Комфортные условия жизни современного человека обеспечиваются горячим водоснабжением. В городах оно обеспечивается централизованно коммунальными предприятиями. Жителям сельской местности, владельцам дач и частных домов часто приходится решать эту проблему самостоятельно. Для них промышленность выпускает множество конструкций водонагревательных агрегатов, различающихся по дизайну, производительности и условиям эксплуатации.
Большинство из них носит название "бойлер". Под этим термином принято понимать котлы с теплоносителем, нагреваемым изнутри или снаружи конструкции. Электрические бойлеры или накопительные водонагреватели - это устройства, используемые для кипячения воды. Альтернативой накопительному водонагревателю является проточный водонагреватель. Механизм работы этих двух типов оборудования различен. В бойлерах холодная вода набирается в бак и непрерывно нагревается. Температура воды поддерживается в соответствии с настройками термостата. В проточных водонагревателях вода, проходящая через устройство, нагревается непрерывно. Нагреватель работает только тогда, когда вода проходит через него. Бойлеры косвенного нагрева работают от источника тепла, расположенного снаружи корпуса, а тепло передается теплоносителю, циркулирующему в змеевиках внутри корпуса. Эти модели требуют постоянного сжигания топлива. Котлы прямого действия используют внутренний источник тепла. Для бытового использования широко применяются электрические модели, работающие по обоим принципам: резистивный нагрев с помощью нагревательных элементов; В обоих случаях управление работой котла и его подключение к электрической энергии происходит по одной и той же схеме: протекание тока через нагревательный элемент для нагрева и прекращение протекания тока для охлаждения. Особенности конструкции электрического котла.
Закрытая внутренняя часть котла с теплоносителем - вода циркулирует по трубопроводу через гидравлические линии и радиаторы, расположенные в помещении, оснащенные электрической схемой, в том числе Водонагреватели - обычно функционируют как обычные резистивные нагревательные элементы; Термометры теплоносителя - специально разработанные датчики, показания которых обрабатываются логическими схемами для включения или выключения нагревательного элемента; Биполярные или однополюсные переключающие устройства - температурные выключатели; Защитные термопредохранители; Производители электроизмерительных и коммутационных приборов выпускают готовые комплекты. Эти комплекты содержат датчики измерения температуры, коммутационные устройства и логические блоки, которые соединяют между собой и регулируют температуру теплоносителя. Их часто называют термостатами или терморегуляторами. Датчик температуры устанавливается внутри корпуса котла, а блок управления и токовые переключающие контакты - снаружи. Термостаты могут быть аналоговыми или микропроцессорными. Последняя конструкция имеет следующие преимущества: Высокая степень регулируемости; Простые в использовании настройки заданных значений Удобный интерфейс. В качестве примера можно привести электронный регулятор температуры модели TK-5 с микроконтроллером, дисплеем и двумя датчиками температуры, установленными на входе и выходе теплоносителя в котле. Он способен учитывать колебания температуры в пределах 0-120°C с погрешностью 0,5°C, что вполне достаточно для бытового использования. Этого более чем достаточно. Контакты питания терморегулятора ТК-5 способны коммутировать номинальный ток в 6 ампер. Если нагревательные элементы создают большую нагрузку, необходима модернизация схемы подключения котла к электрической сети - повторение работы выходной цепи терморегулятора с более высокими выходными контактами путем включения дополнительного магнитного пускателя.
