Outdoor National Electrical Manufacturers Association (NEMA) type 3R medium voltage (MV) frequentieregelaars (VFD's) worden gebruikt in pomp- en compressorsystemen in water/afvalwater, olie en gas, energie en andere industrieën.Ze hebben een brede interesse gewekt bij de operatorgemeenschap en fabrikanten voorzien in de behoefte door VFD's te ontwikkelen en te ontwerpen die buitenshuis kunnen werken.MV VFD-operators hebben budgettaire beperkingen om niet alleen de kapitaaluitgaven (capex) kosten te beheersen, maar ook de variabele bedrijfskosten.Het elimineren van de noodzaak van een binnenruimte met temperatuurregeling en HVAC-systemen heeft invloed op de totale eigendomskosten (TCO) voor grote MV-aandrijvingen die doorgaans worden toegepast bij >375 kilowatt (kW).Een artikel van Pumps & Systems van december 2019 beschreef enkele manieren om warmte in MV VFD's te beheren en bood inkoopbegeleiding in een reeks "te stellen vragen".Verschillende vragen hadden betrekking op het evalueren van de prestaties van de behuizing in buitenomgevingen.Het is gebruikelijk dat VFD-operators vragen: "hoe voorkomt een VFD-buitenbehuizing het binnendringen van water;omgaan met vochtigheid, stof, corrosie;reageren op black-start-omstandigheden;en anderen?"Hoewel sommige vragen op grond van het ontwerp worden beantwoord, zijn de meeste gevalideerd en bewezen door de MV VFD voor buiten op de proef te stellen.In dit artikel beschouwen we een gecontaineriseerde implementatie van een buitenaandrijving zoals weergegeven in afbeelding 1. In deze implementatie is een standaard MV VFD voor binnen geïnstalleerd in een NEMA Type 3-behuizing.Typische specificaties voor VFD's voor buiten worden weergegeven in afbeelding 2.Het testen, evalueren en valideren van prototypen is een reeks activiteiten die door de VFD-fabrikant worden ondernomen nadat de apparatuur voor het eerst is vervaardigd en gebouwd.Het doel is om aan te tonen of de VFD-behuizing, zoals ontworpen, voldoet aan alle vereisten die aanvankelijk zijn gespecificeerd volgens de marktbehoeften en om deze te valideren vanuit een veiligheids-, operationeel en prestatiestandpunt.Prototypetests worden na voltooiing niet opnieuw uitgevoerd, tenzij de VFD-buitenbehuizing een ingrijpend elektrisch of mechanisch herontwerp ondergaat.Dit is een niet-getuige test en is intern voor de fabrikant.Meestal zijn de resultaten op verzoek beschikbaar voor beoordeling.Merk op dat standaard kwaliteitsborging en kwaliteitscontrole (QA/QC) tests van de fabrikant nog steeds worden uitgevoerd op elke productie-eenheid.Hoewel daadwerkelijke VFD-testen buiten het bestek van het artikel vallen, volgen hieronder de minimale testvereisten waaraan alle buitenimplementaties van MV-drives moeten worden onderworpen wanneer ze voor het eerst worden ontworpen.Er zijn twee primaire testgebieden die in meer detail worden beschreven: structurele tests en validatie van behuizingen, prestatietests en validatie van behuizingenDimensionale verificatie In deze test verifieert de fabrikant alle kritische afmetingen van de VFD voor buitengebruik, inclusief hoogte, diepte en breedte van de totale behuizing.Ook de deurpanelen, deuruitzwaaispelingen en muuruitsparingen voor kabelinvoer worden gemeten.Vervolgens worden de werkelijk gemeten afmetingen vergeleken met de overzichtstekeningen.Waterdichtheid Elke buitenomhulling moet de apparatuur binnenin beschermen tegen schadelijke weersomstandigheden.Waterdichtheid en naleving van de norm is misschien wel een van de meest kritische tests die worden uitgevoerd om het ontwerp en de typeclassificatie van de behuizing te valideren.In Noord-Amerika is de NEMA 250-20142 een erkende standaard in behuizingen voor elektrische apparatuur.Hoewel de standaard beperkt is tot apparatuur met een spanning van 1000 volt of minder, wordt deze ook toegepast op MV-apparatuur zoals VFD's.De meeste MV-apparatuur voor buiten moet voldoen aan een minimum van NEMA type 3R-classificatie.Volgens tabel 2-2 in de norm biedt een 3R-behuizingsclassificatie de ingesloten apparatuur een mate van bescherming tegen:Voor het testen van een behuizing volgens een specifieke NEMA 250-classificatie kunnen verschillende tests nodig zijn om het ontwerp te valideren, afhankelijk van het vereiste beschermingsniveau.Voor een NEMA 3R-behuizing kunnen de meeste van deze tests worden uitgevoerd met behulp van een testapparaat dat blazende regen kan simuleren.De testopstelling omvat de bouw van een apparaat dat een bepaalde hoeveelheid water kan leveren, dat door