Автоматизація електричних установок для підігріву води

Електронагрівальні установки широко застосовуються в сільськогосподарському виробництві завдяки їхнім перевагам, основні з який наступні: постійна готовність до дії і виключення використання вогневих котелень зі спеціальними приміщеннями для котлів і сховищ палива, транспортування палива і золи; можливість повної автоматизації процесів нагрівання; поліпшення санітарно - гігієнічних умов обслуговуючого персоналу; полегшення в розподілі теплоти по великих територіях; зменшення собівартості теплової енергії і пожежної небезпеки.

Для підігріву води використовують установки як прямого нагрівання шляхом пропущення струму через воду, так і непрямого нагрівання за допомогою теплових електронагрівальних елементів (ТЕНів), а також установок індукційного і діелектричного нагрівання, хоча останні в сільському господарстві використовуються рідко.

Перевагами прямого електродного нагрівання полягають в простоті пристрою, великої швидкості нагрівання і високому КПД.

У сільському господарстві для підігріву води для поїння тварин і технологічних потреб використовують елементні електроводонагрівач низького тиску — термоси типу УАП (ВЕТ) з місткістю резервуара від 50 до 1000 л, проточні електроводонагрівачи типу ЕПВ продуктивністю від 80 до 200 л води в 1 г. з температурою нагрівання до 95 °С, ВЕП-600 із продуктивністю 600 л теплої води в годину й інші.

Для одержання гарячої води і пари застосовуються електродні котли типів: КЕВ (котел електродний водогрійний), КЕВЗ (із замкнутим контуром) потужністю від 10 до 6000 кВт, ЕПЗ (електродний прямоточний із замкнутим контуром), КЕПР (котел електродний паровий регульований) потужністю 160, 250, 2500 і 5000 кВт, ЕКП (електродний котел парової) потужністю 100, 300 кВт і вище й інші.

Для електропідігрівання повітря у тваринництві до 50°С використовують стаціонарні електрокалориферні установки типу СФОА з потужністю від 5 до 100 кВт.

Практично для всіх водогрійних електроустановок динамічні властивості описуються передатною функцією аперіодичної ланки другого порядку.

Автоматичне керування електроводонагрівачами здійснюється по температурі, а електропаровими ще і по тиску пари. Схеми керування розглянемо на прикладах автоматизації елементних і електродних водогрійних і парових установок, тому що вони не мають відмінностей від інших типів електронагрівальних установок. Перш ніж включити в мережу елементні водонагрівачі, їхній обов'язково варто заповнити водою, інакше перегорять нагрівальні елементи. Електродні водонагрівачі не мають цієї особливості.

Водонагрівник ВЕТ-400 під'єднується до електромережі 380/200 В. В станції керування встановлені автоматичний вимикач, магнітний пускач, аварійний вимикач і додатковий опір (рис. 7.8).

Схема працює так. Якщо вода в резервуарі холодна і контакти терморегулятора SК замкнені, то досить ввімкнути автомат QF і вимикач SА, як спрацьовує магнітний пускач KM і подає напругу на нагрівні елементи ТЕН. Одночасно замикаються контакти КМ2. Коли вода нагрівається до розрахункової температури (80—90 °С), контакт термореле розімкнеться, але котушка магнітного пускача залишиться під напругою через замикаючий контакт КМ2 і додатковий опір R. Нагрівання води триває доти, поки не замкнеться замикаючий контакт SK. Тоді котушка магнітного пускача KM буде закорочена і знеструмлена, пускач розімкне свої контакти і нагрівання води припиниться. Нагрівання води до 80 °С триває приблизно 4 год.

Рисунок 7.8. Принципова електрична схема автоматизації водонагрівника ВЕТ-400

На рисунку 7.9 приведена електрична схема керування водонагрівачем типу УАП. Він призначений для нагрівання води до 90 °С і виконаний у виді сталевого звареного резервуара з патрубком для гарячої води. Водонагрівач підключають до водопроводу з надлишковим тиском не менш 50 кПа, під дією якого гаряча вода витісняється через патрубок. Автоматичне керування елементними нагрівачами (ТЕНи) здійснюється за допомогою контактного термометра, контакти SK якого при високій температурі води шунтуют обмотку реле KV. Реле KV відключає обмотку магнітного пускача КМ, а останній — електронагрівники ЕК. Повторне включення електронагрівника відбувається при зниженні температури води на 5°. Діод VD поставлений для полегшення роботи контактів SK. У більш потужніших водонагрівачів типу УАП ТЕНи встановлюють у двох зонах резервуара — у нижній і верхній. Кожною групою ТЕНів керує свій термодатчик.

