NEMA Electronics Boxes are Stable: Don’t Worry
I believe for my entire life I have been a little bit grace-challenged. Ironically, most of the time I do better when I wear heels compared to flats, rubber shoes, or tennis shoes. Which is for me, this comes at a good advantage because I am only 5’1” and I need the additional inch lift from heels. I feel like I am like Sandra Bullock where she portrayed the character of tom-boy cop who goes undercover as a beauty queen.
As she walks into the movie, she just woosh her way in wearing her elegant, sassy dress paired with stilettos heels – and she accidentally just falls flat on her face. You read that right. And when I think about it, I came up with the realization that it is all about being stabilized. Protecting myself from the crushing pain from a fall. It is either I need an equipment or a tool to help me stand tall and upright (even if that means planting my feet in a dancer’s position) or I have to keep my momentum moving so that I will not fall.
The plastic enclosures also come with good stabilization process. The material which it was made has an added UV stabilizer to be able to protect the enclosure from the degrading effects of UV light. This is somewhat similar to applying the right amount of sunscreen for you to be able to protect your skin from the harsh sunlight. With this in mind the plastic manufacturers also add UV stabilizers for their plastic material – called benzophenones – in the raw plastic material before it was injected in molding the product.
The additional additives in the plastic material works by absorbing the radiation coming from the light and it slowly disperses the absorbed energy as low-level heat. This helps the plastic material to keep from the free-radicals to be formed in the material.
Therefore, when it comes to stabilizing the electronics enclosure, the UV stabilization is crucial because it helps your NEMA enclosure from having material degradation while it is being used in engineering projects. Especially if it is installed in harsh environments. There are enclosure companies that offers plastic materials that comes with UV protection, and these enclosures are stabilized for outdoor use.
The company only needs to contact the enclosure manufacturing company to inquire of their plastic enclosures if it comes with UV protection. It is always recommended to make sure that this is the case. It is hard just to speculate things when the products are seen on the internet. With today’s weather status, it is recommended for plastic enclosure to have UV protection to avoid early material degradation. It will cost a lot more for the company if they have to quickly replace the enclosures they bought because the plastic material is starting to degrade.
The Reason Why NEMA Electronic Cases Don’t Degrade
During summer in Cleveland, it is a smack dab in the middle of the unimaginable humidity including the sweltering high temperatures and balm nights. If you decided to go and step outside, you will start dripping in unimaginable sweat. Because of the increase in humid and one can not really tell if they are just sweating or it is just because there is too much liquid collected from the air. One can say that they really hate bitter cold winters, but I will still choose it over any day rather than suffer in heat and humidity.
This is why when it come to electronics enclosure, the NEMA 4 and NEMA 4X rated ones seems to be so cool when it comes to this kind of weather. They are made to endure and withstand the heat because they are designed and engineered using a flame-retardant polycarbonate material. Together with a UL94-HB flame-rating, this enclosure becomes UV stabilized. The impact this material can resist and withstand in terms of temperature ranges from -40 Celsiums to +120 Celsius.
Even of the enclosure cases are not situated or installed in an area that gets water, the present moisture in air can still damage the electronics. The gasket which is provided with the NEMA rated electronics enclosure can help in protecting the internal electronics from that type of moisture. In addition to this, the housings also come with standard and stainless steel enclosure screws.
For the WP NEMA enclosures, WC NEMA and WA series NEMA enclosures – they are all made, designed, and engineered in line with IP65 of IEC 529 and NEMA 1, 2, 4, 4x, 12 and 13 specifications. The electronics enclosure is also listed to have the specifications of UL.508-4x
Some enclosure manufacturing companies can also give NEMA specific mounting boss screws. The 6mm screws can be utilized to effectively secure the PCB unto any of the internal mounting bosses that are carefully molded into the enclosure.
Different Types of Enclosure Seals and Gaskets
Gaskets are necessary enclosure accessory to help seal the electrical enclosures according to the set of standards published by National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA). The gaskets can be used from ratings 1 to 12. Some of the most popular ratings for indoor enclosures are 12 and 13. The common enclosures for outdoor application are 3, 4, 4x, 6, and 6P.
The electrical enclosure standards are very crucial because they have direct effect on safety and protection. It can also help the customer choose and obtain the right product for their company or business needs.
