Последовательное и параллельное соединение тэнов

Расчет мощности ТЭНов

Оптимальным источником энергии, для нагрева испарительной емкости, является квартирная электрическая сеть, напряжением 220 В. Можно просто использовать для этих целей бытовую электроплиту. Но, при нагреве на электроплите, много энергии расходуется на бесполезный нагрев самой плиты, а также излучается во внешнюю среду, от нагревательного элемента, не совершая при этом, полезной работы. Эта, понапрасну затрачиваемая энергия, может достигать приличных значений — до 30-50 %, от общей затраченной мощности на нагрев куба. Поэтому использование обычных электроплит, является нерациональным с точки зрения экономии. Ведь за каждый лишний киловатт энергии, приходится платить. Наиболее эффективно использовать врезанные в испарительную емкость эл. ТЭНы. При таком исполнении, вся энергия расходуется только на нагрев куба + излучение от его стенок вовне. Стенки куба, для уменьшения тепловых потерь, необходимо теплоизолировать. Ведь затраты на излучение тепла, от стенок самого куба могут так же, составлять до 20 и более процентов, от всей затрачиваемой мощности, в зависимости от его размеров. Для использования в качестве нагревательных элементов врезанных в емкость, вполне подходят ТЭНы, от бытовых эл.чайников, или другие подходящие по размерам. Мощность таких ТЭНов, бывает разная. Наиболее часто применяются ТЭНы с выбитой на корпусе мощностью 1.0 кВт и 1.25 кВт. Но есть и другие.

Поэтому мощность 1-го ТЭНа, может не соответствовать по параметрам, для нагрева куба и быть больше или меньше. В таких случаях, для получения необходимой мощности нагрева, можно использовать несколько ТЭНов, соединенных последовательно или последовательно-параллельно. Коммутируя различные комбинации соединения ТЭНов, переключателем от бытовой эл. плиты, можно получать различную мощность. Например имея восемь врезанных ТЭНов, по 1.25 кВт каждый, в зависимости от комбинации включения, можно получить следующую мощность.

1. 625 Вт
2. 933 Вт
3. 1,25 кВт
4. 1,6 кВт
5. 1,8 кВт
6. 2,5 кВт

Такого диапазона вполне хватит для регулировки и поддержания нужной температуры при перегонке и ректификации. Но можно получить и иную мощность, добавив количество режимов переключения и используя различные комбинации включения.

Последовательное соединение 2-х ТЭНов по 1.25 кВт и подключение их к сети 220В, в сумме дает 625 Вт. Параллельное соединение, в сумме дает 2.5 кВт.

Рассчитать можно по следующей формуле.

Мы знаем напряжение, действующее в сети, это 220В. Далее мы так же знаем мощность ТЭН, выбитую на его поверхности допустим это 1,25 кВт, значит, нам нужно узнать силу тока, протекающую в этой цепи. Силу тока, зная напряжение и мощность, узнаем из следующей формулы.

Сила тока = мощность, деленная на напряжение в сети.

Записывается она так: I = P / U.

Где I — сила тока в амперах.

P — мощность в ваттах.

U — напряжение в вольтах.

При подсчете нужно мощность, указанную на корпусе ТЭН в кВт, перевести в ватты.

1,25 кВт = 1250Вт. Подставляем известные значения в эту формулу и получаем силу тока.

I = 1250Вт / 220 = 5,681 А

Далее зная силу тока подсчитываем сопротивление ТЭНа, по следующей формуле.

R = U / I, где

R — сопротивление в Омах

U — напряжение в вольтах

I — сила тока в амперах

Подставляем известные значения в формулу и узнаем сопротивление 1 ТЭНа.

R = 220 / 5.681 = 38,725 Ом.

Далее подсчитываем общее сопротивление всех последовательно соединенных ТЭНов. Общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений, соединенных последовательно ТЭНов

Rобщ = R1+ R2 + R3 и т.д.

Таким образом, два последовательно соединенных ТЭНа, имеют сопротивление равное 77,45 Ом. Теперь нетрудно подсчитать мощность выделяемую этими двумя ТЭНами.

P = U 2 / R где,

P — мощность в ваттах

U 2 — напряжение в квадрате, в вольтах

R — общее сопротивление всех посл. соед. ТЭНов

P = 624,919 Вт, округляем до значения 625 Вт.

Далее при необходимости можно подсчитать мощность любого количества последовательно соединенных ТЭНов, или ориентироваться на таблицу.

Таблица 1.1. Значения для последовательного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Кол-во ТЭН	Мощность (Вт)	Сопротивление (Ом)	Сила тока (А)
1	1250	38,8	5,7
2	625	77,5	2,8
3	416	116,2	1,9
4	312	154,9	1,4
5	250	193,6	1,1
6	208	232,4	0,9
7	178	271	0,8
8	156	309,8	0,7

Таблица 1.2. Значения для параллельного соединения ТЭНов при напряжении 220В.

Кол-во ТЭН	Мощность (Вт)	Сопротивление (Ом)	Сила тока (А)
2	2500	19,4	11,4
3	3750	12,9	17
4	5000	9,7	22,7
5	6250	7,7	28,4
6	7500	6,5	34
7	8750	5,5	39,8
8	10000	4,8	45,5

Еще один немаловажный плюс, который дает последовательное соединение ТЭНов, это уменьшенный в несколько раз протекающий через них ток, и соответственно малый нагрев корпуса нагревательного элемента, тем самым не допускается пригорание браги во время перегонки и не привносит неприятного дополнительного вкуса и запаха в конечный продукт. Так же ресурс работы ТЭНов, при таком включении, будет практически вечным.

