Електрични гријачи, гријаћи елементи, типови, изведбе, прикључак и испитивање

Електрични грејни елементи користе се у домаћинству и индустријској опреми. Примена разних грејача свима је позната. Ради се о електричним шпоретима, рернама и пећницама, електричним апаратима за кафу, електричним чајницима и грејним апаратима различитог дизајна.

Електрични бојлери, који се обично називају котлови, такође садрже грејне елементе. Основа многих грејних елемената је жица високог електричног отпора. А најчешће је ова жица направљена од нихрома.

Отворена нихромова спирала

Најстарији грејни елемент је можда уобичајена нихромова спирала. Некада су били у употреби домаће електричне пећи, бојлери за воду и бојлер. Имати нихромску жицу која би могла да се „ухвати“ у производњи, прављење спирале потребне снаге није представљало никаквих проблема.

Крај жице потребне дужине убачен је у рез витла, а сама жица се провлачи између два дрвена блока. Замка мора бити стегнута тако да се цела конструкција држи као што је приказано на слици. Сила стезања мора бити таква да жица уз одређени напор пролази кроз шипке. Ако је сила стезања велика, тада ће се жица једноставно раскинути.

Слика 1. Ницхроме спирално навијање

Закретањем овратника, жица се провлачи кроз дрвене шипке и пажљиво, окрените се ка потезу, полаже на металну шипку. У арсеналу електричара био је читав низ кључева различитог пречника од 1,5 до 10 мм, што је омогућило навијање спирала за све прилике.

Знало се који је пречник жице и која дужина је потребна за навијање спирале потребне снаге. Ове магичне бројеве и даље можете пронаћи на Интернету. На слици 2 приказана је табела која приказује податке о спиралама различитих капацитета при напону од 220В.

Слика 2. Израчун електричне спирале грејног елемента (кликните на слику за увећање)

Овде је све једноставно и јасно. Постављајући потребну снагу и пречник нихромове жице при руци, преостаје само да одсечете комад жељене дужине и намотате га на трн одговарајућег пречника. У исто време, табела приказује дужину добијене спирале. А шта ако постоји жица чији пречник није наведен у табели? У овом случају, спирала ће се тек морати израчунати.

Како израчунати ницхроме спиралу

Ако је потребно, израчунати спиралу је прилично једноставно. Као пример, израчунавање спирале направљене од нихромове жице пречника 0,45 мм (у табели не постоји такав пречник) снаге 600 В за напон од 220В. Сва израчунавања се врше према Охмовом закону.

О томе како претворити ампере у ваторе и, обрнуто, вато у ампере:

Колико ампера је у амперима, како претворити ампере у вате и киловате

Прво би требало израчунати струју коју троши спирала.

И = П / У = 600/220 = 2,72 А

Да бисте то учинили, довољно је да подељену снагу поделите по напону и добијете количину струје која пролази кроз спиралу. Снага у ватима, напон у волтима резултирају у амперима. Све по систему СИ.

Користећи сада познату струју, прилично је једноставно израчунати потребни отпор спирале: Р = У / И = 220 / 2,72 = 81 Охма

Формула за израчунавање отвора проводника је Р = ρ * Л / С,

где је ρ специфични отпор проводника (за нихроме 1.0 ÷ 1.2 Охм • мм2 / м), Л је дужина проводника у метрима, С пресек проводника у квадратним милиметрима. За проводник пречника 0,45 мм, пресек је 0,159 мм2.

Отуда је Л = С * Р / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 мм, или 11,7 м.

Опћенито, прорачун није толико компликован.Заправо, израда спирале није тако тешка, што је, несумњиво, предност обичних ницхроме спирала. Али ту предност блокирају многи недостаци својствени отвореним спиралама.

Пре свега, ово је прилично висока температура грејања - 700 ... 800 ° Ц. Загрејана спирала има бледо црвени сјај, случајним додиром може проузроковати опекотину. Поред тога, могућ је и струјни удар. Црвена врућа спирала изгорева кисеоник ваздуха, привлачи у себе честице прашине, које када се спаљују, дају врло непријатну арому.

Али главни недостатак отворених спирала треба сматрати њиховом високом опасношћу од пожара. Стога ватрогасна јединица једноставно забрањује употребу грејача са отвореном спиралом. Такви гријачи, прије свега, укључују такозване "козе", чији је дизајн приказан на слици 3.

Слика 3. Домаћи грејач за козе

Тако се испоставила дивља "коза": намерно је направљена безбрижно, једноставно, чак врло лоше. Пожар са таквим грејачем неће морати дуго да чека. Напреднији дизајн таквог грејача приказан је на слици 4.

Слика 4. Кућа "Коза"

Лако је видети да је спирала затворена металним кућиштем, то спречава додиривање грејних делова живих делова. Опасност од пожара таквог уређаја је много мања од оне која је приказана на претходној слици.