With this in mind, the good gasket design in an enclosure is very crucial for the engineer to make a very good seal and it is as important as the gasketing material itself. The design will bring a good impact on the functionality, aesthetics, and the overall performance.
Some of the common gasket types are:
Stripping – these gaskets are being supplied in rolls with a material slit to be able to determine the width that can be cut or separated in length by using the assembler. The low scrap-rate makes the stripping of the gasket cost-efficient. Despite of this, the corner seams of the material roll may make the system more susceptible to wear and leakage. This will only happen if the gasket is not properly designed or even assembled.
Die-cut – Once the material is cut using a steel-rule die, water-jet, or laser, the die cutting process helps in eliminating the corner seams of the material roll. Die-cut gaskets are very popular and common once the complexity of the design does not allow for the stripping or if the overall size of the gasket will not bring in larger center scrap. This can be lessened by designing a “fold-out” gasket.
Form-In Place – when it comes to dispensing the component, an elastomer is applied in liquid form and it is directly applied on the enclosure. The elastomer liquid then forms into a foam and it cures at room temperature. The form in place is usually is cheap to apply and it yields the most benefits once the gasket design becomes very complexed. Or else it will result to an important yield loss without the die-cut shape.Bulb Extrusions – this process can be tailor-fitted or designed specifically for abrasion and/or possible environmental resistance by utilizing very durable and high quality elastomers. The hollow center gives provision and allowance for compressibility as the material can be naturally firm or steady. The skinned surface of the gasket on all sides combined with high density minimizes and decreases any possible water ingress on the enclosure.
Designing Enclosures that can Give Protection Against Water and Object Ingress
In this article, I want to share with you the knowledge that I have in designing and creating enclosures that should be able to withstand some of the extreme, harsh, and worse environmental hazards. This discussion would eventually bring us to the issue between NEMA and IP rating standards. Because these two standards most of the time brings confusion about how they work. With this in mind, this article is meant to somehow clear the air of confusion surrounding this subject. In order to make this more simpler, I will only use NEMA ratings for the majority of specifications but there are IP counterparts for the NEMA ratings I will mention. To make this article relatable.
As the writer of this article, I would like to make it to a point that I emphasized the importance of the designers’ consideration of what they are trying to get in designing enclosure. Design engineers should make sure that their agendas in designing the enclosure should be clear. Are they trying to achieve environmental protection the enclosure can give? Or are they trying to comply with the formal standards and requirement of NEMA for electrical enclosures? The latter might have been greatly influenced by the owner of the company or the manager of operations.
With this in mind, the enclosures should be made sure that these will really deliver what they are designed for. There are several variables a design engineer should consider in choosing the right type of enclosure they should have for their company. There are basic enclosures that give basic protection from any type of solid object ingress. A higher NEMA rating might mean that this enclosure will give higher protection. Unlike the IP ratings, NEMA rating will give the protection it can give aside from the water or solid object ingress.
The main difference between IP and NEMA, the latter gives the level of protection it gives for corrosion protection. For the enclosures that will be installed in very harsh environments, it is important that one of the basic needs for enclosure property is its capability to withstand corrosion. There will be also times that the enclosure will be partly or totally submerged in water so any NEMA rating of 6 will be helpful, so type 6 and 6p are considered as waterproof box, and the weatherproof cabinet is NEMA 4X enclosure.
With this in mind, NEMA enclosures types are primarily set to promote certain standardized product specifications for electrical devices. NEMA is designed to have specifications on how the enclosure should perform given the certain type of environment it will be exposed to. For the harsh environment, it is recommended that type 6 will be used. Aside from these features, NEMA ratings are designed to:
1. Protecting personnel from hazardous internal parts Give protection for personnel that might be exposed to hazardous internal parts and;
2. to protect the enclosure against damage from harsh environmental hazards.
How System Integrator Delivers Value in Today’s Technology
The one great function of system integrators is they are in the industry to help companies solve automation problems. This happens by integrators giving the time, talent, and technology that is crucial to convert a plan into a completed company project. Once a manufacturing plant is prepared to make its operations bigger, the production systems should also upgrade its processes. However, the main question that should be answered is where in the part of the expansion a system integrator can help?