В некоторых старых моделях бойлеров переключение напряжения на нагревательный элемент может осуществляться биметаллическим регулятором механической конструкции. Типы, оборудование и способы подключения водонагревателей Оборудование и соединения для накопительных водонагревателей Оборудование и соединения для водонагревателей с кипящим слоем Электронагреватели, нагревательные элементы, типы, конструкция, подключение и испытания. Способ подключения бойлера через розетку. Как правило, для такого типа подключения изготавливаются промышленные модели небольшой мощности до 1,5-2 киловатт. Такой способ гарантирует безопасную эксплуатацию в течение длительного времени: В результате длительной эксплуатации техническое состояние котла меняется; Правильный выбор конструкции розетки в соответствии с мощностью нагрузки; Необходимо учитывать состояние электрической цепи, обеспечиваемой распределительным щитом; Использование защитных устройств для предотвращения аварий в цепи. Особенности подключения котлов к электрической сети через розетки Силовые контакты розеточного коммутационного аппарата рассчитаны на конкретные виды нагрузки, например, 6, 10 или 16 ампер. Их значения указаны на корпусе. Если номинальная мощность розетки низкая, может произойти перегрев и повреждение контактов. Поэтому котлы нельзя подключать к неподходящим розеткам. Еще одним условием безопасной работы таких цепей является наличие автоматических выключателей, способных разорвать цепь питания нагревательного элемента под нагрузкой. Контакты розетки и вилки не предназначены для гашения дуги в этом случае.
Состояние электропроводки. Сетевые провода, соединяющие розетки котла и плоские панели, должны выдерживать полную нагрузку нагревательного элемента. Они не должны перегреваться. Следует обратить внимание на их материал и толщину. ТЭНы нельзя подключать к алюминиевым кабельным розеткам и медным проводам тоньше 2,5 мм кв. Лучше всего использовать сечения 4 или 6 квадратов. Необходимо произвести предварительные расчеты и проанализировать установку на предмет теплоотдачи. Защитное оборудование. Котлы рассчитаны на работу при номинальных характеристиках электрической сети, с учетом случайных сбоев в электрической сети. Для предотвращения аварий в конструкцию включены следующие защитные устройства Повышение давления внутри бака; Если производитель оборудования не предусмотрел такое защитное устройство во внутренней конструкции, установите его на плоскую доску. Аварийный режим из-за избыточного давления внутри бойлера. Это связано с тем, что возникающее при этом давление может привести к разрыву корпуса. Такая ситуация может возникнуть в следующих случаях Если контакты блока питания заклинило и они не могут прервать ток, проходящий через нагревательный элемент по команде датчика температуры через блок управления; неисправность датчика температуры, логического блока или схемы управления. Для предотвращения подобных явлений используется вторая ступень защиты, которая устанавливается на заданное значение температуры, превышающее рабочий режим. Это значение выбирается близким к температуре кипения и замыкается другим резервным контактом. Такой автоматический выключатель называется тепловым предохранителем. Использование отдельного датчика температуры для теплового предохранителя или независимой механической конструкции, работающей по принципу биметаллического расцепителя, повышает надежность всей системы. Аварийный режим из-за тока утечки Если металлический корпус котла, изоляция нагревательного элемента или соединительные кабели повреждены внутри корпуса, они могут стать фазовыми потенциалами. Это является прямой предпосылкой для возникновения электрической аварии. Устранить эту проблему можно с помощью УЗО, встроенного в электрическую цепь. Некоторые модели промышленных котлов имеют встроенные автоматические выключатели, другие - нет. Для правильной работы УЗО соединение между корпусом котла и главной шиной заземления должно быть снабжено защитным проводником PE. Короткие замыкания во внутренних контурах Автоматические выключатели предназначены для отключения цепей от коротких замыканий. Схема подключения котла с кабелем к плоской панели Это самый распространенный вариант, так как мощность котла обычно подбирается таким образом, чтобы она составляла 2 киловатта и более. Здесь, как и в предыдущем случае, должны быть соблюдены все рекомендации по надежному подключению. От плоской панели к котлу должен быть проложен отдельный кабель. Этот кабель должен надежно выдерживать текущий ток нагрузки. Защитите бойлер автоматическим выключателем и выключателем замыкания на землю или парой автоматических выключателей. Ремонт нагревательных элементов в водонагревателях: Причины перегорания нагревательных элементов в водонагревателях и способы их замены. Схема подключения