Расчеты выполнены для ТЭНов, мощностью 1.25 кВт. Для ТЭНов другой мощности, общую мощность нужно пересчитать согласно закона Ома, пользуясь выше приведенными формулами.

19 авг. 07 25 июня 21, 03:11

Рейтинг Поделиться ссылкой

Вы можете изменять любую статью на сайте, более того, ваше участие всячески приветствуется! Делитесь своими знания и опытом.

Устройство и схемы подключения ТЭН

05 Дек 2017г | Раздел: Электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Трубчатые электрические нагреватели (ТЭН) предназначены для преобразования электрической энергии в тепловую. Они применяются в качестве основы в нагревательных устройствах (приборах) промышленного и бытового назначения, осуществляющих нагрев различных сред путем конвекции, теплопроводности или излучения. Трубчатые нагреватели можно размещать непосредственно в нагреваемой среде, поэтому сфера их применения достаточно разнообразна: от утюгов и чайников до печей и реакторов.

1. Устройство ТЭН.

ТЭН представляет собой электрический нагревательный элемент, выполненный из тонкостенной металлической трубки (оболочки), материалом для которой служит медь, латунь, нержавеющая и углеродистая сталь. Внутри трубки расположена спираль из нихромовой проволоки, обладающая большим удельным электрическим сопротивлением. Концы спирали соединены с металлическими выводами, которыми нагреватель подключается к питающему напряжению.

От стенок трубки спираль изолирована спрессованным электроизоляционным наполнителем, который служит для отвода тепловой энергии от спирали и надежно фиксирует ее в центре трубки по всей длине. В качестве наполнителя используется плавленая окись магния, корунд или кварцевый песок. Для защиты наполнителя от проникновения влаги из окружающей среды торцы ТЭНа герметизируют термовлагостойким лаком.

Выводы нагревателя изолированы от стенок трубки и жестко зафиксированы керамическими изоляторами. Питающие провода подключаются к резьбовым концам выводов при помощи гаек и шайб.

Работает ТЭН следующим образом: при прохождении электрического тока по спирали она, нагреваясь, нагревает наполнитель и стенки трубки, через которые тепло излучается в окружающую среду.

При нагреве газообразных сред для увеличения теплоотдачи от ТЭНов применяют их оребрение, выполненное из материала с хорошей теплопроводностью. Как правило, для оребрения используют стальную гофрированную ленту, навитую по спирали на внешнюю оболочку ТЭНа.

Применение такого конструктивного решения способствует уменьшению габаритных размеров и токовой нагрузке нагревателя.

2. Схемы включения ТЭН в однофазную сеть.

Трубчатые электронагреватели рассчитаны на конкретное значение мощности и напряжения, поэтому для обеспечения номинального режима работы их подключают к питающей сети с соответствующим напряжением. Согласно ГОСТ 13268-88 нагреватели изготавливаются на номинальные напряжения: 12, 24, 36, 42, 48, 60, 127, 220, 380 В, однако наибольшее применение нашли ТЭНы рассчитанные на напряжение 127, 220 и 380 В.

Рассмотрим возможные варианты включения ТЭН в однофазную сеть.

2.1. Включение в розетку.

ТЭНы мощностью не более 1кВт (1000 Вт) можно смело включать в розетку через обычную штепсельную вилку, так как такой мощностью обладает основная масса электрических чайников и кипятильников, которыми мы разогреваем воду.

Через обычную вилку можно включить параллельно два ТЭН, но у обоих нагревателей мощность должна быть не более 1 кВт (1000 Вт), так как при параллельном соединении их общая мощность увеличивается до 2 кВт (2000 Вт). Таким образом, можно включить несколько нагревателей, но их общая мощность должна составлять не более 2 кВт, а для включения в розетку необходимо использовать более мощную вилку.

Бывает ситуация, когда дома завалялись несколько нагревателей, рассчитанных на рабочее напряжение 127 В, выкинуть их рука не поднимается, а в домашнюю сеть не включишь. В этом случае нагреватели включаются последовательно, что дает возможность подавать на них повышенное напряжение. При последовательном соединении двух нагревателей с напряжением 127 В их мощность остается прежней, а общее сопротивление увеличивается в два раза. Например, при включении двух нагревателей мощностью по 500 Вт их общая мощность составит 1000 Вт.

Однако в этой схеме есть один недостаток: если выйдет из строя любой из ТЭН, то работать не будут оба, так как разорвется электрическая цепь и прекратится подача питания.

Также надо помнить, что при последовательном соединении двух нагревателей с рабочим напряжением 220 В их общая мощность уменьшается в два раза, так как из-за увеличения общего сопротивления каждый нагреватель будет получать около 110 В вместо положенных 220 В.

2.2. Включение через автоматический выключатель.

Будет на много удобнее, если на ТЭНы подавать напряжение с помощью автоматического выключателя. Для этого необходимо в домовом щитке предусмотреть автомат, или же автомат установить непосредственно рядом с нагревательным устройством. Подача и отключение напряжения будет осуществляться включением/выключением автоматического выключателя.

Следующий вариант включения нагревателей осуществляется двухполюсным выключателем, что является наиболее предпочтительным, так как в этом случае фаза и ноль разрываются одновременно и ТЭН полностью отключается от общей схемы. Напряжение подается на верхние клеммы выключателя, а к нижним подключается нагреватель.

Если электрический нагреватель используется для нагрева воды и в доме проведено заземление, то для защиты от поражения электрическим током в случае пробоя изоляции нагревателя есть смысл установить УЗО или дифавтомат.