To help companies answer this question, the Control System Integrators Association (CSIA) a body formed for independent, professional service providers that utilize hardware, software, and communications products are ready to give the clients within a specific industry the best options for systems integration. This includes control and information systems. With this in mind, this body dictates that the system integrators create design and implements complicated systems for the end users of the process in different industries. Such as manufacturing, process plants, and other industrial facilities.
The Siemens Digital Factory is popular with their engineering capabilities and information technologies that helps businesses automate their manufacturing processes. This covers all types of businesses from the plant floor to the corporation and enterprise level. The automation processes enable the company owners and manufacturers have cost-efficient ways and practical energy use. In return, this helps in the increase in production while decreasing the harmful effects on the environment.
There are articles that discusses about different system integrators. There is one case study that involves water and wastewater treatment plants. In this study, there is PLC involved. The project involves the replacement of the PLCs or programmable logic controllers. There is also converting protocols, upgrading supervisory control and data acquisition (SCADA) system both hardware and software. The second case involves PLC consolidation and the upgrade of SCADA software. With this in mind, both projects are really successful.
The another case study shows how the users of the systems such as: insurance companies, system manufacturers, different government offices. These companies and offices can identify their need for a process safety system. This system should be designed, operated, and well maintained over its life cycle. In the article, they list the set of key codes and different standards that are very well applicable to the different process of other industries and they give different perspectives about the fulfillment of legacy systems.
IP65 Electrical Enclosures Defined
For companies that want electrical enclosures that will protect their equipment from harsh environments and from protecting equipment from water ingress, their best bet would be IP65-rated enclosures. This type of enclosure is carefully designed to endure and withstand harsh yet demanding environments outdoors. They can protect sensitive electrical equipment and components even the careful wiring of any equipment from any type of ingress present in any environment. IP65 can give full protection from any type or ingress and totally dust proof.
It is important to note that the NEMA ratings are totally different from IP rated enclosures. You can read more on their respective websites about the major difference between each rating.
Different IP65 applications
IP65 are versatile because of their great protective features against any type of ingress. These are also durable because it is designed to withstand tough environments. Below are the most common areas of applications where IP65 are commonly used:
- Outdoor Environments – This is the most common place where IP65 is usually used. Because this environment can have a lot of potential hazards and it can jeopardize any electrical equipment.
- Factories and Warehouses – The common industry where factories need IP65 electrical enclosures are manufacturing companies. This is where chemicals, dirt, dust, and debris are most likely to exist. IP65 can help companies protect their delicate equipment to prevent damages and potential delays in their processes.
- Agricultural Facilities – Electrical equipment are also being used on agricultural and poultry farms because it helps businesses to optimize their processes. In greenhouses, for example, IP65 is being used to protect components from any potential danger because of exposure to dirt, dust, or water.
- Garages and Automotive Shops – The particles existing in this environment produced by car paints, oil and welding processes can harm and jeopardize certain electrical equipment. It is important to protect important equipment in these environments from any potential ingress.
- Boats and Marine Environments – Most of the time, it is not recommended to use electronics in the wet and moist environment because it can damage equipment. IP65 is one of the best enclosure to protect electrical equipment from any potential water ingress.
- Washdown and Sanitary Areas – Because this environment where water is present can bring corrosion to any equipment, it is important that the enclosure that will be used can protect equipment from corrosion and any potential damage.
Where does the IP65 is usually used?
IP65 is used in protecting delicate and complicated machinery. Usually, it is used to protect biomethane analyzers that give high-accuracy readings and information about the levels of methane and oxygen to outdoor security services. These type of machinery need protection from potential dust and water ingress. Also, security cameras need IP65 because it is used outdoors and they can also tamper with water that may hinder their performance. In addition to this, one of the common applications of IP65 enclosures are in protecting external temperature sensors and other types of sensors, this also includes humidity and barometric pressure. IP65 is equivalent to NEMA 4x enclosures. They both give the same level of protection against ingress of water and solid objects, however, NEMA is a standard which has criteria for corrosion resistance characteristic, but not for IP standard.