котла на пределе выделенной мощности Любая электропроводка проектируется и монтируется под определенные нагрузки. Их выделяет электроснабжающая организация. В современных квартирах владельцы жилых помещений имеют большое количество приборов. Они легко могут превысить выделенные пределы мощности. Такая эксплуатация домовой проводки опасна. Чтобы этого не произошло, мощные потребители электроэнергии необходимо отключать при значительных нагрузках. Поскольку нагревательные элементы бойлера регулярно включаются для нагрева воды и их температура снижается не сразу, их нагрев часто прерывается, чтобы дать возможность работать другим приборам - холодильникам, стиральным и посудомоечным машинам. Для этого используются электронные устройства со следующими функциями: Измеряют текущую потребляемую мощность сети; сравнивают его значение с заданным и выявляют моменты значительной перегрузки; и отключают выбранные потребители в соответствии с заданным алгоритмом; автоматически возобновляют подачу электроэнергии на отключенное оборудование при восстановлении нормальных условий работы. Промышленное распределение В качестве такого устройства может быть использован заводской ограничитель мощности ОМ-110. Избежать частых отключений сети из-за перегрузок автоматических выключателей и установить нормальный режим энергопотребления для всего подключенного электрооборудования. Ограничитель мощности OM-110 рассчитан на работу при максимальной нагрузке: 2 кВт рассчитан на работу при нагрузке; Подключение проводов для работы в последнем случае осуществляется следующим образом. Для работы с нагрузками до 20 кВА при подключении один из питающих проводов пропускается через корпус, в котором установлен внутренний трансформатор тока. Конструктивная схема самодельного устройства ограничения мощности, сделанного своими руками. Такую конструкцию может реализовать любой радиолюбитель. В ней фазный и нулевой проводники идут напрямую от электросчетчика в квартиры и ответвляются к котлу. Фаза передается на первичную обмотку измерительного трансформатора из 1,5 витков провода, выдерживающего нагрузку до 30 ампер. Контакты тиристора VS1 и ручного переключателя SA1, диодного моста VD3÷6 и соединительных проводов подобраны на одинаковое значение. Таким образом, в схеме создается запас мощности, позволяющий нормально работать при различных условиях. Измерительный трансформатор может быть намотан на любом железе. Первичная обмотка выполняется одним проводом или несколькими параллельными цепочками, а вторичная наматывается на монолитном сердечнике около 1,5 000 витков. Обмотки отделены друг от друга и от магнитопровода картонным диэлектриком или стеклотекстолитовой прокладкой. Диод VD1 подключен после вторичной обмотки для зарядки электролитического конденсатора C1 в импульсном режиме. Схема настроена на получение напряжения 45 вольт при протекании через конденсатор тока первичной обмотки 30 А. Это напряжение поступает на базу блока управления транзистора VT1 через ограничитель тока, регулятор, шунтирующие резисторы R1, R2 и R3 и индикаторный светодиод HL1. Регулируемым потенциометром R2 устанавливают ток, вызывающий напряжение пробоя стабилитрона VD2 (с учетом светодиодов). В этот момент транзистор VT1 открывается, и управляющий электрод силового тиристора VS1 шунтируется к отрицательной стороне цепи, которая до этого была разделена падением напряжения на резисторе R4. В этом случае тиристор закрывается, прекращая подачу тока в котел. Время включения тиристора не превышает 10 мс, что в два раза быстрее, чем у обычных механических реле. Ток поступает на светодиод HL1, указывая на срабатывание тиристора и прекращение нагрева котла. Светодиод HL2 указывает, что нагревательный элемент котла находится под напряжением во время работы. В цепях неисправности загорается один из светодиодов. То, что они одновременно выключены или включены, является явным признаком неисправности. Цепь ограничения мощности должна быть отключена. Поэтому в нормальном режиме котел переключается на работу от синусоидальной сети переменного тока с помощью переключателя SA1. Особенностью данной конструкции является преобразование переменного напряжения в постоянное с помощью диодного моста, который предназначен для подачи электроэнергии только на резистивные нагрузки. Поэтому такая схема подключения котла не может быть использована для работы асинхронных двигателей или другого оборудования, требующего чистых синусоидальных колебаний. Колебания тока влияют даже на лампы накаливания, что частично сокращает срок их службы. С этой схемой правильно работают только электрические чайники, утюги и камины с подогревом. Если в конструкции котла вместо биметаллического используется электронный терморегулятор, на него должно подаваться напряжение, соответствующее заводскому режиму работы.