В этом случае заземляющий проводник соединяют с корпусом ТЭНа или подключают на специальный винт, закрепленный на корпусе емкости. Рядом с таким винтом изображают знак заземления. Рассмотрим схему с дифавтоматом:

Защита с дифавтоматом работает следующим образом: при пробое изоляции нагревателя на его корпусе появляется фаза, которая используя наименьшее сопротивление «пойдет» по заземляющему проводнику РЕ и создаст ток утечки. Если этот ток превысит уставку, то дифавтомат сработает и отключит подачу напряжения. Если в цепи произойдет короткое замыкание, то и в этом случае сработает дифавтомат и обесточит ТЭН.

При использовании УЗО между ним и нагревателем необходимо установить дополнительный однополюсный автомат, который в случае короткого замыкания отключит подачу напряжения на нагреватель и защитит УЗО от тока короткого замыкания. В случае пробоя изоляции УЗО отключит подачу напряжения.

2.3. Работа ТЭН в схемах регулирования температуры.

В схемах автоматического регулирования температуры питающее напряжение на электрические нагреватели подается через контакты пускателей, контакторов или термореле. В совокупности связка «нагреватель – термореле» или «нагреватель – термореле – контактор» представляет собой самый простой регулятор температуры, который может использоваться для поддержания температурного режима в помещениях или жидких средах. Контактор применяют в схеме для размножения контактов и для коммутации мощной нагрузки, на которую не рассчитаны контакты термореле.

Термореле может работать в режимах «Нагрев» или «Охлаждение», которые выбираются переключателем, расположенном на лицевой стороне реле. Работу ТЭН рассмотрим в режиме «Нагрев», так как именно этот режим используется наиболее часто.

Рассмотрим схему «нагреватель — термореле».

Питающее напряжение 220 В подается на входные клеммы двухполюсного автоматического выключателя. С выхода автомата напряжение поступает на клеммы питания термореле А1 и А2. Ноль соединяется с клеммой термореле А2 и левым выводом нагревателя.

Фаза соединяется с клеммой термореле А1 и перемычкой перебрасывается на левый вывод контакта К1 и постоянно присутствует на нем. Правый вывод контакта К1 соединен с правым выводом нагревателя. Датчик температуры подключается к клеммам Т1 и Т2.

В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше заданного значения, контакт реле К1 разомкнут и напряжение на ТЭН не поступает. Как только температура опустится ниже заданного значения, от датчика придет сигнал и реле даст команду на замыкание контакта К1. В этот момент фаза через замкнутый контакт К1 поступит на правый вывод нагревателя и нагреватель начнет нагреваться. При достижении заданной температуры от датчика опять придет сигнал и реле разомкнет контакт К1 и обесточит нагреватель.

Рассмотрим схему «нагреватель – термореле — контактор».

Питающее напряжение 220 В подается на входные клеммы двухполюсного автоматического выключателя. С выхода автомата напряжение поступает на клеммы питания термореле А1 и А2. Ноль соединяется с клеммой термореле А2, выводом А2 катушки контактора и нижним выводом нагревателя.

Фаза подается на клемму термореле А1 и перемычкой перебрасывается на левый вывод контакта К1, нижний силовой вывод контактора и постоянно присутствует на этих выводах. Правый вывод контакта К1 соединен с выводом А1 катушки контактора. Верхний силовой вывод контактора соединен с верхним выводом нагревателя. Датчик температуры подключается к клеммам Т1 и Т2.

В исходном состоянии, когда температура окружающей среды выше заданного значения, контакт реле К1 разомкнут и на ТЭН напряжение не поступает. При опускании температуры ниже заданного значения от датчика приходит сигнал и реле замыкает контакт К1, по которому фаза поступает на вывод А1 катушки контактора.

При появлении фазы на выводе А1 катушки срабатывает контактор, его силовые контакты замыкаются и фаза попадает на верхний вывод нагревателя и он начинает нагреваться. При достижении заданной температуры от датчика опять придет сигнал, реле разомкнет контакт К1 и обесточит контактор, который в свою очередь обесточит нагреватель.

Если возникли вопросы по контакторам, то Вы можете познакомиться с их устройством и работой, а также рассмотреть схемы подключения контакторов.

Вы также можете посмотреть ролик о нагревателях, где рассказывается и показывается работа каждой схемы.

На этом пока закончим, а во второй части рассмотрим схемы подключения ТЭН к трехфазной сети.
Удачи!

Параллельное и последовательное подключение ТЭНов

Каким способом лучше подключать электронагреватели: параллельным или последовательным?

Данная задача часто возникает в условиях, когда к одному источнику питания нужно подсоединить сразу несколько единиц нагревателя. Параллельным методом можно подключить неограниченное число нагревательных элементов, а вот последовательным в основном подключают лишь два нагревательных элемента. Создать надежное подключение электронагревателей последовательным методом задача довольно-таки непростая. При последовательном подключении есть такая особенность, что выход из строя одного нагревательного элемента приведет к остановке работы всей цепочки. А вот в случае параллельного подключения поломка отдельного нагревателя не повлияет на работу остальных элементов нагрева.

В основном для подключения необходимо наличие двух ТЭНов. В случае их соединения в последовательном порядке напряжение каждого отдельного нагревателя должно равняться половине общедоступного напряжения. К примеру, два трубчатых нагревателя рассчитанных на 240 Вольт подключаются к питанию 480 Вольт. При этом каждый нагреватель должен обладать одинаковой мощностью. В случае разной мощности и напряжения нагревательные устройства общее напряжение будут получать не в равном количестве. В случае подключения двух нагревателей методом параллельного соединения, напряжение каждого из нагревателей должно равняться напряжению питания.

