e os invólucros HMI.

Etapa 1: o envelope do componente

Liste todos os dispositivos que serão instalados no gabinete com sua altura, largura e profundidade conforme a folha de dados do fabricante: fontes de alimentação, disjuntores, blocos de terminais, relés, PLC ou I/O, switches de rede e o computador. Em seguida, desenhe-os na placa de montagem em suas posições reais, com os trilhos DIN e canaletas entre as fileiras. Fazer o desenho em escala, ou em CAD no contorno do painel, identifica o que uma soma de áreas não detecta: os dispositivos só cabem em fileiras inteiras, e a canaleta ocupa uma parte surpreendente do painel.

Respeite as folgas especificadas pelos fabricantes de dispositivos. Inversores, fontes de alimentação e computadores geralmente precisam de espaço livre acima e abaixo para fluxo de ar, e isso varia conforme o produto e o tamanho da carcaça, portanto, consulte cada manual em vez de usar uma regra prática.

Etapa 2: espaço reserva para alterações

Os painéis crescem. Engenheiros entrevistados pela Control Design descrevem 20% de espaço reserva como um requisito comumente especificado, sendo 20–25% o típico e 25% onde se espera expansão; a AutomationDirect sugere cerca de 20–25% de terminais ou espaço reserva instalado, com 10% como o mínimo. A calha para fiação também costuma ser dimensionada com capacidade reserva, para que a fiação posterior não precise ser forçada. Se o layout preencher o painel até a borda no primeiro dia, aumente o tamanho. A área vazia do painel não é toda reserva utilizável: medir o espaço reserva utilizável em um painel de controle separa o espaço de expansão das folgas necessárias, aberturas de ventilação, rotas de cabos e acesso para manutenção.

Etapa 3: espaço de curvatura de fios e roteamento de cabos

Os condutores precisam de espaço para dobrar do terminal em direção à entrada do cabo sem serem forçados contra o terminal. Para gabinetes cobertos pelo Artigo 312 do NEC (armários e caixas de recorte), o NEC 312.6 estabelece o espaço mínimo de curvatura de fios nos terminais em duas tabelas: Tabela 312.6(A), onde o condutor não entra ou sai da parede oposta ao seu terminal, e Tabela 312.6(B), onde ele entra ou sai. O espaço depende do tamanho do condutor e do número de fios por terminal, portanto, alimentadores grandes precisam de muito mais espaço do que a fiação de controle. O NEC 312.8 também limita quanto de um gabinete para interruptores ou dispositivos de sobrecorrente pode ser preenchido com condutores, emendas e derivações.

Planeje também a rota desde as entradas de cabos até os terminais. Prensa-cabos e hubs de conduíte ocupam espaço no lado interno da parede e, em locais de lavagem sob pressão e uso externo, recomendamos trazer os cabos pela face inferior para que a água escorra pelas entradas. O guia de recortes e prensa-cabos cobre os tamanhos de entrada.

Etapa 4: profundidade e o que há na porta

A profundidade é definida pelo dispositivo mais profundo no painel, somado à sua fiação e conectores, além de qualquer item montado na porta: botões, luzes piloto, chaves seletoras, um display ou um panel PC. Dispositivos montados na porta avançam para dentro do gabinete, e um gabinete mais profundo é a maneira simples de evitar que eles colidam com os componentes do painel. Verifique a profundidade do dispositivo atrás do painel em seu datasheet em relação à profundidade utilizável do gabinete, e deixe espaço para a curvatura do cabo atrás dos conectores.

Para o hardware da IMD, nós fizemos essa verificação para você: a configuração "IMD mini PC" adiciona uma placa adaptadora VESA / trilho DIN e dois prensa-cabos, e a configuração de panel PC possui a porta cortada para o IMD panel PC que você escolher. Cada página de produto lista os dispositivos IMD para os quais aquele tamanho é configurado.