een set van drie gekalibreerde sproeiers onder een hoek van 30 graden ten opzichte van verticaal wordt gespoten.Afbeelding 3 toont een regentestapparaat dat wordt gebruikt voor VFD's buitenshuis.Het testen van behuizingen die groot genoeg zijn om MV-schijven te huisvesten, levert meer problemen op.Vanwege de enorme omvang van de behuizing is het vaak niet haalbaar om een ​​watertestapparaat te bouwen dat zowel het benodigde watervolume als de benodigde oppervlaktedekking kan leveren.Daarom wordt het binnendringen van water meestal in fasen uitgevoerd.Een mobiel testapparaat dat door de behuizing kan bewegen, lost het probleem op en zorgt ervoor dat alle oppervlakken die aan de elementen worden blootgesteld, worden getest op bescherming tegen het binnendringen van water.Heftest van behuizing met vorkheftruck en bovenloopkraan MV VFD's voor buiten zijn zware apparaten.Ze bestaan ​​uit transformatoren, ijzer, koper, staal, vermogensmodules en andere materialen.Een typische VFD voor buitengebruik, zoals weergegeven in afbeelding 1, kan tussen de 15.000 en 20.000 pond wegen.Structurele integriteit tijdens hijsen en transport is van cruciaal belang.Deze eenvoudige test waarbij een vorkheftruck en een kraan worden ingezet, is nodig tijdens de testfase van het prototype voordat de productie begint.Tijdens deze test wordt de behuizing drie tot vier keer opgetild met behulp van geschikte hijsapparatuur.Luister tijdens en na de test naar ongebruikelijke geluiden, krakende geluiden en let op tekenen van barsten in de verf, losraken van bouten, uittrekken van bevestigingsmiddelen en meer.Ontwerpvalidatie van sneeuwbelasting en windsnelheid De MV VFD-buitenuitrusting kan onderhevig zijn aan sneeuw en wind, afhankelijk van de geografische locatie.Tenzij de apparatuur in orkaan- of extreme sneeuwcondities moet worden geplaatst, is de gebruikelijke vereiste voor buitenapparatuur om windsnelheden van minimaal 125 mph en sneeuwbelastingen van ten minste 90 pond/voet te weerstaan2.Structurele berekeningen uitgevoerd door een externe professionele ingenieur (PE) voldoen aan deze testcriteria.De volgende tests worden uitgevoerd in een omgevingskamer (ontworpen om te voldoen aan en te voldoen aan de International Electrotechnical Commission [IEC] 60068-3-6) die in staat is om de gehele VFD buiten volledig te omsluiten en in staat is om gedurende langere perioden temperatuurbereiken te simuleren tussen -40 C tot 75 C (-40 F tot 167 F) en een relatieve vochtigheid tot 85 procent, terwijl de apparatuur nauwlettend wordt gecontroleerd.Temperatuurstijgingstest Zonder dat er een HVAC-systeem is geïnstalleerd, moet de behuizing in staat zijn om ventilatielucht te leveren aan de omsloten apparatuur die van buitenaf wordt aangevoerd.Voor de beste prestaties moet de binnenkomende lucht zo dicht mogelijk bij de buitentemperatuur blijven.Een verminderd bedrijfsbereik van de apparatuur en/of voortijdige oververhitting kan het gevolg zijn als de ventilatielucht slecht wordt geleid of te veel warmte opneemt voordat deze de omsloten apparatuur binnendringt.Om te controleren of de behuizing correct is ontworpen, is het noodzakelijk om de hoeveelheid temperatuurstijging in de behuizing te bepalen naar de inkomende ventilatielucht wanneer de VFD in werking is.Weerstandstemperatuurdetectoren (RTD's) of thermokoppels worden rond de buitenkant van de behuizing geplaatst om de temperatuur van de binnenkomende lucht te bewaken.Extra thermokoppels geplaatst bij de verschillende inlaten van de bijgevoegde MV VFD geven meer informatie.De apparatuur wordt dan, indien mogelijk, op volle spanning en stroom gebruikt.De temperaturen worden vergeleken en de prestaties geëvalueerd.Als de apparatuur correct is ontworpen, moet de temperatuurstijging verwaarloosbaar zijn en geen invloed hebben op de nominale waarden van de apparatuur binnenin.Temperatuurverdelingstest Zoals eerder uiteengezet, zou de ventilatielucht die in de behuizing wordt gebracht idealiter dezelfde temperatuur moeten hebben op elk punt dat de gesloten apparatuurinlaten binnenkomt.Dit is niet van belang voor apparatuur met één inlaatpunt, maar apparatuur met gedistribueerde inlaatpoorten (apparatuur met meerdere kasten bijvoorbeeld) kan radicaal verschillende inlaattemperaturen ervaren als de menging en distributie van ventilatielucht niet goed wordt beheerd.Evaluatie van de temperatuurverdeling wordt voltooid door RTD's of andere temperatuurmeetapparatuur op elk inlaatpunt van de bijgevoegde apparatuur te plaatsen.De apparatuur wordt