Ниже предложено несколько расчетов подключения трубчатых электронагревателей

Сила тока (Ампер)

Представим несколько нагревателей с одинаковыми характеристиками, которые будут подключены параллельно или последовательно по разным схемам соединения. В расчётах нам нужно будет учитывать следующие характеристики:

P = общий показатель мощности

U и I соответственно напряжение и сила ток

Параллельное соединение

Число нагревателей при этом типе соединения может равняться от 2 и более единиц греющих элементов. Показатель общего сопротивления в таком случае будет равен:

R = r / 2 либо R = r / 3 либо R = r / x, где r — сопротивление одного ТЭНа.

Общая мощность будет определяться по следующей формуле:

P = 2*p либо P = 3*.p либо P = x*p, где р – мощность одного элемента нагрева

Два нагревательных элемента с параллельным подключением рассчитанных на 1000 Вт 230 В и работающих от 230В, способны генерировать 2000 Вт при 230 В с R = 26,45 Ом

Три нагревателя с параллельным соединением с показателями на 1000 Вт 230 В, работающие от 230 В, генерируют 3000 Вт при 230 В с R = 17,63 Ом и

Последовательное подключение трубчатых электронагревателей

По аналогии с предыдущим методом берем 2, 3 или более одинаковых электронагревателей. Каждый из нагревателей обладает сопротивлением r и мощностью р. При последовательном подключении складываем их значения и вычисляем:

R = 2*r либо R = 3*r либо R = x*r

P = p / 2 либо P = p / 3

Два электронагревателя с последовательным подключением обладающие мощностью 1000 Вт 230 В, работают от 230 В, способны генерировать 500 Вт при 230 В с R = 105,87 Ом (уровень мощности, создаваемый нагревателями, в 4 раза меньше).

Подключение нагревателей к трехфазной сети

Соединение по схеме «треугольник»

Номинальное напряжение каждого из нагревателей будет идентичным напряжению между фазами при соединении треугольником.

Соединение по типу «звезда»

Номинальное напряжение нагревателей в данном случае будет равно напряжению между фазами трехфазной проводки, разделённому на корень из 3 или 1,732

Три нагревателя с показателем мощности1000 Вт 230 В, которые подключены к трехфазной сети 400 В, способны генерировать 3000 Вт.

Три нагревателя с показателем мощности 1000 Вт 400 В, подсоединенные к трехфазному питанию 400 В, вырабатывают 1000 Вт.

Более подробно рассмотреть подключение нагревателей к трехфазной сети, вы можете на сайте «ТЭН24» в разделе статьи — подключение ТЭН по типу «звезда» и «треугольник».

Выводы

При выборе параллельного подключения напряжение каждого нагревателя будет одинаковым. Показатель общей мощности будет равен сумме общей мощности всех нагревательных элементов. При этом поломка одного из нагревателей не приведет к выходу из строя всей цели нагревательных элементов.

В случае последовательного подключения ТЭН общий показатель сопротивления будет состоять из общих значений сопротивления каждого греющего элемента. Напряжение на каждом отдельном нагревателе будет рассчитываться на основе следующей формулы: Uобщ/число нагревательных элементов (для одинаковых ТЭН). В соответствии с этим общий показатель мощности снизится на столько, сколько нагревателей есть всего в системе.

Некоторые нагревательные устройства не способны выполнять свою работу надежно при одинаковом напряжении. Это зависит от физических размеров нагревательных элементов. В связи с этим желательно подбирать нагревательные элементы, у которых будет оптимальные размеры спирали. В данном случае необходимость последовательного подключения отпадет. Важно понимать, что нагреватели с параллельным подключением должны иметь одинаковое напряжение. Устройства с параллельным подключением в свою очередь будут одинаковый ток. Подключать ТЭНы в последовательном порядке целесообразно только тогда, когда имеется два нагревательных элемента с одинаковой мощностью и напряжением. В данном случае их сумма мощности будет ниже. В основном трубчатые элементы нагрева соединяются в параллельном порядке.

Если после прочтения данной статьи у вас остались вопросы по подключению ТЭН вы можете в любое время обратиться к нашим консультантам по обратной связи сайта или воспользовавшись предложенной контактной информацией. «ТЭН24» с удовольствием подскажет, как подключать ТЭНы и подберет самый подходящий вариант нагревателей для решения ваших задач. У нас вы можете выбрать стандартные устройства нагрева различного направления работы и комплектующие к ним. При необходимости мы можем предложить нагреватели индивидуальной сборки с максимально подходящими характеристиками под ваше оборудование.

Трубчатые нагреватели — самые универсальные из всех электронагревательных элементов. Им можно придать практически любую конфигурацию. Трубчатые нагревательные элементы обеспечивают исключительную теплопередачу за счет теплопроводности, конвекции и излучения для нагрева жидкостей, воздуха, газов и поверхностей.

Типовые установки и использование трубчатых нагревателей

В свободном воздухе

Для таких применений, как духовки и сушильные шкафы, трубчатые нагревательные элементы представляют собой компактные надежные источники тепла. Их формуемость позволяет размещать их вокруг других компонентов печи и рабочих выступов, концентрируя тепло в любой точке.

В циркулирующем воздухе

Компрессионные фитинги, заводские фитинги или кронштейны служат для крепления трубчатого элемента в воздуховоде или камере нагрева воздуха.

