制御盤用キャビネット・ボックスの熱対策

内部の機器の破損や誤作動を防ぎ電気の安全を守るために、キャビネットを使用する環境によっては温度管理が大切になってきます。

ここではキャビネット内部の温度や周辺温度への対策をみていきましょう。

キャビネットの温度リスク

電気機器を保護し、人の安全を守るために必要なキャビネット。日の当たる屋外や高温多湿のビニールハウスの中など過酷な環境下で使用されることも少なくありません。また近年では、電子機器の小型化に伴い、放熱面積が小さくなったことで、キャビネット内の発熱量が増加する傾向もあります。

キャビネットの内部が高温になると、中の機器が誤作動を起こしたり、キャビネットが変形したりするなどの重大なリスクが生じることがあります。また、アレニウスの法則により、電子機器は温度が１０℃上がると、寿命が約半分となってしまうことも知られています。生産ラインや装置の停止など大きな損害を出さないためにも、キャビネットの内部温度を適切に管理し、温度管理を考慮してキャビネットを選びが重要になります。

キャビネット内の発熱源

キャビネットの内部には電気機器が収納されています。その中でも、キャビネット内の温度を上昇させる主な発熱源としては、インバーター、シーケンサ(PLC)、配電コンポーネント、IT関連ならばサーバやモニターなどが上げられます。

このような機器の発熱により、キャビネットの内部温度は周囲に比べ、およそ10℃から20℃ほど高くなる傾向があります。

シーケンサ（PLC）などの制御機器は高機能化の一途をたどっており、もはやコンピュータと同じで熱には強くありません。また、ブレーカーなどは、定格電流の設定では周辺温度が40℃を想定していますので、規格を超える高温環境下では誤作動を起こしてしまう可能性があります。

温度環境による故障・誤作動事例

温度による影響を受けやすい条件として、下記のような事例が上げられます。

事例１：直射日光が当たる場所に設置

太陽の熱により内部の温度が上昇し、内部機器が誤作動

事例２：工場内の高温になる場所に設置

樹脂製のキャビネットが高温により変形

事例３：大型冷凍庫の内部に設置

樹脂製のキャビネットが低温により割れる

このようにキャビネットを取り巻く環境によりさまざまなリスクがありますので、使用環境に合わせて適切な温度管理を行うことが重要になります。

キャビネットの熱計算の方法

キャビネット内の熱計算は下記のフローで行います。

発熱量の把握

発熱量の高い部品を中心に仕様書で発熱量を確認し合算します。仕様変更やオプション展開を踏まえ、発熱増加量を想定し算出するとよいでしょう。

設置条件の把握

熱放散を計算するため、キャビネットの表面積や周辺の状態などを確認します。筐体の有効面積の計算としては、IEC規格などで定められているため参考にすると良いでしょう。（IEC/TR 60 890）

必要な冷却能力の算出

発熱量から熱放散を引いて、キャビネットの温度管理に必要な冷却能力を算出します。

温度管理機器の選定

条件にあった冷却機器を選定します。機器の使用環境や設置場所を加味して選定を行う必要があります。例えば周辺温度が低く自然放熱で冷却できるか、外気は清潔でキャビネット内に取り込んでも問題ないか、周辺温度が高く水冷など熱交換器が必要か、など機器の選定において考慮すべきことは多くあります。

キャビネットの熱対策

機器の発熱・周辺の環境によりキャビネット内部の温度上昇が予測される場合には、キャビネットの熱対策を取ることが必要になります。ここでは、キャビネットの熱対策としてどのようなものがあるのかを具体的にご紹介します。

遮熱盤（遮光板）

屋外に設置されるキャビネットにおいて直射日光による温度上昇が予想される場合、キャビネット上部や側面に遮熱板（遮光板）を設置します。これにより太陽からの熱が直接キャビネットに伝わるのを防ぎます。

ルーバー・ガラリ（自然換気）

自然対流（温まった空気の上部への移動）を利用して盤内を換気することで、キャビネット内部の熱を外に排出します。周辺温度は高くなく、内部機器の発熱による温度上昇の対策を行いたい場合に使います。外気の入口と排気口が必要です。環境に応じてフィルターマットを併用するなどして、防塵対策します。

ファン（強制換気）

ファン（換気扇）を設置することにより、キャビネット内部の熱を外に排出します。周辺温度は高くなく、内部機器の発熱による温度上昇の対策をより能動的に行いたい場合に使います。自然換気の場合の入口もしくは排気口をファンに変更し、強制的に換気します。このとき、吸気口、排気口の近くに障害物がないように配置する必要があります。

キャビネット側面に設置するタイプと、キャビネットの天井に設置するルーフタイプのものなどがあります。環境に応じてフィルターマットを併用するなどして、防塵対策します。