Пособие. Пособие. Титов. Содержание Введение. Значение электроотопительных систем и их виды Глава Централизованные электроотопительные системы
 Скачать 4.68 Mb.
|
|
Iсети=Pсети*Кп(А), где: Pсети — мощность сети, в кВт; Кп — коэффициент перевода равный: 1,52 -для сети 380 В или 4,55 — для сети 220 В. После расчета тока электросети принимаем ближайшее большее стандартное значение номинального тока УЗО: 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 20А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А и т.д., при этом рекомендуется принять УЗО с номинальным током на ступень выше рассчитанного, например, если в результате расчета ток сети составил 22 А, то ближайшим стандартным значением номинального тока УЗО будет 25 А, однако выбрать УЗО следует с номинальным током на ступень выше, т.е. 32 А. Мощность сети определяется путем суммирования мощностей всех электроприемников подключаемых в сеть, защищаемую рассчитываемым УЗО: Pсети=(P1+ P2…+ Pn)*Кс(кВт), где: P1, P2, Pn — мощности отдельных электроприемников (кВт); Кс — коэффициент спроса (Кс= от 0,65 до 0,8), для жилых и общественных зданий Кс=1. В качестве мощности сети можно принять максимальную разрешенную к использованию мощность, например из технических условий, проекта или договора электроснабжения при их наличии. Т.к. УЗО не имеет защиты от токов короткого замыкания, оно должно быть защищено установленным в цепи предохранителем или автоматическим выключателем. Номинальный ток УЗО так же можно выбрать исходя из номинального тока предохранителя или автоматического выключателя, при этом рекомендуется что бы номинальный ток УЗО был на ступень выше номинального тока аппарата защиты. Например: Вы определили расчетный ток сети, который составил 22А, из линейки стандартных номиналов: 4А, 5А, 6А, 8А, 10А, 13А, 16А, 25А, 32А, 40А, 50А, 63А, вы выбрали ближайшее значение номинального тока автоматического выключателя — 25А, тогда УЗО вам рекомендуется взять с номинальным током 32А. в) По дифференциальному току:Дифференциальный ток — это одна из главных характеристик УЗО которая показывает при какой величине тока утечки УЗО отключит цепь. В соответствии с пунктом 7.1.83. ПУЭ: Суммарный ток утечки сети с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети — из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника. Т.е. дифференциальный ток сети можно рассчитать по следующей формуле: ΔIсети=((0.4ˑIсети)+(0.01ˑLпровода)) ˑ3, (мА), где: Iсети — ток сети (рассчитанный по формуле выше),(А); Lпровода — общая длина проводки защищаемой электросети в метрах. Рассчитав ΔIсети принимаем ближайшее большее стандартное значение дифференциального тока УЗО ΔIУЗО: ΔIУЗО⩾ ΔIсети Стандартными величинами дифференциального тока УЗО являются: 6, 10, 30, 100, 300, 500мА Дифференциальные токи: 100, 300 и 500мА применяются для защиты от пожаров, а токи: 6, 10, 30мА — для защиты от поражения человека электрическим током. При этом токи 6 и 10мА применяются, как правило, для защиты отдельных потребителей и помещений с повышенной опасностью, а дифференциальный ток 30мА подходит для общей защиты электросети. 3.4 Назначение, устройство и выбор циркуляционного насоса. Все циркуляционные насосы для систем отопления делятся на два конструктивных типа: устройства с «сухим» ротором и насосы циркуляционные с «мокрым» ротором. В циркуляционных насосах первого типа, ротор не контактирует с жидкой рабочей средой – теплоносителем. Как правило, насосами данного типа оснащают отопительные системы промышленного назначения, в бытовых системах обогрева они используются достаточно редко. Циркуляционный насос для систем отопления, оснащенный ротором «мокрого» типа, – это устройство, крыльчатка и ротор которого находятся в постоянном контакте с теплоносителем (рис.3.26). Насосы для циркуляции с мокрым ротором — самый распространенный тип нагнетателей для системы отопления частного дома или квартиры. Устройства так названы из-за того, что работа узлов происходит непосредственно в теплоносителе. Мокрые системы отличаются стабильностью, отсутствием необходимости в обслуживании, низким шумомблагодаря таким особенностям работы, как: - размещение ротора в специальном стакане с уплотнительной или вихревой защитой от протечек;во время работы детали ротора, включая подшипники скольжения, находятся в воде или теплоносителе;непрерывная смазка и охлаждение частей конструкции.