dan, indien mogelijk, op volle belasting gebruikt.Als de behuizing enige vorm van actieve ventilatieregeling of hermenging van afvoerlucht heeft, moeten de temperaturen ook worden geëvalueerd wanneer die regelingen actief zijn.De temperaturen worden vervolgens met elkaar vergeleken en beoordeeld op prestaties.Lagetemperatuurtest Behuizingen met actieve ventilatieregeling kunnen mogelijk werken bij temperaturen die lager zijn dan het bedrijfsbereik van de bijgevoegde VFD.Dit wordt meestal bereikt met behulp van een programmeerbare logische controller (PLC) en een reeks sensoren.Om de prestaties van deze systemen te testen, is het noodzakelijk om de behuizing te onderwerpen aan omgevingstemperaturen in een bereik van de geclaimde bedrijfstemperaturen (Afbeelding 2).Idealiter zou ook een temperatuurverdelingstest moeten worden uitgevoerd aan de uiteinden van het bedrijfsbereik om de juiste temperatuurverdeling te verifiëren.Sommige behuizingen zijn ook uitgerust met PLC's die de interne temperatuur 'herstellen' als een behuizing een tijdje zonder stroom wordt gelaten.Dit houdt in dat de huidige omgeving binnen de behuizing wordt gedetecteerd en dat er stappen worden ondernomen om die omgeving weer binnen de operationele limieten van de bijgevoegde VFD te brengen.Het testen van deze functie houdt in dat de behuizing in een klimaatkamer wordt geplaatst en deze gedurende meerdere dagen aan extreme temperaturen wordt blootgesteld terwijl alle apparatuur is uitgeschakeld.Het besturingssysteem van de behuizing wordt vervolgens geactiveerd en geobserveerd om te zien of het de interne omgeving van de behuizing weer binnen het operationele bereik van de geïnstalleerde apparatuur brengt.Test bij hoge temperatuur Net als bij de test bij lage temperatuur, omvat deze test het plaatsen van de behuizing in een omgevingskamer en het brengen van de externe omgeving op de maximale temperatuur van het geclaimde bereik, bijvoorbeeld 40 C of 50 C (104 F of 122 F) .De ingesloten apparatuur wordt vervolgens, indien mogelijk, onder volledige belasting gebruikt en geobserveerd om te controleren of deze naar behoren werkt.Als de VFD de juiste maat heeft en op de juiste manier wordt toegepast, mag hij niet over oververhitting struikelen.Opstarttest bij hoge vochtigheid VFD's voor buiten moeten bestand zijn tegen de elementen, inclusief hoge vochtigheid zoals die aan de Amerikaanse Golfkust.Hitte en vochtigheid doden elektronica en VFD's zijn niet immuun voor dit fenomeen.Daarom is een opstarttest met een hoge luchtvochtigheid van cruciaal belang.Tijdens normaal bedrijf wordt de relatieve vochtigheid geregeld door de interne temperatuur van de behuizing enkele graden boven het dauwpunt te houden.Overweeg echter een scenario waarin iemand de VFD buiten in een zeer vochtige omgeving heeft geopend en er condensatie optrad in de VFD-elektronica.In dit geval moet de PLC een droogprocedure doorlopen om condensatie te verwijderen en de luchtvochtigheid op acceptabele niveaus te brengen voordat deze wordt ingeschakeld.Deze test identificeert de tijd die de PLC nodig heeft om de VFD volledig te drogen voordat de stroom wordt ingeschakeld.Het testen van buitenaandrijvingen en het evalueren van de testaanpak van een fabrikant en de resultaten daarvan zijn van cruciaal belang om vertrouwen te krijgen in de toekomstige MV VFD-oplossingen voor buiten.Simuleren en testen onder bijna levensechte omgevingen geeft een goed beeld van de due diligence die de VFD-fabrikant heeft gedaan om ervoor te zorgen dat het product zal presteren zoals bedoeld.Hoewel de meeste apparatuur naar tevredenheid werkt onder stabiele en ideale omstandigheden, ligt de echte test in het beoordelen van de prestaties van de apparatuur in niet zo ideale omstandigheden of randgevallen.Oplossingen in containers, zoals hierboven weergegeven, hebben goede prestaties laten zien en bevestigen de hypothese dat goed ontworpen behuizingen het mogelijk maken om VFD's voor binnengebruik naar buiten te verplaatsen, en klanten kunnen op lange termijn profiteren van lagere kapitaal- en operationele kosten.Donald (Jason) McCrary is ontwikkelingsingenieur bij TMEIC.Hij is verantwoordelijk voor het ontwerpen, evalueren en testen van apparatuur en controles voor het omzetten van elektrische energie.Manish Verma is business development specialist bij TMEIC.Hij is verantwoordelijk voor het geven van technische begeleiding bij de ontwikkeling van nieuwe producten, van ideegeneratie tot productlancering.Ga voor meer informatie naar www.tmeic.com