Погледајте ову тему:Зашто су "коза" и домаћи бојлер опасни?

Некада давно у СССР-у производили су се грејачи-рефлектори. У средини никлованог рефлектора налазио се керамички уложак, у који је, попут сијалице са поклопцем Е27, убачен грејач од 500 В. Опасност од пожара таквог рефлектора је такође веома велика. Па, некако нисам размишљао тих дана шта би употреба таквих грејача могла довести.

Слика 5. Рефлексни грејач

Сасвим је очигледно да се различити грејачи са отвореном спиралом могу, супротно захтевима инспекције ватре, користити само под будним надзором: ако напустите собу - искључите грејач! Још боље, само престаните са употребом ове врсте грејача.

Затворени спирални грејни елементи

Да бисте добили ослободити од отворене спирале, измишљени су цевасти електрични грејачи - ТЕН. Дизајн грејача је приказан на слици 6.

Слика 6. Дизајн грејача

Нихромова спирала 1 је сакривена у металној цеви 2. танке стијенке 2. Спирала је изолована од цеви помоћу пунила 3 ​​високе топлотне проводљивости и високог електричног отпора. Перилакла (кристална смеша магнезијевог оксида МгО, понекад са нечистоћама других оксида) најчешће се користи као пунило.

После пуњења изолационом композицијом, цев се преша, а под високим притиском периклас се претвара у монолит. Након такве операције, спирала је чврсто учвршћена, па је електрични контакт са телом - цев потпуно искључен. Дизајн је толико јак да се било који грејач може савити ако дизајн грејача то захтева. Неки грејни елементи имају веома бизаран облик.

Спирала је повезана са металним водовима 4, који излазе кроз изолаторе 5. Оловне жице су повезане навојним крајевима водича 4 помоћу матица и подложки 7. Гријачи се у кућишту уређаја причвршћују матицама и подлошкама 6, који осигуравају, ако је потребно, чврстоћу везе.

Овакав дизајн је под поштовањем радних услова прилично поуздан и издржљив. Управо је то довело до врло раширене употребе грејних елемената у уређајима различитих намена и дизајна.

Према условима рада, грејни елементи су подељени у две велике групе: ваздух и вода. Али то је само то име. У ствари, ваздушни елементи за грејање дизајнирани су да раде у различитим гасним окружењима.Чак је и обични атмосферски ваздух мешавина више гасова: кисеоник, азот, угљен диоксид, постоје чак и нечистоће аргона, неона, криптона итд.

Ваздушно окружење је веома разнолико. То може бити миран атмосферски ваздух или струја ваздуха која се креће брзином од неколико метара у секунди, као у грејачима или топлотним пушкама.

Загријавање љуске гријача може досећи 450 ° Ц и више. Због тога се за израду спољне цевасте љуске користе разни материјали. То може бити обичан угљенични челик, нехрђајући челик или челик отпоран на топлоту. Све зависи од околине.

Да би се побољшао пренос топлоте, неки грејни елементи опремљени су ребрима на цевима у облику намотане металне траке. Такви грејачи се називају пераја. Употреба таквих елемената је најприкладнија у покретном ваздушном окружењу, на пример, у грејачима вентилатора и топлотним пушкама.

Елементи за грејање воде се такође не употребљавају нужно у води, ово је општи назив за разне течне медије. То може бити уље, лож уље, па чак и разне агресивне течности. Течни ТЕНИ користи се у електричним бојлерима, дестилатори, електрична постројења за десалинизацију и само титани за кипућу воду за пиће.

Топлотна проводљивост и топлотни капацитет воде много су већи од ваздуха и других гасовитих медија, што омогућава, у поређењу са ваздухом, боље, брже уклањање топлоте из грејача. Стога, са истом електричном снагом, бојлер има мање геометријске димензије.

Овде можемо дати једноставан пример: када кључате воде у обичном електричном котлу, грејач се може угријати и затим запалити до рупа. Иста слика се може приметити и са обичним бојлерима, намењеним да кључају воду у чаши или канти.

Дати пример јасно показује да се елементи за грејање воде никада не смеју користити за рад у ваздуху. За загревање воде можете користити елементе за загревање ваздуха, али само морате дуго да чекате док вода не прокључа.

Неће имати предност елемената грејања воде који ће настати током рада. Вага по правилу има порозну структуру, а њена топлотна проводљивост је мала. Дакле, топлота коју генерира спирала слабо иде у течност, али се спирала унутар грејача загрева до веома високе температуре, што ће пре или касније довести до њеног изгарања.

Да бисте то спречили, препоручљиво је периодично чишћење грејних елемената коришћењем различитих хемикалија. На пример, у телевизијској реклами, Цалгон се препоручује за заштиту грејача веша. Иако о овом алату постоји много различитих мишљења.