Etapa 5: calor que um gabinete selado pode dissipar

Um gabinete NEMA 4X-type é vedado, de modo que o calor gerado pelos dispositivos internos deve ser dissipado através das paredes do gabinete. A relação básica utilizada nos guias térmicos de gabinetes é:

Calor dissipado (W) = k x A x aumento de temperatura
A = área de superfície efetiva em m², aumento de temperatura = ar interno menos ar externo em kelvin (°C), k = coeficiente de transferência de calor: cerca de 5.5 W/m²K para chapa de aço pintada, cerca de 3.7 W/m²K (0.344 W/ft²K) para aço inoxidável.

Apenas as superfícies que podem dissipar calor contam, e nem todas igualmente. A superfície efetiva IEC/TR 60890, utilizada pelas nossas páginas de produtos, tabelas de tamanhos e calculadora térmica, desconsidera a parte traseira de um gabinete de sobrepor (montagem em parede) e pondera as demais faces de acordo com a sua capacidade de dissipação de calor: A = 1.4 x L x (A + P) + 1.8 x P x A, com as dimensões externas em metros. Os métodos de área superficial em catálogos de climatização de gabinetes, como a norma DIN 57 660 parte 500, também diferenciam instalações autossuportadas, de sobrepor (montagem em parede) e lado a lado. Trate o resultado como uma verificação inicial.

Exemplo prático, continuação. O gabinete de 24 × 20 × 8 pol (0.610 × 0.508 × 0.203 m) montado em parede tem uma superfície efetiva de 1.4 × 0.508 x (0.610 + 0.203) + 1.8 × 0.203 × 0.610 = 0.801 m² (8.6 ft²). Em aço inoxidável com k = 3.7 W/m²K:

• Uma elevação de 10 °C (18 °F) acima da temperatura ambiente permite dissipar cerca de 30 W de calor no interior (3.7 × 0.801 × 10 = 29.6 W).
• Um aumento de 20 °C (36 °F) permite cerca de 59 W.
• O guia térmico de um fabricante de gabinetes recomenda uma margem de segurança de 25%, o que reduz esses 59 W para cerca de 47 W.

Compare isso com o que vai no interior: perdas da fonte de alimentação, drives, um computador, um switch de rede. O guia térmico de um fabricante de gabinetes observa que para cada aumento de 18 °F (10 °C) acima de cerca de 72–75 °F, a confiabilidade dos componentes eletrônicos cai pela metade. Mantenha a temperatura interna dentro da temperatura ambiente classificada por cada dispositivo.

Ao ar livre, adicione o sol. O mesmo guia estabelece a carga solar de pico em cerca de 97 W/ft² (aproximadamente 1,040 W/m²) em boa parte dos Estados Unidos, e seus testes mostraram que uma pala de sol reduziu a elevação de temperatura de 25% (apenas no topo) a 56% (pala para gabinete de sobrepor). Onde possível, coloque o gabinete à sombra ou utilize uma pala de sol.

Se a carga for muito alta para uma caixa selada: aumente o tamanho (mais superfície), mova as fontes de calor para fora ou adicione refrigeração em circuito fechado, como um trocador de calor ou ar-condicionado para gabinete classificado pelo fabricante para o tipo de gabinete. Ventoinhas e filtros que trocam ar externo rompem a vedação NEMA 4X, a menos que possuam a mesma classificação. A calculadora de calor para gabinetes executa esta verificação para sua própria carga, ambiente e montagem.

Etapa 6: abertura da porta e espaço de trabalho

Quando o gabinete contém equipamentos que provavelmente serão examinados, ajustados, reparados ou mantidos enquanto energizados, o National Electrical Code exige espaço de trabalho à frente dele. De acordo com o NEC 110.26(A) (edições 2020 e 2023):

• Profundidade: pelo menos 3 pés (900 mm) para 0–150 V para o terra na Condição 1, mais para tensões mais altas e outras condições (Tabela 110.26(A)(1)).
• Largura: a largura do equipamento ou 30 pol (762 mm), o que for maior.
• Altura: 6.5 ft (2.0 m) ou a altura do equipamento, o que for maior.
• Portas: "Em todos os casos, o espaço de trabalho deverá permitir uma abertura mínima de 90 graus das portas dos equipamentos ou painéis com dobradiça."

