Trubkové elektrické ohřívače jsou nejoblíbenějším typem topných těles jak v průmyslu, tak v domácích spotřebičích. Každé elektrické topné těleso, i když je dimenzováno na 220V, lze připojit k jednofázovým i třífázovým sítím. Podívejme se blíže na to, jaké typy připojení k třífázové síti pro ohřívače existují a jaké požadavky na vlastnosti topných prvků jsou na ně kladeny.
Pro připojení elektrických topných těles k 3fázové síti se používají následující typy obvodů:
Typ připojení STAR
Typ připojení TRIANGLE
Pokud nemáme speciální topidla, jako je blok topných těles nebo suchá keramická topná tělesa, ale obyčejná trubková topná tělesa, pak pro získání rovnoměrného zatížení je nutné mít v každé fázi trojnásobný počet elektrických topných těles. To znamená, že minimální počet ohřívačů bude 3. Navíc v technických parametrech topných těles může být napájecí napětí buď 380 nebo 200 voltů.
Pro elektrická topná tělesa s napájecím napětím 220 V je nutné použít typ připojení do 3fázové sítě STAR. A pro ty, které jsou vyráběny s charakteristikou napětí 380 Voltů, je možné použít obě schémata zapojení: jak variantu STAR, tak variantu TRIANGLE.
Možnost připojení k třífázové napájecí síti STAR
Typ STAR se používá v suchých topných tělesech od firmy Polimernagrev ve variantě zapojení č. 3 se čtyřmi šrouby jako aktuální výstupní typ. Při připojení bloku topných těles lze také použít typ připojení „hvězda“. V těchto případech jsou topné spirály zapojeny podle následujícího elektrického schématu:
Podívejme se nyní, jak můžeme podle tohoto schématu připojit topidla, pokud máme ne speciální, ale standardní elektrická vzduchová nebo vodní kovová topná tělesa.
K napájecímu napětí by měla být připojena pouze jedna svorka z každého topného tělesa. Proto pro připojení k třífázové síti musíme mít násobek tří elektrických ohřívačů. Zbývající kontaktní svorky, které nejsou připojeny na napětí, musí být připojeny k jednomu tzv. nulovému bodu. Získáme tak třívodičovou připojenou zátěž.
Podívejme se blíže na schéma zapojení tří vodičů na 380 V pro zapnutí 3 topných těles. Na prvním obrázku můžete uvažovat výše popsaný obvod pro zapínání topných prvků a na druhém je do schématu přidáno speciální zařízení pro napájení topných prvků s ochrannými spínači. Jak je jasně vidět na diagramu, každý druhý přívod proudu ohřívače je napájen do fází A, B a C a zbytek je spojen dohromady.
Připojením topných těles tímto způsobem získáme hodnotu napájecího napětí na každém elektrickém topném tělese mezi připojením k síti a neutrálním bodem rovnou 220 V.
Na výše uvedeném schématu můžete vidět, že svorky ohřívače vpravo jsou připojeny k fázím A, B, C. Svorky vlevo jsou připojeny ke společnému neutrálnímu bodu. Provozní napětí mezi svorkami vpravo a nulovým bodem je 220 voltů.
Existuje také možnost připojení k třífázové síti STAR, která využívá čtyřvodičový obvod. Při této metodě se používá třífázové napájení s napětím 230 V a nulový bod se přivádí na neutrál napájecího zdroje.
Zde, stejně jako v předchozím případě, jsou některé svorky připojeny k nulovému bodu, zatímco jiné jsou připojeny k třífázové síti. Pokud se spojení s nulovým bodem přenese na nulovou sběrnici zdroje, dostaneme mezi zdrojem a nulou napětí 220-230V na každém topení.
Když je nutné úplně vypnout napájení ohřívačů, musíte použít spínače typu 3+n nebo 3p+n, které jsou schopné pracovat v automatickém režimu. Automatické stroje tohoto typu lze použít k úplnému převedení všech silových elektrických kontaktů do plně automatického provozního režimu.
Podívejme se na příkladu instalace topných těles v elektrokotli, jak by se měl v praxi používat typ připojení STAR.