Чтобы в область ротора не попал воздух, насос оснащается выпускными отводами. Верхний предназначен для работы автоматизированной системы, а через отвод, находящийся в передней части корпуса спускают газ во время пусконаладочных операций или регулировки.   Рис.3.26 Общий вид и устройство одноступенчатого циркуляционного насоса с «мокрым» ротором: щелевая труба; 2 – корпус мотора; 3 – прокладка; 4 – вал с ротором; 5 – крышка; 6 – прокладка; 7 – статор; 8 – подшипниковая втулка; 9 – рабочее колесо; 10 – спиральный корпус Рабочая среда, в которой происходит вращение ротора и крыльчатки, выполняет роль смазки и охлаждающей жидкости. Статор и ротор насосов данного типа изолируются друг от друга при помощи специального стакана, изготовленного из нержавейки. Такой стакан, внутри которого располагаются вращающиеся в среде теплоносителя ротор и крыльчатка, защищает обмотку статора, находящуюся под напряжением, от попадания на нее рабочей жидкости. Правильный подбор циркуляционного насоса для системы отопления предполагает предварительную оценку следующих параметров как самого устройства, так и элементов системы обогрева, на которую его планируется установить: производительность насоса, которая характеризует, какой объем жидкости он в состоянии перекачать в единицу времени; Q = N/(T2 – T1), где Q – расход (производительность), N – мощность источника нагрева (отопительный котел), T1 – температура жидкости в трубах «обратки» контура отопления, T2 – температура в подающей части контура, т.е. после отопительного котла значение создаваемого напора теплоносителя (данный параметр характеризует, на какую высоту может быть поднята жидкость при помощи циркуляционной помпы); диаметр трубопровода, на котором будет устанавливаться насос; температура жидкости, циркулирующей по системе обогрева; 3.5 Способы управления электроотопительными системами Поддерживать температуру теплоносителя с помощью электроэнергии можно двумя способами: в ручном режиме; с помощью автоматики. В наше время большинство людей отказывается от ручного управления, выбирая второй метод. Для его использования необходимо иметь устройство, которое постоянно замеряет температуру и в зависимости от ее величины отключает или включает обогрев. С этой целью используются приборы (рис.3.27), которые постоянно осуществляют следующие функции: контроль температуры рабочей среды; передача и получение сигналов по каналам связи; обработка информации и формирование команды на исполнительную силовую часть; переключения электросхемы; обратная связь.  Рис.3.27 Поблочный принцип работы системы регулирования температуры помещения. Именно поэтому в электроотопительной системе присутствует не менее сложная система электронного управления и стабилизации мощности. За регулирование и управление процессом нагрева теплоносителя отвечает блок автоматики. В самом простом варианте это тиристорная схема. В нашем случае это отдельная плата. Блок управления представляет собой специальную схему гибрида ПИД регулятора (анализирует данные от различных датчиков котла и поддерживает постоянную установленную температуру), а так же регулятора мощности. Обеспечение безопасной, безаварийной, полностью автоматической программируемой работы в современных моделях, обеспечивает блок управления электрокотлом на базе микропроцессора. Сохранить работоспособность электрокотла во время скачков напряжения в сети помогает стабилизатор напряжения. Рассмотрим одну из таких схем, схему блока управления электрическим котлом отопления "ЭВАН ЭПО-7,5/220 B". Она может быть применена и