Аналогічно побудовані і працюють схеми керування електроводонагрівниками - термосами ВЕТ-800 і ВЕТ-1600. На відміну від попередньої схеми ці водонагрівники мають по два комплекти нагрівних елементів і можуть працювати у трьох режимах: форсований (ввімкнені дві групи електронагрівників), акумуляційний (ввімкнена нижня група нагрівників) і швидкісний (ввімкнена верхня група нагрівників). Електронагрівники типу УАП за призначенням і принципом дії аналогічні водонагрівникам типу ВЕТ. УАП 400/0,9-М1 має один нагрівальний блок, а в УАП 800/0,9-М1 і УАП 1600/0,9-И1 встановлені по два блоки нагрівників.

Рисунок 7.9. Принципова електрична схема керування водонагрівача типу УАП

У шафі станції керування (рис. 7.10) встановлені автоматичні вимикачі QF1 і QF2, магнітні пускачі, пакетні вимикачі SA1 і SA2 для вимикання кіл керування, сигнальні лампи HL1 і HL2. Як датчик температури використовують термореле ТР-200. При подачі напруги на схему за допомогою автоматів QF1 і QF2 і при ввімкнутих пакетних вимикачах SA1 і SA2 вмикаються спочатку проміжні реле KV1 і KV2, а за ними магнітні пускачі КМ1 і КМ2, що подають напругу на нагрівні елементи ЕК1 і ЕК2.

Передбачена робота нагрівників по трьох режимах: форсований (ввімкнені обидві групи нагрівників); акумуляційний (ввімкнена лише нижня група нагрівників потужністю 12 кВт «Зона 1») і швидкісний (ввімкнена лише верхня група нагрівників потужністю 6 кВт «Зона 2»). Керування першою групою нагрівників здійснюється за допомогою термореле SK1, а другою—SK2 типу ТР-200.

На рисунку 7.11 приведена схема керування проточного водонагрівача ЕПВ-2А.

Проточні водонагрівачі забезпечують гарячою водою відразу після включення. Вони мають погану теплоізоляцію і малу місткість, отже, не здатні зберігати теплоту води. Вода через водонагрівач повинна проходити безупинним потоком.

Рисунок 7.10. Принципова електрична схема електроводонагрівника типу УАП-800

Рисунок 7.11. Принципова електрична схема керування проточним водонагрівачем ЕПВ-2А

Схема керування здійснює двохпозиційне релейне регулювання температури води за допомогою контактів SK1 і SK2 термодатчика. При підвищенні температури води до заданого верхнього значення замикаються контакти SK2, відкривається тріод VT і включається реле KV, що своїми контактами відключає за допомогою магнітного пускача КМ електронагрівник ЕК. При зниженні температури води спочатку розмикаються контакти SK2, а потім при нижнім значенні температури розмикаються контакти SK1, тріод VT закривається, реле KV знеструмлюється і своїми контактами включає магнітний пускач електронагрівників ЕК.

Рисунок 7.12. Технологічна схема електронагрівника ВЕП-600.

Схемою автоматизації водонагрівача ВЕП-600 передбачається підтримка заданої температури води в автопоїлках корівника до 200 корів (рис. 7.12). Водонагрівач складається з проточного нагрівального бака 1 із запобіжним клапаном 2, термометром 3, термодатчиком SK1 і нагрівального блоку 7. Циркуляція води здійснюється за допомогою насоса 6, що направляє теплу воду (20°C) з бака 1 до автопоїлок на ферму ВРХ. Невикористана в автопоїлках вода повертається в бак 1. Її температура контролюється термодатчиком SK2 встановлюваним в самій холодній зоні системи поїння. Електроустаткування ізолюється від водопроводів ізоляційними вставками - трубками 5. Перекриття водопотоків здійснюється запірними вентилями 4.

Схема керування (рис 7.13) працює аналогічно схемі ЕПВ-2А. При малій температурі контакти SK1 і SK2 термодатчиків замкнуті, реле KV1 і KV2, а також магнітні пускачі КМ1 і КМ2 включені. При підвищенні температури води в баку розмикається контакт SK1, тріод VT1 закривається, реле KV1 відключається і відключає своїм контактом магнітний пускач КМ1 електронагрівника ЕК. У такий же спосіб діє на відключення пускача КМ2 насоса термореле SK2. При зниженні температури зворотної води контакти SK2 замикаються, тріод VT2 відкривається, спрацьовує реле KV2 і включає магнітний пускач КМ2 електронасос, завдяки цьому охолоджена вода в автопоїлках заміняється на теплу з бака. Ручне включення і відключення установки ВЕП здійснюється перекладом перемикача SA відповідно в положення Р и О.

Рисунок 7.13. Принципова електрична схеми керування електронагрівником ВЕП-600.

У сільському господарстві поширені не тільки елементні, а і електродні електроводонагрівники.