В резервуары с жидкостями

Трубчатые нагреватели могут быть установлены через боковую стенку резервуара с помощью компрессионных фитингов или заводских фитингов.

Передача тепла металлическим частям

Доступные диаметры, длины, номинальные характеристики, удельная мощность, поперечное сечение и максимальные температуры обеспечивают решение для данной работы.

Погружение в жидкостной нагрев

Обычно воду и водные растворы можно нагревать до любой желаемой температуры. Если жидкость находится под давлением, температура не должна превышать максимальную температуру оболочки элемента.

Масляное отопление

Элементы стальной оболочки могут использоваться для жидкого топлива, теплоносителя и других растворов, не вызывающих коррозию стальной оболочки.

Воздушное и газовое отопление

Используйте удельную мощность, совместимую с рабочими температурами. Обогреватели, установленные горизонтально, необходимо поддерживать во избежание провисания при высоких температурах.

Правильное расстояние между опорами может варьироваться в зависимости от температуры применения, диаметра элемента и материала оболочки. Обычно достаточно расстояния между опорами от 12 до 18 дюймов.

Если воздух, проходящий через элементы, позволяет использовать более высокие удельные мощности, убедитесь, что воздушный поток распределяется равномерно. Допускается приблизительно 1/8 дюйма на фут длины элемента для расширения и сжатия элементов.

Накладной нагрев

Используйте удельную мощность, совместимую с рабочими температурами. См. Руководство по применению трубчатого нагрева твердых тел, жидкостей, воздуха и газа или используйте кривую G-175S в техническом разделе. Нагреватели должны быть плотно зажаты для обеспечения хорошей теплопередачи, но должны иметь возможность расширяться по мере нагрева. Слишком плотно зажатые нагреватели будут отклоняться от нагреваемой поверхности, что приведет к низкой эффективности нагрева и возможному выходу нагревателя из строя. Обычно лучше сначала затянуть средний зажим, чтобы удерживать элемент. Другие зажимы следует затянуть достаточно, чтобы удерживать, но поверните их на пол-оборота, чтобы обеспечить расширение и сжатие.

В зависимости от характеристик, оболочки и формы электрические трубчатые нагреватели «ТЭН24» используются в различных областях промышленного нагрева (кондуктивный, конвекционный, радиационный), которые требуют рабочих температур до 750 ° C (1382 ° F) для нагрева жидкостей, газов и твердых веществ. Доступны различные диаметры, позволяющие отрегулировать удельную мощность в вашем приложении и спроектировать промышленное отопительное оборудования для обеспечения максимальной производительности и длительного срока службы. Стандартные и изготовленные на заказ клеммные штыри упрощают установку и обслуживание. «ТЭН24» использует высококачественный оксид магния, чтобы обеспечить эффективную передачу тепла от резистивной катушки к теплоносителю, будь то воздух, жидкость или твердое тело. Радиусы изгиба разработаны с тщательной экспертизой, чтобы обеспечить оптимальную производительность при соблюдении «формы и функции» в вашем приложении.

Получите расценки на трубчатый нагреватель сегодня. «ТЭН24» также производит другие решения для промышленного обогрева, такие как инфракрасные обогреватели, погружные обогреватели, циркуляционные обогреватели и многое другое.

Подключение ТЭНа к электрической сети: схема подключения

Трубчатые электронагреватели или ТЭНы могут подсоединяться к однофазной или трехфазной электрической цепи. Они преобразуют электрическую энергию в тепловую для нагрева внешней среды, их используют в различных нагревательных приборах промышленного и бытового типа. Каждый электронагреватель рассчитывается под определенные значения напряжения и мощности, поэтому его подключение к сети должно соответствовать заданным параметрам. Подключение может проводиться по последовательной и параллельной схеме.

Параллельное подключение ТЭНов к источнику питания

Такой вариант соединения выгодный, так как при выходе одного нагревателя из строя все остальные будут продолжать стабильно работать. Параллельное соединение строится на следующих принципах:

1. Напряжение каждого ТЭНа должно быть равно значению напряжения в сети. Например, если к источнику тока с напряжением 220 Вольт подключается три ТЭНа, то каждый из них должен быть рассчитан именно на такое значение.
2. Суммарная мощность равняется общей мощности всех подключенных к системе нагревателей. Она рассчитывается по формуле Pобщ=U2/Rобщ, где Pобщ – это общая мощность, U – напряжение, а Rобщ – общее значение сопротивления в электрической цепи.

Такая схема подключения ТЭНа позволяет увеличить мощность нагрева, но суммарная величина не должна превышать допустимое значение.

Последовательное подключение ТЭНов

При последовательном варианте подключения вся цепь будет отключена, как только один из нагревателей перестанет работать. Сборка электрической цепи осуществляется в соответствии со следующими принципами:

1. Сопротивление цепи представляет собой общее сопротивление всех подсоединенных нагревателей.
2. Если сопротивление у нагревателей одинаковое, то напряжение представляет собой суммарное напряжение всех устройств, поделенное на их количество.
3. Мощность сборки рассчитывается по формуле Pобщ=Uобщ2/Rобщ, где Pобщ – это общее суммарное значение мощности, U – напряжение, а Rобщ – общее значение сопротивления.

Последовательная схема подключения ТЭНа позволяет, например, подключить к розетке 2 нагревателя, рассчитанных на мощность 127В. В результате сопротивление двукратно возрастает, повышается интенсивность нагрева. Если по такой схеме к сети подключается 2 нагревателя мощностью 220В, то, ввиду увеличения общего сопротивления, каждый из них будет работать только с мощностью 110В.