Připojení topidel podle schématu STAR pro elektrokotel
U elektrických topných kotlů lze topná tělesa zapojit různými způsoby, ale pro demonstraci schématu zapojení typu STAR popíšeme možnost instalace suchých topných těles do 3-fázové napájecí sítě s napětím 220V.
Vysoký výkon suchých vodních topných těles klade určité požadavky na kvalitu spojů. Spolehlivost připojení musí být zajištěna vysoce kvalitními tepelně odolnými vodiči a přísným dodržováním všech akcí se schématem popsaným v pokynech.
První věc, kterou musíte udělat, je při připojování fázových pohonů našroubovat matici M4. Dále musíte použít podložku a nainstalovat kruhovou svorku napájecího vodiče. Dalším krokem je nanesení další podobné podložky, na kterou je umístěna další speciální pružinová podložka Grover. A to vše je potřeba bezpečně upevnit maticí M4.
Vodiče, které vedou k nulové fázi, jsou zajištěny pomocí šroubu M8. Nulový vodič musí být umístěn v propojce, která je umístěna mezi kontakty otvorů topného článku.
Po připojení všech vodičů k napájecímu a neutrálnímu kontaktu topného článku nezapomeňte uzemnit tělo topného tělesa a napájecí vodiče. Ve většině případů je u standardních elektrických kotlů zemnící šroub umístěn na levé straně v blízkosti bloku s topnými články. Musíme k němu připojit zemnící vodič.
Po připojení vodičů uzemněte těleso ohřívače a připojovací vodiče topného tělesa. Uzemňovací kotle mají obvykle na levé straně bloku elektrického ohřívače šroub, ke kterému by měl být připojen zemnící vodič.
K uzemnění můžete použít buď samostatný vodič potenciálové rovnice, nebo vodič ze zemnící svorkovnice řídicí jednotky.
Vše výše popsané můžete jasně vidět na obrázku níže ve formě schématu a fotografie připojení topného tělesa.
Pokud jste vše provedli v přísném souladu s pokyny, lze připojení topného tělesa elektrického kotle považovat za dokončené. Zbývá pouze vrátit ochranný obal do topné jednotky.
U elektrokotlů je vytápění řízeno na základě údajů z teplotních čidel. Termostatické přístroje jsou umístěny na hlavním ovládacím panelu kotle. Termostat bude přijímat údaje o teplotě topného tělesa a teplotě chladicí kapaliny. Na základě těchto naměřených hodnot a nastavení na termostatu se automaticky rozhodne o napájení nebo vypnutí topných těles. Když je teplota pod nastavenou teplotou, bude napájen proud a topná tělesa budou produkovat topení, a když je prahová hodnota dosažena nebo překročena, napájení se vypne a topná tělesa přestanou hřát. Když se ochladí na spodní práh, topné těleso se znovu zapne.
Termostat umožňuje osobě nastavit teplotu (horní a dolní prahové hodnoty) pouze jednou a poté bude elektrokotel pracovat automaticky a teplota bude udržována na požadované úrovni.
Je zde možnost použít termostaty s několika typy teplotních čidel, které budou řídit nejen ohřev samotného topného tělesa, ale i teplotu vzduchu v místnosti. K tomu musí být snímač teploty instalován v určité vzdálenosti od kotle a chladicí kapaliny.
Možnost připojení k třífázové napájecí síti typu TRIANGLE
Uvažujme ve schématu druhou možnost připojení topných těles do třífázové sítě s názvem TROJÚHELNÍK.
Při této možnosti jsou ohřívače vzájemně zapojeny do série. V důsledku toho bychom měli mít tři ramena pro fáze A, B a C. Například:
Pro fázi A – připojíme první svorku topného tělesa č.1 a první svorku topného tělesa č.2
Pro fázi B – připojte druhou svorku topného tělesa č. 2 a druhou svorku topného tělesa č. 3
Pro fázi C – připojte druhou svorku topného tělesa č. 1 a první svorku topného tělesa č. 3
Nyní, když jsme se seznámili se dvěma typy připojování topných těles, můžeme uvažovat o závislosti výkonu a teploty topidel na typu připojovacího okruhu.