Како се ријешити размјера

Поред хемикалија за заштиту од каменца, користе се различити уређаји. Пре свега, то су магнетни претварачи воде. У моћном магнетном пољу кристали „тврдих“ соли мењају своју структуру, претварају се у пахуљице, постају ситнији. С таквих пахуљица вага је мање активна; већина пахуљица једноставно се испире млазом воде. То осигурава заштиту грејача и цевовода од каменца. Магнетне претвараче филтера производе многе стране компаније, такве компаније постоје у Русији. Такви филтери су доступни и типа утора и надземни.

Електронски омекшивачи воде

У посљедње вријеме електронски омекшивачи воде постају све популарнији. Споља све изгледа врло једноставно. На цеви је уграђен мали оквир из кога излазе жице антене. Жице су намотане око цеви и не морате чак да огулите боју. Уређај се може инсталирати на било које доступно место, као што је приказано на слици 7.

Слика 7. Електронски омекшивач воде

Једино што вам је потребно за повезивање уређаја је утичница од 220 В.Уређај је дизајниран за дуготрајно укључивање, није га потребно периодично искључивати, јер искључењем ће вода поново постати тврда, поново ће се формирати каменци.

Принцип рада уређаја своди се на емисију вибрација у распону ултразвучних фреквенција, које могу достићи и до 50КХз. Фреквенција осцилација се контролише помоћу контролне табле уређаја. Зрачење се производи у серијама неколико пута у секунди, што се постиже коришћењем уграђеног микроконтролера. Моћ колебања је мала, стога такви уређаји не представљају претњу по здравље људи.

Лако је одредити корисност инсталирања таквих уређаја. Све се своди на утврђивање колико снажно тече вода из водоводне цеви. Овде вам чак и нису потребни никакви уређаји за „абструкцију“: ако вам кожа постане суха након прања, на плочици се појаве беле мрље, прскају се воде у чајнику, веш машина се брише спорије него на почетку рада - тврда вода дефинитивно тече из славине. Све то може довести до квара грејних елемената, а самим тим и котлића или машина за прање веша.

Тврда вода не раствара разне детерџенте - од обичних сапуна до супер модерних детерџената за веш. Као резултат тога, морате да ставите више пудера, али то мало помаже, будући да се кристали соли тврдоће задржавају у ткивима, квалитет прања оставља много да се пожели. Сви наведени знакови тврдоће воде елоквентно указују на то да је потребно уградити омекшиваче воде.

Спајање и верификација грејних елемената

При повезивању грејача мора се користити жица одговарајућег пресека. Све зависи од струје која тече кроз грејач. Најчешће су позната два параметра. Ово је снага самог грејача и напон напајања. Да бисте одредили струју, довољно је да поделите снагу према напајању.

Једноставан пример. Нека постоји грејни елемент снаге 1 кВ (1000 В) за напајање од 220В. За такав грејач испада да је струја

И = П / У = 1000/220 = 4.545А.

Према табелама постављеним у ПУЕ, таква струја може да пружи жицу у пресеку 0,5 мм2 (11А), али да би се осигурала механичка чврстоћа боље је користити жицу са пресеком од најмање 2,5 мм2. Управо таква жица најчешће се напаја струјом до утичница.

Пре него што успоставите везу, треба да будете сигурни да је и нови, тек купљени ТЕН у добром стању. Пре свега, потребно је измерити његов отпор и проверити интегритет изолације. Отпор грејног елемента је врло једноставно израчунати. Да бисте то учинили, потребно је подесити напон напајања и поделити снагом. На пример, за грејач од 1000 В, овај израчун изгледа овако:

220 * 220/1000 = 48,4 охм.

Такав отпор треба показати мултиметером када га прикључите на прикључке грејача. Ако се спирала разбије, тада ће, наравно, мултиметар показати прекид. Ако узмемо грејни елемент различите снаге, отпор ће, наравно, бити другачији.

Да бисте проверили интегритет изолације, измерите отпор између било којег терминала и металног кућишта грејача. Отпор пуњача-изолатора је такав да би на било којем месту мерења мултиметар требало да покаже пробој. Ако се испостави да је отпор нула, спирала има контакт са металним кућиштем грејача. То се може догодити чак и са новим, који је управо купио грејни елемент.

Обично се користи за испитивање изолације специјални мегаохметар, али не увек и немају га сви при руци. Тако да је нормалан мултиметарски тест такође сасвим погодан. Барем таква провера мора бити извршена.

Као што је већ споменуто, грејни елементи се могу савити чак и након пуњења изолатором. Постоје разне врсте грејача: у облику равне цеви, у облику слова У, ваљане су у прстен, змију или спиралу.Све зависи од уређаја грејача у који је гријач требао бити уграђен. На пример, у проточном грејачу воде за веш машину, ТЕН-ови су уплетени у спиралу.