Подключение с использованием выключателя

Для надежности работы ТЭНов в электросети дома или квартиры в домовом щитке лучше установить автомат – он может быть подключен непосредственно рядом с прибором. Наиболее оптимальным является вариант с установкой двухполюсного выключателя: при отклонении от рабочих параметров он сразу выключает фазу и ноль, в результате ТЭН полностью отсоединяется от электросети.

Если в доме предусмотрено заземление, то необходимо предотвратить поражение электротоком при повреждении изоляции. Для этого рекомендуется подключить ТЭН через УЗО или дифавтомат. Такая защита будет работать по следующей схеме: если изоляция нарушится, то на корпус подается фаза, которая по принципу наименьшего сопротивления пойдет по заземляющему проводнику. Дифавтомат среагирует и отключит подачу тока на устройство. Также при наличии короткого замыкания автомат отключится, чтобы не допустить возгорания.

Подключение для регулировки температуры

В автоматизированных схемах ТЭНы подключаются через реле, что позволяет регулировать нагрев и менять температурный режим среды. В систему устанавливается температурный датчик, который реагирует на изменения в рабочей среде. Когда температура достигает требуемого значения, реле включает нагреватель и обеспечивает повышение температуры. Автоматизированная схема позволяет не контролировать работу устройства и не включать его вручную.

Как рассчитать мощность нагревателя (расчет тэна)

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) широко распространены в системе отопления. Они представляют собой тонкостенные металлические трубки, в которые помещены спирали из материала с высоким сопротивлением. При подаче электрического тока спираль нагревается, тепло передается на корпус и используется для повышения температуры внешней среды.

Формула расчета мощности

Один из важных вопросов при выборе нагревателя для отопления – расчет мощности. От этого параметра во многом зависит энергоэффективность отопительной системы. Избыточная мощность приводит к повышенным затратам электроэнергии, а также к перегрузке электросети, что может стать причиной возгорания. Если же она будет недостаточной, то устройство окажется неэффективным для поддержания требуемого температурного режима.

Расчет ТЭНа ведется по формуле Рм=0.0011*м(Т2-Т1)/t, где Рм – значение расчетной мощности, Т1 – стартовый температурный уровень, Т2 – итоговая температура теплоносителя в системе, а t – время для нагрева до оптимального уровня.

Приведем пример расчета требуемой мощности для нагрева с помощью ТЭНов 6-секционного алюминиевого отопительного радиатора. Расчет будет вестись следующим образом:

1. В паспорте модели радиатора нужно посмотреть объем теплоносителя. Допустим, он составляет 3 литра.
2. Предполагается, что теплоноситель нужно прогреть от 20 до 80 градусов. Расчетное время прогрева – 10 минут.
3. Проведем расчет по формуле с подстановкой значений Рм=0.0066*3(80-20)/10 = 1,118.

То есть, для выполнения поставленных условий потребуется установить ТЭН, мощность которого составит примерно 1,2 кВт. Если меняются исходные условия, то изменится и требуемое значение мощности.

Расчет мощности ТЭНа по площади помещения

Расчет ТЭНа также можно проводить с учетом площади помещения. Так, для обогрева 10 квадратных метров пространства потребуется 1 кВт тепловой энергии. Соответственно, если нужно обогреть с помощью ТЭНа кухню площадью 6 квадратов, то потребуется нагреватель мощностью 0,6 кВт. Однако это только приблизительный расчет, в котором не учитываются факторы потери тепла. На показатели будут влиять следующие параметры:

1. Количество и размер окон, тип установленных рам. Герметичные пластиковые окна дают минимум теплопотерь, а через деревянные рамы будет уходить большое количество тепла.
2. Наличие теплоизоляции помещения. Теплоизоляционный слой позволяет значительно снизить расход электроэнергии для обогрева.
3. Высота потолка. Чем выше помещение, тем больше энергии потребуется для его полноценного обогрева.

Если тщательно утеплить помещение, то можно будет установить нагревательные приборы меньшей мощности и ежегодно экономить на отоплении.

Преимущества использования ТЭНов для обогрева

ТЭНы для радиаторов могут использоваться для создания системы автономного обогрева, если дом не подключен к централизованному источнику теплоснабжения. Также его можно использовать в качестве дополнительного или аварийного обогревателя: он будет обеспечивать нагрев теплоносителя при перебоях с подачей тепла.

Трубчатые электронагреватели стали пользоваться популярностью по нескольким причинам:

1. Высокая эффективность и экономичность – приборы передают тепловую энергию теплоносителю напрямую с минимумом потерь.
2. Простота монтажа – ТЭНы доступны для подключения без специальных навыков.
3. Компактные размеры – устройства занимают минимум места.
4. Безопасность – можно подобрать прибор с датчиком контроля, а также подключить его в электрощитке через автомат. Если возникнет повреждение изоляции или короткое замыкание, то устройство автоматически отключит ТЭН от электросети.
5. Возможность регулирования температуры теплоносителя – это дает возможность экономить электроэнергию и поддерживать комфортную температуру.

Однако если ТЭН является единственным источником тепла, то он потребляет много электроэнергии. При этом его использование более безопасно, чем применение газовых горелок и угольных печей в загородных домах. Если подключить его только как резервный источник тепла, то он защитит батареи от перемерзания при внезапных перебоях с подачами тепловой энергии. Точный расчет мощности позволит минимизировать энергозатраты.