для управления другими электронагревательными приборами. Блок управления сделан четырёхканальным с электронной коммутацией. Три канала управляют нагревателями с разносом по времени, что значительно снижает броски потребляемого от сети тока. Контактор используется лишь для аварийного отключения нагревателей в случае перегрева котла. Четвёртый канал управляет водяным насосом системы отопления. Предусмотрен режим быстрого разогрева котла до заданной температуры при выключенном насосе, с последующим его включением для подачи горячей воды в систему отопления. Система стабилизирует температуру воды на выходе из котла, хотя есть возможность переключиться на её стабилизацию на входе. Если подключить к блоку управления датчик температуры воздуха в помещении, система автоматически переходит в режим стабилизации этого параметра. Систему отопления включают и выключают выключателем SA1, подающим сетевое напряжение на модуль питания (рис.3.28). После этого начинают работать все остальные модули блока управления. Напряжение 220 В, через контактор KM1,поступаетнанагреватели ЕК1-ЕК3, автоматы защиты сети SA3-SA5 и модуль симисторных коммутаторов, управляемых сигналами, формируемыми в микроконтроллерном модуле.  Рис.3.28 Принципиальнаяэлектрическая схема блока управления котлом отопления "ЭВАН ЭПО-7,5/220 B". Цепь управления двигателем M2, приводящим в движение водяной насос, в которую входят автомат SA2 и один из каналов симисторного модуля, размыкание контактором KM1 не предусмотрено. Это необходимо, чтобы в случае аварийного отключения нагревателей насос продолжил работать, обеспечивая циркуляцию воды в системе отопления и её ускоренное охлаждение. Теплоотводы симисторов, коммутирующих нагреватели и насос, обдувает двухскоростной компьютерный вентилятор M1 типоразмера 80x80x20 мм с напряжением питания 12 В. К модулю симисторных коммутаторов подключены двухцветные светодиоды HL1-HL4. Их кристаллы красного цвета свечения включаются при подаче сетевого напряжения на входы соответствующих симисторных коммутаторов, а зелёные - при открывании их симисторов. В последнем случае цвет свечения светодиода становится жёлтым, это сигнализирует о том, что на нагреватель или насос сетевое напряжение подано. Диоды VD1-VD8 защищают светодиоды от обратного напряжения. Датчики температуры воды на выходе из котла (BK1), на его входе (BK2), а также температуры воздуха в отапливаемом помещении (BK3) подключены к микроконтроллерному модулю через модуль питания и межмодульных соединений. На выводах датчиков BK1 - BK3 смонтированы детали фильтров (соответственно R1C1, R2C2, R3C3). Термовыключатель SF1 сигнализирует о недопустимом перегреве воды. Контакты термовыключателя SF1 замыкаются, когда температура воды в котле достигает 92 оС, что приводит к немедленному отпусканию якоря контактором KM1 и выключению всех нагревателей. Размыкаются контакты выключателя SF1 при понижении температуры воды до 87 оС. Для анализа сигналов датчиков и формирования сигналов управления нагревателями и другими устройствами системы применён универсальный микроконтроллерный модуль DD1со специально разработанной программой. В схеме, подключаемого к микроконтроллерному модулю, модуля светодиодной индикации и управления (рис.3.29) установлены трёхразрядные семиэлементные светодиодные индикаторы HG1 - HG3 с общим катодом, на которые выводятся сведения о работе котла. Они зависят от выбранного режима работы системы отопления. Информацию для отображения на индикаторах HG1-HG3 микроконтроллер формирует в виде последовательного 24-разрядного кода, который три соединённых последовательно восьмиразрядных сдвиговых регистра преобразуют в параллельный код, подаваемый на аноды элементов индикаторов.  