รู้เรื่อง NEMA Rating และ IP Rating
NEMA STANDARD and IP STANDARD
สวัสดีครับ ผมภูผา เก่งกล้า ผมจะมาให้ข้อมูลของกล่องจ่ายไฟฟ้านิระภัย
กล่องจ่ายไฟฟ้านิระภัย หรือ ในโซน อเมริกา เรียกว่า NEMA rating Box หรือ NEMA rating enclosure ซึ่งแตกต่างจาก ทางโซนยุโรปซึ่งใช้ อีกระบบมาตรฐาน เรียกว่า IP standard rating ซึ่งได้ชื่อเรียกกล่องว่า IP rating Box หรือ IP rating Enclosure นั่นเองครับ
ในประเทศไทยของเราก็นิยมใช้ ระบบ IP มากกว่า NEMA เรามาดูกันเลยดีกว่า ว่า ทั้งสองระบบใช้เกณฑ์อะไรบ้างในการจำแนก ระดับของ กล่อง เริ่มจาก NEMA standard กันก่อนเลยนะครับ
NEMA Standard Ratings
ทางด้านโซนทวีป อเมริกา ได้จำแนกระดับของกล่องออกเป็น 12 ระดับด้วยกัน คือ NEMA 1-10,12 และ 13 โดย ข้าม NEMA 11 ไปเลยครับ ในแต่ละระดับก็จะมีระดับย่อยๆอีกทีหนึ่งเพื่อบ่งบอกถึงลักษณะพิเศษของแต่ละตัว
การแบ่งระดับของ NEMA standard นั้นได้แบ่งตามความสามารถในการป้องกันสิ่งต่างๆที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่ออุปกรณ์ภายในกล่อง เช่น
-
- น้ำ
- วัตถุแข็ง
- สนิม
- ความเย็นจากน้ำแข็ง
- แรงระเบิด
- และอื่นๆ
น้ำ (ingress of water)
การป้องกันการเข้าถึงของน้ำก็แบ่งได้หลายระดับเลยทีเดียวครับ เช่น ฝน, หิมะตก, หิมะบนพื้น, การจมน้ำได้ หรือไม่ได้, จมได้ลึกเท่าไหร่ นานเท่าไหร่ ครับ
วัตถุแข็ง (Solid Objects)
การป้องกันจากวัตถุแข็งก็แบ่งออกเป็นหลายระดับเช่นกัน เช่น จากคนนี่แหละครับ การจับต้องจากมือหรืออุปกรณ์ต่างๆไปกระแทก, ผงฝุ่นที่อาจจะลอยเข้าไปได้, ดินที่ตกลงมา. การป้องกันจากวัตถุแข็งจะเรียงตามขนาดครับ ยิ่งกันขนาดได้เล็กเท่าไหร่ ยิ่งมีระดับมากเท่านั้น เรียกได้ว่ายิ่งเล็กยิ่งดีเลยทีเดียว ดังนั้น กล่องที่ดีจะสามารถกันฝุ่นละอองไม่ให้เข้าไปไปภายในกล่องได้ครับ
สนิม (Corrosion Resistance)
ความสามารถในการป้องกันสนิมนั้นจะขึ้นอยู่กับวัสดุที่เลือกใช้ในการสร้างกล่องไฟฟ้านั้นๆ วัสดุทั่วไปที่ใช้ก็เช่น Carbon steel, Aluminum, Plastic และ Stainless steel โดย Carbon steel enclosure นั้นไม่มีคุณสมบัติในการป้องกันสนิม แต่ Aluminum และ Stainless steel มีคุณสมบัติในการป้องกันสนิม พลาสติกนั้นเป็นอีกวัสดุหนึ่งที่คนเลือกใช้กันอย่างหลากหลายเช่นกัน แต่ต้องเลือกให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เราจะใช้กล่องนั้นๆ
แรงระเบิด( Type 7 and 10 enclosures are designed to contain an internal explosion without causing an external hazard)
แรงระเบิดไม่สามารถทำอันตรายอุปกรณ์ภายในได้ จะเป็นอีกระดับของการป้องกัน จะจัดอยู่ใน NEMA rating type 7 – 10 ครับ