Неки ТЕНИ имају елементе заштите. Најједноставнија заштита је термички осигурач. Па, ако је изгорело, онда морате да промените цео грејач, али неће доћи до ватре. Постоји сложенији систем заштите који омогућава употребу грејача после његовог рада.

Једна од таквих заштита је заштита заснована на биметалној плочи: топлота од прегрејаног грејног елемента савија биметалну плочу, што отвара контакт и напаја грејни елемент. Након што температура падне на прихватљиву вредност, биметална плоча се продужава, контакт се затвара и грејач је поново спреман за рад.

ТЕНИ са регулатором температуре

У недостатку снабдевања топлом водом неопходно је користити котлове. Дизајн котлова је прилично једноставан. Ово је метални контејнер скривен у "крзненом капуту" од топлотног изолатора, на врху којег се налази украсна метална футрола. Термометар је уграђен у кућиште, а приказује температуру воде. Дизајн котла приказан је на слици 8.

Слика 8. Котао за складиштење

Неки котлови садрже магнезијум аноду. Његова намена је заштита од корозије грејача и унутрашњег резервоара котла. Магнезијум анода је потрошни материјал, а треба је повремено мењати током одржавања котла. Али у неким котловима, наизглед јефтине ценовне категорије, таква заштита није дата.

Као грејни елемент у бојлерима користи се грејач са регулатором температуре, дизајн једног од њих приказан је на слици 9.

Слика 9. ТЕН са регулатором температуре

Микропрекидач је смештен у пластичној кутији коју покреће сензор температуре течности (директна цев поред грејача). Облик гријача може бити најразличитији, на слици је најједноставнији. Све зависи од снаге и дизајна котла. Степен загревања се контролише положајем механичког контакта којим управља бела округла ручка која се налази на дну кутије. Постоје и терминали за довод електричне струје. Гријач је причвршћен навојем.

Влажни и суви грејачи

Такав грејач је у директном додиру са водом, па се овај грејач назива "мокрим". Радни век „мокрог“ грејног елемента је у року од 2 ... 5 година, након чега се он мора мењати. Опћенито, вијек трајања је кратак.

Да би повећали радни век грејног елемента и целог котла у целини, француска компанија Атлантиц током 90-их година прошлог века развила је дизајн „сувог“ грејног елемента. Једноставније речено, грејач је био сакривен у металној заштитној тиквици која је искључивала директан контакт са водом: грејни елемент се загрева унутар тиквице, која преноси топлоту води.

Наравно, температура у тиквици је много нижа од самог грејног елемента, па формирање каменца исте тврдоће воде није тако интензивно, што више топлоте прелази у воду. Радни век таквих грејача достиже 10 ... 15 година. Наведено важи за добре радне услове, нарочито стабилност напајања. Али чак и у добрим условима, „суви“ грејни елементи такође производе своје сопствене ресурсе и морају се мењати.

Овде се открива још једна предност технологије „сувих“ грејних елемената: приликом замене грејача нема потребе за дренирањем воде из котла, због чега треба да буде искључен из цевовода. Једноставно искључите грејач и замените га новим.

Атлантиц је, наравно, патентирао свој изум након чега је почео да продаје лиценцу другим компанијама. Тренутно друге компаније, на пример, Елецтролук и Горење, такође производе котлове са „сувим“ грејним елементом. Дизајн котла са „сувим“ грејним елементом приказан је на слици 10.

Слика 10. Котао са „сувим“ грејачем

Успут, на слици је приказан котао са грејачем од керамичког стеатита. Уређај таквог грејача приказан је на слици 11.

Слика 11. Керамички грејач

На керамичкој основи је учвршћена конвенционална отворена спирала жице високог отпора. Температура грејања спирале достиже 800 степени и преноси се у окружење (ваздух под заштитном шкољком) конвекцијом и топлотним зрачењем. Наравно, такав грејач који се користи за котлове може радити само у заштитној шкољци, на ваздуху је директно искључен директан контакт са водом.

Спирала се може намотати у неколико секција, што доказује постојање више терминала за повезивање. То вам омогућава да промените снагу грејача. Максимална специфична снага таквих грејача не прелази 9В / цм².

Услов за нормалан рад таквог грејача је одсуство механичких оптерећења, завоја и вибрација. Површина не сме бити контаминирана рђом или уљним мрљама. И, наравно, што је стабилнији напон напајања, без удараца и пренапона, то је трајнији грејач.

Али електрична технологија не мирује. Технологије се развијају, побољшавају, па се поред грејних елемената тренутно развија и успешно користи широк избор грејних елемената. То су керамички грејни елементи, угљенични грејни елементи, инфрацрвени грејни елементи, али то ће бити тема другог чланка.

Наставак чланка:Модерни грејни елементи