Рис.3.29 Схема модуля светодиодной индикации и управления Первый из этих регистров находится в микроконтроллерном модуле (DD2). Он обслуживает индикатор HG1. Два других (DD1 и DD2) обслуживают соответственно индикаторы HG2 и HG3. Первым в 24-разрядный регистр загружается значение старшего разряда регистра DD2, последним - значение младшего разряда регистра DD2 микроконтроллерного модуля. Светодиоды HL1-HL3 модуля индикации отображают сформированные микроконтроллерным модулем сигналы управления нагревателями, соответственно ЕК1, ЕК2 и ЕКЗ. Светодиод HL4 включается, когда температура воды в котле падает, а HL5 - когда она растёт. С помощью кнопок SB1-SB4 переключают режимы работы системы и изменяют их параметры. Схема модуля симисторных коммутаторов представлена на рис.3.30. В схеме четыре одинаковых канала. Позиционные обозначения элементов каждого из них снабжены префиксами, совпадающими с номерами каналов. Управляющие сигналы, сформированные микроконтроллерным модулем, поступают через разъём X1 на излучающие диоды симисторных оптронов 1U1-4U1, обеспечивающих гальваническую развязку между управляющими и исполнительными цепями.  Рис.3.30 Схема модуля симисторных коммутаторов Применённые оптроны MOC3063 имеют узлы привязки моментов открывания фотосимисторов к моментам перехода приложенного к ним напряжения через ноль. Это значительно уменьшает уровень коммутационных помех. Исполнительные элементы коммутаторов - мощные симисторы 1VS1-4VS1, установленные на теплоотводах, которые обдувает вентилятор M1 (см. рис. 3.28). Узел управления этим вентилятором, подключаемый к разъёму X3, собран на транзисторе VT1. Сигнал включения вентилятора поступает от микроконтроллера на разъём X2 одновременно с появлением на X1 сигнала, включающего любой из нагревателей, а снимается, спустя установленное время, после выключения последнего из работавших нагревателей. Это обеспечивает быстрое охлаждение нагревшихся симисторов. Все силовые входы (через резисторы 1R5-4R5) и выходы (через резисторы 1R6-4R6) каналов коммутации соединены c разъёмом XP4. К разъёму XP4подключают светодиоды-индикаторы. Вместе с этим, на входыкоммутаторов (контакты XT1-XT4), подается сетевое напряжение и одновременно обеспечивается его появление на контактах разъёма X5, к которым подключены нагреватели и насос. На рис. 3.31 изображена схема модуля межмодульных соединений и питания маломощных узлов. Трансформатор Т1 понижает сетевое напряжение 220 В до 15 В, которое затем выпрямляет диодный мост VD1. После сглаживания пульсаций конденсаторами С2 и С3 выпрямленное напряжение стабилизируют интегральные стабилизаторы DA1 и DA2. Первый выдаёт напряжение 12 В для питания реле K1 и вентилятора М1 (см. рис. 86), второй - 5 В для питания микроконтроллерного модуля. В модуле питания находится также узел управления контактором аварийного отключения нагревателей, состоящий из транзистора VT1 и реле K1.  Рис.3.31 Схема модуля межмодульных соединений и питания маломощных узлов Разъём ХЗ соединяют с микроконтроллерным модулем, а Х4 - с датчиками температуры. На разъём Х5 выведены сигналы управления нагревателями и насосом, а также питающие напряжения для модуля коммутации.Детали каждого модуля блока управления котлом монтируют на отдельной печатной плате. В изделиях, оснащенных микропроцессорным блоком управления котла, все возможности и свойства зависят от используемого процессора и заложенной в него программы производителем. Они очень надежны, так как в них предусмотрена защита от размораживания системы отопления при выходе из строя датчика, защита от перегрева, работа насоса, температура энергоносителя автоматически регулируется еще более плавно и точно за счет дополнительных настроек, таких как управление температурой жидкости в теплотрассе по двум каналам, доступна установка гистерезиса что увеличивает срок службы нагревателя и предотвращает ложное срабатывание. Есть модели со ступенчатой регулировкой мощности, которые в автоматическом режиме снижают нагрузку на сеть, если есть ограничение по мощности электросети. Сегодня в обычных моделях электрических котлов роль блока управления выполняет интегрированный термостат и терморегулятор, которые задают температуру теплоносителя. Терморегулятор для электрокотла отопления может быть механическим (прямого действия) и электронным, проводным и беспроводным. Каждый тип термостатов имеет свои преимущества и недостатки. Первый вид, терморегуляторов прямого действия (рис.3.32), работает по принципу изменения геометрических размеров биметаллической пластины.  