Závislost teploty a topného výkonu na variantě schématu zapojení
Výkon topného tělesa je velmi důležitým parametrem, na který se mnoho kupujících zaměřuje při nákupu topného tělesa. Ve skutečnosti závisí výkon topného tělesa pouze na odporu topné spirály. Samozřejmě, pokud nepoužijete transformátory a výkon z určité sítě bude konstantní. Tuto vlastnost závislosti lze snadno vypočítat pomocí jednoduchého vzorce ze školního kurzu fyziky:
Výkon (P) = Napětí (U) * Proud (I)
V tomto případě bereme jako hodnotu napětí rozdíl potenciálů mezi svorkami elektrického topného tělesa a je třeba změřit sílu proudu, který bude protékat topnou spirálou.
Intenzitu proudu lze vypočítat pomocí vzorce I=U/R, kde R je elektrický odpor topné spirály. Nyní dosadíme tuto hodnotu do vzorce výkonu a ukáže se, že výkon topného článku závisí pouze na napětí a odporu.
Dojdeme tedy k závěru, že při konstantním napájecím napětí se výkon elektrického ohřívače změní pouze při změně odporu.
Hodnota odporu odporového prvku u většiny ohřívačů je přímo závislá na hodnotě uvolnění teploty. Ale například u ohřívačů s nichromovou nebo fechrální spirálou se odpor prakticky nemění.
V situaci s vysokoteplotními ohřívači z karbidu křemíku nebo disilicidu molybdenu bude obrázek zcela jiný. U vysokoteplotních ohřívačů s rostoucí teplotou odpor velmi výrazně klesá, a to v rozmezí od 5 do 0,5 ohmů, což je činí velmi výhodnými z hlediska spotřeby elektrické energie v pecích.
Ale kvůli této kvalitě vysokoteplotních CEN nemohou být připojeny přímo ani k napájecí síti 220V, nemluvě o 380V. Technicky je možné se připojit k 220V CEN, pokud je zapojíte do série. S touto metodou však nebude možné řídit výkon a teplotní výstup ohřívačů v peci. Pro připojení vysokoteplotních nekovových ohřívačů by měly být použity speciální nastavitelné transformátory nebo standardní statistické EM zařízení.
U firmy Polymernagrev můžete zakoupit elektrické ohřívače, které jsou vyrobeny speciálně pro připojení k třífázovému zdroji. Jedná se o suchá keramická topná tělesa, blok topných těles na vodu a třítyčová topná tělesa. Typ připojení těchto ohřívačů závisí na jmenovitém napětí v obvodu hvězda nebo trojúhelník.
Při zapojení elektrických topných těles podle schématu TRIANGLE se zapojí tři topné spirály, které mají stejné hodnoty odporu a do napájení bude přivedeno 380V. Připojení topných těles STAR předpokládá přítomnost nulové svorky a do každého topného tělesa bude přivedeno napětí 220V. Nulový vodič umožňuje připojit spotřebiče s různými hodnotami odporu.
Pokud máte stále dotazy ohledně typů připojení ohřívačů k třífázové síti, můžete kontaktovat naše specialisty telefonicky v Moskvě nebo položit svůj dotaz ve formuláři níže, pokusíme se vám co nejdříve podrobně odpovědět.
Objev velkého Faradaye vzoru: když vodič překročí siločáry magnetického pole, ve vodiči se indukuje elektromotorická síla, která způsobí proud v obvodu, ve kterém je tento vodič zahrnut – sloužil jako základ pro vytvoření elektrických generátorů s rotujícím rotorem – magnetem. V tomto případě se EMF indukuje ve vinutí statoru (viz – Praktická aplikace Faradayova zákona elektromagnetické indukce).
Výsledná napětí mohou být velmi odlišná: vše závisí na konstrukci generátoru, počtu vinutí ve statoru a způsobech jejich připojení. V praktické elektrotechnice je však nejrozšířenější třífázový sinusový proudový systém navržený vynikajícím ruským inženýrem M.O. Dolivo-Dobrovolsky v roce 1888 (57 let po Faradayově objevu).