Portanto, verifique o giro da porta, não apenas a caixa. O exemplo de 24 × 20 × 8 pol tem um raio de giro da porta de 511.3 mm (cerca de 20.1 pol) e um tamanho total com pés, dobradiça e fechos de 697.6 × 515.2 × 213.7 mm, tudo em seu desenho de referência (PDF). Deixe espaço no lado da dobradiça para a porta abrir totalmente e confirme a edição do código local com a autoridade competente.

Montagem do gabinete

Suspenda um gabinete classificado pelo tipo por seus meios de montagem externos. A NEMA observa que muitos gabinetes classificados pelo tipo exigem montagem externa à cavidade elétrica, a menos que um suporte ou pé intermediário seja utilizado, em vez de parafusos através de furos perfurados na parte traseira da cavidade elétrica. Nossos gabinetes de sobrepor (montagem em parede) são enviados com quatro pés de sobrepor (montagem em parede) externos, e o padrão de furos de sobrepor (montagem em parede) consta em cada desenho de referência. Considere o peso do gabinete e de todo o seu conteúdo ao escolher as buchas de fixação na parede.

Se se tornar um painel de controle industrial

Um gabinete com controladores de motor, proteção contra sobrecorrente e dispositivos de controle no interior é um painel de controle industrial nos termos do NEC. O Artigo 409 do NEC cobre painéis de controle industrial e exige que sejam marcados com informações, incluindo a classificação de corrente de curto-circuito; o Suplemento SB 508A da UL é um método reconhecido para determinar essa classificação. Se o painel também deve ser listado é decidido pela autoridade competente ou pela especificação do projeto.

Verifique no CAD antes de fazer o pedido

Cada página de produto NEMA4 Enclosure possui CAD de referência que você pode baixar: um modelo STEP, um desenho DWG/DXF e um desenho PDF com as dimensões externas, internas, da placa de montagem e dos furos de montagem. Sobreponha o layout do seu painel ao contorno da placa de montagem, verifique a profundidade em relação à porta e verifique o raio de abertura da porta no ambiente. As dimensões são nominais; as dimensões finais são confirmadas com seu pedido.

Fabricamos 65 tamanhos de sobrepor (montagem em parede), de 6 × 4 × 4 pol a 60 × 36 × 16 pol, em 304 e 316L, portanto, geralmente existe um tamanho um pouco maior quando o layout está apertado.

Perguntas frequentes

Fontes

1. NFPA 70, National Electrical Code (acesso gratuito apenas para leitura): 110.26, 110.28, Artigo 312, Artigo 409
2. EC&M, "requisitos do NEC para espaços de trabalho" (110.26 de abertura da porta)
3. Revista IAEI, "Artigos 312 e 314" (Tabelas 312.6(A) e (B))
4. EC&M, limites de preenchimento NEC 312.8 para gabinetes de dispositivos de sobrecorrente
5. EC&M, NEC Artigo 409, painéis de controle industrial (marcação SCCR, UL 508A Suplemento SB)
6. Rittal, Catálogo de Sistemas Técnicos de Controle Climático (relação de perda de calor, k = 5.5 W/m²K chapa de aço)
7. Hammond Manufacturing, seleção de aquecimento (k para aço pintado e aço inoxidável)
8. nVent HOFFMAN, Spec-00488, gerenciamento térmico (método de área de superfície, margem de 25%, confiabilidade, carga solar, protetores solares)
9. nVent HOFFMAN, Spec-01113, teste de protetor solar de sobrepor (montagem em parede)
10. Control Design, "Especialistas discutem as melhores práticas para gabinetes de painéis de controle" (espaço reserva, dispositivos de porta)
11. Control Design, "Como planejar o espaço de E/S reserva"
12. NEMA, "NEMA FAQs: Gabinetes" (Q16, montagem externa)