Рис.3.32 Принцип работы биметаллической пластины При нагреве биметалл изгибается и размыкает контакты, отключая электропитание. После остывания пластин схема возвращается в рабочее состояние. Составные пластины из двух металлов с разными коэффициентами линейных температурных расширений применяются в маломощных устройствах на тепловых реле различных конструкций. Из-за медленной реакции металлов на температурные изменения разработаны альтернативные конструкции терморегуляторов. Одна из них – механический термостат с газонаполненным датчиком (рис.3.33).  Рис.3.33 Механический термостат с газонаполненным датчиком При повышении температуры газ в междисковом пространстве расширяется и разъединяет диски. При этом тот из них, что находится внутри, нажимает на микропереключатель в средней части термостата, размыкая цепь. Нагрев прекращается. Когда температура снижается, сжимается и газ, вновь приближая диски друг к другу. Внутренний диск отдаляется от микропереключателя. Контакт замыкается, включая нагрев. Иногда в них используются не газы, а летучие жидкости с низкой температурой кипения. Например, разбавленный спирт. В конструкцию, другого вида, терморегулятора прямого действия (рис.3.34) входят: сильфон с рабочей тепловой средой; термобаллон; корпус; золотник с клапаном и штоком; регулировочный орган  Рис.3.34 Механический терморегулятор: 1 – сильфон; 2 – термобаллон; 3 – корпус; 4 – золотник с клапаном и штоком; 5 – регулировочный орган Все устройство монтируется в трубопровод подачи горячей воды, воспринимает ее температуру. При нагреве рабочая среда расширяется и воздействует на клапан, который перемещается, перекрывая проходное сечение магистрали. При охлаждении теплоносителя клапан возвращается на место. Терморегуляторы прямого действия производят замер температуры воды, циркулирующей по системе обогрева для ее регулирования. Этот способ только косвенно поддерживает тепло в помещениях, не учитывает его истинное значение. Модели с механическим блоком управления (термостатом) обладают большой погрешностью. В электрических котлах, оснащенных блоками электронного управления, все тоже что и для механических, единственное отличие - погрешность составляет около 10C. Для повышения экономичности работы системы предусмотрено подключение воздушного терморегулятора. Это сложная система, способная поддерживать нужную температуру в помещении продолжительный промежуток времени без вмешательства человека. Подобная автоматика для электрокотлов отопления состоит из выносного датчика и блока управления. Последний непосредственно влияет на работу котла. Выносной датчик подключается к нагревательному элементу через провода либо дистанционно. Роль органов чувств в данной системе выполняют датчики температуры, данные от которых поступают в контроллер. Цифровой термостат является электронной версией механического термостата. Вместо механического датчика может быть установлен термистор – резистор, меняющий свое сопротивление по отношению к температуре, или термопара. Сигнал поступает в электронный модуль, где обрабатывается, и оттуда поступают команды на включение и отключение нагрева или охлаждения. Преимуществом электронного термостата является более точный контроль температуры.Таким образом автоматика постоянно мониторит температуру на улице, в помещении, в системе отопления, и на основе этих данных производит корректировку распределения тепла. Электронные терморегуляторы (рис.3.35) оснащены дисплеем, бывают - программируемые и обычные.Все они нуждаются в электропитании.  