Типы подключения ТЭНов типа ЗВЕЗДА или ТРЕУГОЛЬНИК для трехфазной сети: схемы и примеры

Трубчатые электронагреватели являются самым популярным типом нагревательных элементов как в промышленности, так и в бытовых приборах. Каждый электрический ТЭН, даже если он рассчитан на 220В, может подключаться как к однофазной, так и к трехфазной сети. Давайте подробно рассмотрим, какие типы подключения к трехфазной сети для нагревателей существуют и какие требования к характеристикам ТЭНов предъявляются для них.

Для подключения электронагревательных элементов к 3-фазной сети применяются такие виды схем:

Тип подключения ЗВЕЗДА

Тип подключения ТРЕУГОЛЬНИК

Если мы имеем не специальные нагреватели, типа блок ТЭНов или сухие керамические ТЭНы, а обычные трубчатые ТЭНы, то для получения равномерной нагрузки необходимо иметь на каждой фазе трехкратное количество электронагревателей. То есть минимальное количество нагревателей будет равно 3. При этом в технических параметрах ТЭНов напряжение питания может быть как 380, так и 200 Вольт.

Для электронагревательных ТЭНов с параметрами напряжения электропитания 220 В нужно использовать тип подключения к 3-фазной сети типа ЗВЕЗДА. А для тех, которые производятся с характеристикой напряжения равной 380 Вольт, возможно применять обе схемы подключения: и вариант ЗВЕЗДА и вариант ТРЕУГОЛЬНИК.

Вариант подключения к трехфазной сети питания типа ЗВЕЗДА

Тип ЗВЕЗДА применяется в сухих ТЭНах от компании Полимернагрев в варианте подключения № 3 с четырьмя болтами в качестве типа токовывода. Также тип подключения «звезда» может применяться при подключении блок ТЭНов ТЭНБ. В данных случаях подключение нагревательных спиралей производится по следующей электрической схеме:

Давайте теперь рассмотрим, как можно подключить нагреватели по данной схеме, если у нас имеются в наличии не специальные, а стандартные электрические воздушные или водяные металлические ТЭНы.

К питающему напряжению должен подключаться только один вывод от каждого ТЭНа. Именно поэтому для подключения к трехфазной сети у нас должно быть кратное трем количество электронагревателей. Остальные же контактные выводы, которые не подключены к напряжению, должны быть соединены в одну так называемую нулевую точку. Таким образом, мы получаем трехпроводную соединенную нагрузку.

Давайте подробно рассмотрим схему трехпроводного соединения на 380 В для включения 3-х водяных ТЭНов. На первом рисунке вы можете рассмотреть описанную выше схему включения ТЭНов, а на втором к схеме добавляется специальное устройство для подачи напряжения на ТЭНы с защитными переключателями. Как четко видно на схеме, каждый второй токовывод нагревателя подается на фазы А, В и С, а остальные же соединяются вместе.

Подключая ТЭНы таким образом мы получаем значение напряжения электропитания на каждом электротэне между подключением к сети и нейтральной точкой равное 220 В.

В приведенной схеме можно увидеть, что выводы нагревателей справа подсоединены к фазам А, В, С. Выводы, которые находятся слева — соединяются в общей нейтральной точке. Рабочее напряжение между выводами справа и нейтральной точкой равно 220 Вольт.

Также есть вариант подключения к трехфазной сети ЗВЕЗДА, который использует четырехпроводную схему. При таком способе применяют трехфазное питание с напряжением 230В, а нулевую точку подают на нейтраль источника электропитания.

Тут так же, как и в предыдущем случае, одни выводы соединяются в нулевую точку, а другие подводятся к трехфазной сети. Если соединение с нулевой точкой передавать на нулевую шину источника электропитания, мы получим на каждом нагревателе между питанием и нулем напряжение в 220-230В.

Когда возникает необходимость в полном отключении питания на нагреватели, нужно применять выключатели типа 3+n или же 3р+n, способные функционировать в автоматическом режиме. Автоматы данного типа могут использоваться для полного перевода всех силовых электроконтактов на полностью автоматический рабочий режим.

Давайте рассмотрим, как же на практике следует применять тип подключения ЗВЕЗДА, на примере монтажа ТЭНов в электрокотле.

Подключение нагревателей по схеме ЗВЕЗДА для электрокотла

В электрических нагревательных котлах ТЭНы могут подключаться различными способами, но для демонстранции схемы подключения по типу ЗВЕЗДА опишем вариант установки сухих ТЭНов к 3-фазной сети питания с напряжением 220В.

Высокая мощность водяных сухих ТЭНов накладывает определенные требования к качеству соединений. Надежность соединений должна быть обеспечена высоким качеством термостойких проводов и строгим соответствием всех действий описанной в инструкции схеме.

Первое, что нужно сделать, это при подключении фазных поводов произвести накрутку гайки M4. Далее вам необходимо наложить шайбу и установить кольцевой наконечник провода питания. Следующим шагом будет наложение еще одной такой же шайбы, поверх которой помещается еще одна специальная пружинная шайба гровер. И это все нужно надежно зафиксировать гайкой M4.

Провода, которые выводятся на нейтральную фазу, крепятся при помощи болта типа M8. Провод нейтрали нужно поместить в перемычку, которая находится между контактами отверстий ТЭНа.

Обязательно заземлите корпус нагревательного элемента и проводов питания после того, как подключите все провода на питающие и нулевые контакты ТЭНа. В большинстве случаев в стандартных электрокотлах болт заземления располагается с левой стороны около блока с ТЭНами. К нему мы и должны присоединить провод для заземления.