Třífázový ze všech vícefázových systémů poskytuje nejekonomičtější přenos elektrické energie na dlouhé vzdálenosti a umožňuje vytvářet generátory, elektromotory a transformátory, které jsou spolehlivé v provozu a mají jednoduchou konstrukci. Ale tři vinutí lze připojit dvěma způsoby: „trojúhelník“ (obr. 1) a „hvězda“ (obr. 2).
Fázové napětí se nazývá Uph vytvořené jedním vinutím, lineární Ul je napětí mezi dvěma lineárními vodiči. Jinými slovy, fázové napětí je napětí mezi každým ze síťových vodičů a nulovým vodičem.
Při připojení symetrického generátoru do hvězdy je lineární napětí 1,73 krát větší než napětí fázové, tzn. Uk = 1,73•Uph. To vyplývá ze skutečnosti, že Ul je základna rovnoramenného trojúhelníku s ostrými úhly 30°: Ul = UAB = Uph 2 cos 30° = 1,73•Uph.
Při zapojení a zatížení do hvězdy se odpovídající proud vedení rovná fázovému proudu zátěže. Pokud je třífázové zatížení symetrické, bude proud v nulovém vodiči roven 0. V tomto případě potřeba nulového vodiče zcela zmizí a třífázový obvod se změní na třívodičový. Toto spojení se nazývá „hvězda-hvězda bez nulového vodiče“. Při symetrickém fázovém zatížení jsou lineární proudy 1,73krát větší než fázové proudy, Il = 1,73•3Iph.
Při zapojení třífázového generátoru s hvězdou se používají dvě napětí, čímž se toto zapojení odlišuje od zapojení do trojúhelníku. Ale když je zátěž připojena trojúhelníkem, všechny fáze jsou pod stejným lineárním napětím v číselné hodnotě, bez ohledu na fázový odpor, který je důležitý pro světelnou zátěž – žárovky.
Třífázový systém s nulovým vodičem se používá k napájení přijímačů dvou napětí, která se liší faktorem 1,73, například svítidla zapnuté fázové napětí a motory zapnuté síťové napětí.
Jmenovité napětí je určeno konstrukcí generátorů a způsobem připojení jejich vinutí.
Obrázek 3 ukazuje závislosti, které určují hodnotu výkonu pro obvod střídavého proudu pro zapojení do hvězdy a trojúhelníku.
Vzhledově jsou vzorce stejné; zdálo by se, že u těchto dvou typů elektrických obvodů nedochází k žádnému zisku nebo ztrátě výkonu. Ale nespěchejte se závěry.
Při opětovném připojení z trojúhelníku do hvězdy je každé fázové vinutí vystaveno 1,73krát nižšímu napětí, ačkoli síťové napětí zůstává stejné. Pokles napětí vede ke snížení proudu ve vinutích o stejný 1,73krát. A ještě něco – při zapojení do trojúhelníku byl lineární proud 1,73krát větší než fázový a nyní jsou tyto proudy stejné. V důsledku toho se lineární proud při opětovném připojení ke hvězdě snížil o 1,73 • 1,73 = 3krát.
Nový výkon je ve skutečnosti vypočítán pomocí stejného vzorce, ale nahrazením jiných hodnot!
Když je elektromotor znovu zapojen z trojúhelníku do hvězdy a napájen ze stejné sítě, výkon vyvinutý tímto motorem se sníží třikrát. Při přechodu z hvězdy na trojúhelníková vinutí generátorů nebo sekundárních vinutí transformátorů se napětí v síti sníží 3krát, například z 1,73 na 380 V.
Výkon generátoru nebo transformátoru zůstává stejný, protože napětí a proud v každém fázovém vinutí jsou zachovány, i když proud ve vodičích vedení vzroste faktorem 1,73. Při přepínání vinutí generátorů nebo sekundárních vinutí transformátorů z trojúhelníku do hvězdy dochází k opačným jevům: lineární napětí sítě se zvýší 1,73krát, proudy ve fázových vinutích zůstávají stejné, proudy v lineárních vodičích se sníží o 1,73 časy.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