Рис.3.35 Электронные терморегуляторы, общий вид. Первые снабжаются электроэнергией с помощью блоков питания схемы, а вторые работают от встроенных батареек или аккумуляторов. Для экономии их энергии часто используется прерывистый режим, когда воздушный термостат в течение долей секунды осуществляет замеры и передает их логическому блоку (рис.3.36), а затем выключается на несколько минут. Следующие замеры повторяются по аналогичному циклу.  Рис.3.36 Принцип беспроводного управления электрокотлом. В блоках беспроводного управления электрокотлами обязательно предусмотрена совместная работа с внешними управляющими устройствами: комнатный индикатор температуры или терморегулятор воздуха в помещении (программируемые и обычные); GSM модуль для удаленного управления и контроля параметров отопления. GSM модуль – это компактный прибор, с собственной SIM-картой любого оператора, позволяющий управлять климатом в помещении с любого телефона, планшета или ПК. На телефон, в зависимости от сделанных настроек, будут приходить или короткие СМС–уведомления с различной информацией и указаниями по изменению настроек отопительного котла, или поступать телефонные звонки с различной информацией о работе системы отопления. GSM – контроль отопления позволяет удаленно: принимать отчеты о температуре в помещении; получать оповещения о текущем состоянии отопительного оборудования; изменять режим работы системы, повышая или понижая температуру, в том числе и отдельно в каждом помещении. На телефон устанавливается специальное мобильное приложение (есть версии и для Android, и для iOs, и для Windows Phone), позволяющее напрямую дистанционно управлять практически всеми параметрами работы отопительного котла. GSM модуль управления отоплением – это, как бы компьютер, состыкованный с внешними датчиками и имеющий возможность для изменения режимов работы системы отопления. Естественно, модуль должен находиться в зоне уверенного приема операторов мобильной связи. GSM модули в своей работе, как правило, используют облачные сервисы, поэтому всегда будет возможность проконтролировать или изменить параметры работы системы отопления через интернет (то есть не отправляя управляющие СМС-ки или телефонные звонки), воспользовавшись планшетом, персональным компьютером или смартфоном, зайдя на сайт производителя модуля с помощью своего логина и пароля. Можно сделать вывод, что GSM модуль управления отоплением может работать в нескольких режимах: автоматическом, когда по сигналам от установленных датчиков контроллер поддерживает заданные режимы по заданной программе; СМС управление отоплением, когда система отопления управляется посредством отправки СМС. В этом случае при поступлении новых данных, например о температуре в помещении, контроллер принимает их к исполнению и начинает поддерживать в автоматическом режиме уже их; предупреждающем, посредством отправки тревожных сообщений о текущем состоянии дома (утечка теплоносителя, прорыв системы водоснабжения и т.д.); дистанционного управления другими устройствами, подключенными к модулю GSM (полив, освещение, сигнализация и т.д.). Сокращения ВА - выключатель автоматический ВДТ - выключатель дифференциального тока ДА - дифференциальный автомат КЗ - короткое замыкание УЗО - устройство защитного отключения УДТ - устройство дифференциального тока НЭ - нагревательный элемент ПЛЭН - пленочный лучистый электронагреватель ТЭН - трубчатый электрический нагреватель Список используемой литературы: 1. Казаков В.А. Электрические аппараты. Учебное пособие.-М.:ИП РадиоСофт, 2009, 372 с.:ил. 2. Киба В. Н. Универсальный микроконтроллерный модуль с графическим ЖКИ. - Радио, 2010, № 3, с. 28-30. 3. ГОСТ Р МЭК 60800-2012 «Кабели нагревательные на номинальное напряжение 300/500В для обогрева помещений и предотвращения образования льда». 4. Правила устройства электроустановок. 5. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Интернет ресурсы 1.https://koterm.ru/catalog/jelektricheskij_kotel_otoplenija/?yclid=18280579739165429800; 2. https://lobnya.xl-pipe.ru; 3. http://uchebniksantehnika.ru |