ผมจะยกตัวอย่างที่เป็นกล่องที่คนให้ความสนใจโดยทั่วไปตามท้องตลาด ก็คือ NEMA tpye 3R, 4, 4X, 6 และ 6P นะครับ
NEMA type 3R
การป้องการการเข้าถึงจาก ของเหลว
จะให้ระดับการป้องกันน้ำโดยป้องกัน การเข้าถึงของ ฝน, หิมะที่ตกอยู่บนกล่องไม่สามารถทำอันตราย อุปกรณภายในได้
การป้องกันการเข้าถึงจาก ของแข็ง
ให้การป้องกันจาก เศษดินที่ตกลงมา และ การเข้าถึงของบุคคลที่เราไม่ต้องการให้เข้าถึง
NEMA type 4
การป้องกันการเข้าถึงจาก ของเหลว
กล่อง NEMA 4 นั้นจะให้การป้องกันที่ดีกว่า NEMA 3R โดยเพิ่มเรื่องของการป้องกัน การเป็นอันตรายจาก น้ำฝน, การฉีดน้ำตรงๆไปที่กล่อง และ การฉีดน้ำแบบกระจายไปที่กล่อง
การป้องกันการเข้าถึงจาก ของแข็ง
NEMA 4 จะให้ระดับการป้องกัน ของแข็ง ได้ดีกว่า type 3R อยู่พอสมควร ระดับการป้องกันที่สูงขึ้นจะสามารถป้องกัน วัตถุที่มีขนาดเล็กลงได้ดีขึ้น
Type 4 นี้จะให้การป้องกัน จาก เศษดิน ที่ตกลงมา และ เศษฝุ่นละออง ที่ปลิวอยู่รอบๆกล่องอีกด้วย
กล่องใส่อุปกรณ์ไฟฟ้า NEMA 4 Enclosure จึงสามารถวางไว้ในพื้นที่ภายนอกอาคาร หรือ กลางแจ้งได้ครับ
NEMA Type 4X
หลายๆคนอาจมีข้อสงสัย ว่า NEMA 4 ต่างจาก NEMA 4X อย่างไร
ระดับการป้องกันจาก “ของแข็ง” และ “ของเหลว” นั้นแทบไม่ได้ต่างกันเลยครับ แต่ที่ต่างคือ NEMA 4X นั้น ป้องกันสนิมครับ หรือ provide corrosion resistance นั่นเองครับ เนื่องจากวัสดุที่นำมาทำ กล่องนี้ เป็น Stainless steel ซะส่วนใหญ่ครับ
มาต่อกันเลยครับกับการยกระดับอีกขั้นของการป้องกันจาก น้ำฝน หรือ การฉีดน้ำโดนกล่อง เป็นการที่เราสามารถนำกล่องไปอยู่ใต้น้ำได้
NEMA type 6
กล่อง NEMA 6 นั้นให้ระดับการป้องกันจากน้ำ โดยสามารถ นำไปจมลงในน้ำได้ แต่ ในระยะเวลาหนึ่งไม่ได้ถาวรครับ และ ต้องดูจากระดับความสูงของน้ำด้วย เพราะ มีผลต่อแรงดันครับ กล่อง NEMA 6 นั้นส่วนใหญ่ ทำมาจาก carbon steel ครับซึ่งนั้นแหละครับ สามารถเป็นสนิมได้ ดังนั้น จึงเป็นที่มาของ NEMA 6P enclosure ครับ
NEMA Type 6P
กล่อง NEMA 6P นั้นสามารถ จมนำ้ได้ลึกกว่า และ ยาวนานว่า กล่อง NEMA 6 ครับ
ส่วนอะไรเป็นมาตรฐาน หรือ มีการทดสอบอย่างไรผมจะเขียนในบทความต่อๆไปครับ
กล่อง 6P นั่นสามารถเปรียบเที่ยบได้กับ IP67 และ IP68 standard
ยิ่งไปกว่านั้น Type 6P Enclosure ยังให้การป้องกันสนิมอีกด้วยครับ (provide corrosion resistance) เราสามารถเรียก เจ้า 6P นี้ได้ว่า nema 6p waterproof enclosure ได้เลยครับ
** ข้อมูลทั้งหมด สามารถอ่านได้จาก เว็ปไซต์ของ NEMA https://www.nema.org/Products/Documents/nema-enclosure-types.pdf เอง