6 Методика виконання роботи

При експериментальному дослідженні залежностей потужності та струму у функції часу і температури, режим роботи водонагрівача задається викладачем. Показники приладу записувати в таблицю 2.1 через 10°С.

Таблиця 2.1 - Результати дослідження електродного водонагрівача

№	Виміряно							Розраховано
	Об'єм V, м³	Температура t, ºС	Струм I1, А	Струм I2, А	Струм I3, А	Напруга U, В	Час τ, С	Потужність Р, кВт	Середня потужність (Рср), кВт	ККД η, %

6.1 Методика обробки експериментальних даних.

Потужність водонагрівача:

Р = U(І₁ + І₂ + І₃). (2.1)

Середня потужність водонагрівача за інтервал спостереження, кВт:

Р_ср=0,5(Р_n+Р_к), (2.2)

де Р_n, Р_к - потужності водонагрівача на початку та в кінці інтервалу спостереження відповідно, кВт.

Коефіцієнт корисної дії:

η = V γ C(t_к-t_п)/P_срτ , (2.3)

де V - об'єм нагрівача, м³, V = 0,028 м³;

γ - густина води, кг/м, γ = 1000 кг/м;

С - теплоємкість води, кДж/кг°С, С = 4,19 кДж/кг°С;

t_к, t_п - кінцева та початкова температура води відповідно, °С.

7. Пояснення до роботи

7.1 Загальні відомості

В електродному водонагрівачі сама вода є середовищем, в якому електрична енергія перетворюється в теплову. Електричний струм протікає через воду від одного електроду до іншого і при цьому в ній виділяється кількість тепла, що обумовлюється законом Джоуля-Ленца, Дж:

Q=I² R t, (2.4)

де І - струм, що протікає через воду, А;

R - опір води, Ом;

t - час протікання струму, с.

При незмінній напрузі живлення, потужність залежить від площі електродів, відстані між ними, електричної провідності і числа фаз. Електродний водонагрівач є найпростішим електротепловим приладом, що легко може бути виготовлений на місці з дозволу проектних організацій і використаний для нагрівання води, необхідної для різноманітних господарських витрат.

Щоб уникнути електролізу й утворенню гримучої суміші електродний водонагрівач працює на змінному струмі. З цієї причини густота струму для плоских електродів припускається не більш 5000 А/м², а для циліндричних до 20000 А/м² .

Використовуються електроди з нержавіючої сталі, графіту, алюмінію, міді, оцинкована сталь не застосовуються. Особливість електродних водонагрівачів пролягає у тому, що в процесі нагрівання потужність їх збільшується в 3-4 рази. Це пояснюється тим, що питомий опір води змінюється зі зміною температури.

Припустимий градієнт напруги в міжелектродному просторі складає 1,0-2,5 кВ/м у залежності від питомого опору води. Більш висока напруженість призводить до пробою міжелектродного проміжку.

При роботі електродного водонагрівача на його корпусі може виникнути небезпечний потенціал. Особливо велика напруга доторку виникає при перегоранні одного або двох запобіжників і при незаземленому корпусі. Для запобігання виносу потенціалу - на виході і на вході водонагрівача, встановлюються гумові вставки. Крім того потрібно надійне заземлення корпусу водонагрівача.

У порівнянні з елементними водонагрівачами, електродні водонагрівачі значно простіші і дешевші. Але в зв'язку з тим, що при їхній експлуатації потрібні спеціальні заходи з техніки безпеки, вони мають обмежене застосування. Іншим істотним недоліком є залежність споживаної потужності в період нагрівання, що ускладнює автоматизацію процесу.

7.2 Призначення та технічні дані

Електронагрівач типу ЕПЗ-100 являє собою електродний пристрій для нагрівання води, що циркулює по замкнутому контуру. Електронагрівач призначений для нагрівання води в системах опалення і гарячого водопостачання будинків виробничого і культурно-побутового призначення житлових приміщень, а також може використовуватися в пересувних установках різноманітного призначення. Використання водонагрівачів з метою гарячого водопостачання потребує наявності теплообмінника у первинному контурі, в який включається водонагрівач, а з повторного – відкритого контуру проводиться добір гарячої води. Виходячи з необхідності вирівнювання графіку енергоспоживання енергосистем, найбільш перспективним. є використання водонагрівачів в теплофікаційних системах, що мають акумулятивні місткості. Технічні характеристики водонагрівача наведені в таблиці 2.1.

Маркування водонагрівача:

Е П З 100

потужність, кВт

замкнений контур

проточний

електродний

Таблиця 2.2 - Технічні характеристики електродного водонагрівача

Найменування показників	Показники
1. Номінальна потужність, кВт	100
2. Характеристика мережі живлення	380В, 50Гц
3. Схема з'єднання електродів	"зірка"
4. Номінальна температура води на виході, °С	95
5. Максимальна припустима температура води на виході, °С	130
6. Максимальний робочий тиск, атм	6
7. Діапазон регулювання потужності, %	від 10 до 100
8.Номінальний лінійний струм, А	152

7.3 Робота станції керування

Принципова електрична схема керування водонагрівачем ЕПЗ-100 передбачає: ручний і автоматичний режими роботи (перемикач SA відповідно в положенні 1або 2), підтримка заданої температури води (контакт давача SK1), захист установки, якщо температура води перевищує припустиму (контакт давача SK2), відключення водонагрівача з появою в нульовому проводі струму витоку, рівного 25 % фазного струму (реле КА), захист силових і допоміжних ланцюгів від струмів короткого замикання (запобіжники FU - рисунок 2.1).

У автоматичному режимі керування роботою нагрівача здійснюється манометричним терморегулятором (контакти SK2, SK3). Нагрівач відключається контактом SK3 при досягненні максимальної температури і включається контактом SK2 при зниженні температури до мінімального значення.

Схема передбачає аварійне відключення нагрівача при перегріві води на виході за допомогою манометра терморегулятора SK1, a також при перевищенні припустимого току в нульовому проводі за допомогою токовою реле КА.

Рисунок 2.1 - Електрична схема керування роботою водонагрівача ЕПЗ-100

Контрольні питання

1. Яка конструкція електродного водонагрівача?

2. Який принцип дії водонагрівача?

3. Які спеціальні заходи з техніки безпеки необхідно додержуватися при монтажі водонагрівача?

4. Який принцип роботи і яка схема вмикання трифазного електродного проточного водонагрівача?

5. Чому потужність стаціонарних (ємнісних) електродних водонагрівачів у процесі нагрівання росте, а потужність проточних завжди постійна?

6. Як змінюється питомий опір води від температури? У яких межах змінюється питомий опір води?

7. Які переваги і недоліки має електродний засіб нагрівання?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ДОСЛІДЖЕННЯ ІНДУКЦІЙНИХ НАГРІВАЧІВ З ВНУТРІШНІМ

ІНДУКТОРОМ