После подключения проводов следует провести заземление корпуса нагревателя и проводов подключения ТЭНа. Обычно у котлов для заземления с левой стороны у блока электронагревателей находится болт, к которому и следует подключать проводник заземления.

Вы можете использовать для заземления как отдельный провод уравнения потенциалов, так и провод с клеммника заземления блока управления.

Наглядно все вышеописанное вы можете посмотреть на рисунке ниже в виде схемы и фото подключения ТЭНа.

Если вы сделали все в четком соответствии инструкции, подключение блок Тэна электрокотла можно считать завершенным. Останется лишь вернуть защитный кожух на блок нагрева.

В электрических котлах управление нагревом осуществляется на основе данных от термодатчиков. Терморегулирующие устройства находятся на основной панели управления котла. На терморегулятор будут подаваться данные о температуре ТЭНа и температуре теплоносителя. На основе этих показаний и установленных на терморегуляторе настройках автоматикой принимается решение о подаче или отключении питания нагревательных элементов. Пока температура будет меньше установленной, будет подаваться питание, и Тэны будут производить нагрев, а при достижении или превышении порогового значения питание будет отключено и ТЭН прекратит нагреваться. При остывании до нижнего порога ТЭН опять включится.

Терморегулятор позволяет человеку всего один раз установить температуру (верхний и нижний порог) и потом работа электрокотла будет осуществляться в автоматическом режиме, а температура будет поддерживаться на нужном уровне.

Есть вариант использования терморегуляторов с несколькими типами термодатчиков, которые будут не только контролировать нагревание самого ТЭНа, но и температуру воздуха в помещении. Для этого термодатчик нужно установить на расстоянии от котла и теплоносителя.

Вариант подключения к трехфазной сети питания типа ТРЕУГОЛЬНИК

Рассмотрим на схеме второй вариант подключения нагревательных элементов к трехфазной сети под названием ТРЕУГОЛЬНИК.

При данном варианте нагреватели соединяются между собой последовательно. У нас в итоге должно сформироваться три плеча для фазы А, В и С. Для примера:

Для А фазы – соединяем первый вывод ТЭНа №1 и первый вывод ТЭНа №2

Для В фазы – соединяем второй вывод ТЭНа №2 и второй вывод ТЭНа №3

Для С фазы – соединяем второй вывод ТЭНа №1 и первый вывод ТЭНа №3

Теперь, когда мы познакомились с двумя типами подключения ТЭНов, можно рассмотреть зависимость мощности и температуры нагревателей от типа схемы подключения.

Зависимость температуры и мощности нагрева от варианта схемы подключения

Мощность нагревателя – это очень важный параметр, на который многие покупатели ориентируются при покупке ТЭНа. По сути же мощность ТЭНа зависит только от показателя сопротивления греющей спирали. Конечно же, если не использовать трансформаторы и питание от определенной сети будет постоянным. Данное свойство зависимости можно легко вычислить, воспользовавшись простой формулой из школьного курса физики:

Мощность (P) = Напряжение (U) * Сила тока (I)

В данном случае за величину напряжения берем разницу потенциалов между выводами электрического ТЭНа, а силу тока нужно измерять ту, которая будет протекать по греющей спирали.

Силу тока можно вычислить по формуле I=U/R, где R – электрическое сопротивление нагревательной спирали. Теперь подставим данное значение в формулу мощности, и получится, что мощность ТЭНа зависит только от напряжения и сопротивления.

Таким образом, делаем вывод, что при постоянном напряжении сети питания мощность электронагревателя будет меняться только при изменении сопротивления.

Значение сопротивления резистивного элемента в основной массе нагревателей имеет прямую зависимость от значения выделения температуры. Но в нагревателях с нихромовой или фехралевой спиралью, к примеру, в пределах сотни-другой градусов сопротивление практически не изменяется.

В ситуации с высокотемпературными нагревателями из карбида кремния или дисилицид молибдена картина будет совсем другой. В выскотемпературных нагревателях с увеличением температуры сопротивление падает очень значительно в пределах от 5 до 0,5 Ом, что делает их очень выгодными с точки зрения потребления электроэнергии в печах.

Но из-за данного качества высокотемпературных КЭНов их нельзя подключать напрямую даже к сети питания 220В, не говоря уже о 380В. Технически можно произвести подключение к 220в КЭНы, если соединить их последовательным образом. Однако при данном способе будет невозможно контролировать мощность и температурную выработку нагревателей в печи. Для подключения высокотмепературных нагревателей неметаллического типа следует использовать специальные регулируемые трансформаторы или же стандартные статистические ЭМ устройства.

В компании Полимернагрев вы можете купить электронагреватели, которые производятся специально с учетом подключения к трехфазной сети питания. Это сухие керамические ТЭНы, блок Тэны для воды и трехстержневые КЭНы. Тип подключения данных нагревателей зависит от показателя напряжения по схеме звезды или треугольника.

При подключении электрических Тэнов в соответствии со схемой ТРЕУГОЛЬНИК соединяются три нагревательных спирали, у которых равные значения сопротивления и на питание будет подано 380В. Подключение ТЭНов ЗВЕЗДА подразумевает наличие нулевого вывода, а на каждый элемент нагрева будет подаваться 220В. Нулевой провод позволяет подключать потребители с разным значением сопротивления.

Если у вас остались вопросы по типам подключения нагревателей к трехфазной сети, вы можете обратиться к нашим специалистам по телефону в Москве или задайте свой вопрос в форме ниже, мы постараемся подробно ответить вам в самые кратчайшие сроки.