Com connectar una caldera de calefacció elèctrica: diferències entre diferents esquemes

Per escalfar un edifici residencial individual, s’utilitzen cada vegada més els sistemes que utilitzen la transferència de refrigerant líquid a través de les canonades per escalfar bateries, en què la calor es transfereix a l’aire que l’envolta i el retorn del líquid refredat per a posterior escalfament.

En aquest cas, generalment s’entén una caldera com un recipient metàl·lic tancat en el qual s’escalfa el refrigerant i el terme “elèctric” defineix el tipus d’energia que s’utilitza.

Segons el principi de l’ús de l’electricitat, les calderes són:

1. calefacció indirecta;

2. acció directa;

3. tipus d’inducció.

Tenen un disseny completament diferent, difereixen en graus de seguretat, requereixen una actitud diferent quan es connecta al cablejat.

Caldera elèctrica indirecta

El terme "acció indirecta" es refereix a l'escalfament indirecte realitzat per un corrent elèctric que passa per un element de calefacció amb una resistència purament resistent. Com a resultat d'aquest fenomen, segons la llei Joule-Lenz, puja la temperatura d'un conductor especialment col·locat en un líquid.

La calor alliberada a la resistència és eliminada pel transportador de calor. Elements de calefacció tèrmica, o tal com s’acorten com TENY, estan disponibles en diferents capacitats per funcionar en circuits de corrent alterna o de corrent continu amb diferents tensions.

Funcions de disseny

A l'interior de la carcassa metàl·lica de la caldera, es munten elements de calefacció elèctrics, rentats pel refrigerant.

Consisteixen en un cos tubular de metall tancat amb un fil d’aliatge de nichrom muntat al seu interior, amb una certa resistència elèctrica i capaç de suportar la potència de calefacció.

Aquest fil, amb els dos extrems, es munta a l’interior d’un tub metàl·lic i es connecta a connectors de sortida realitzats per fil de cargol per connectar cables elèctrics.

La cavitat entre el cos del tub i el fil de nichrom està separada per una capa de material conductor de calor amb altes propietats dielèctriques: un tipus especial de sorra. Els extrems de l’element estan segellats i estan equipats amb puntes per muntar a la tapa de la caldera.

Per tant, un escalfador de funcionament té una certa resistència elèctrica, que es pot mesurar amb un ohmetre o testador ordinari, o es pot calcular a partir del valor de potència indicat sobre el cas.

Per exemple, un convertidor de tensió d’1 kW consumeix un corrent d’amperis I = 1000/220 = 4,54 quan funciona a una tensió de 220 volts i té una resistència elèctrica de R = 220 / 4,54 = 48,5 Ohm.

El segon paràmetre sanitari de l’escalfador és la qualitat de la resistència d’aïllament entre el fil conductor de nichrom i la carcassa. Per mesurar-lo, heu d'utilitzar un dispositiu especial: megaohmmeter.

Per a la calefacció domèstica, normalment s’utilitzen models de 220 volts amb una potència de càrrega de l’ordre d’un quilowatt. Quan es necessita una quantitat més gran de calor, els elements de calefacció es recullen en cadenes paral·leles en una xarxa monofàsica o es connecten en grups idèntics en una xarxa trifàsica.

A la caldera es realitzen dues brides per a la comunicació amb les línies de refrigeració:

1. A l’entrada inferior, es bombeja un raig d’aigua freda;

2. el líquid escalfat surt de la sortida superior.

Quan el corrent passa per la resistència de l’element calefactor, s’allibera calor, que es transmet a través de la capa d’aïllament a la carcassa metàl·lica i s’elimina de l’element calefactor pel flux de refrigerant. Degut a això, quan es treballa, es crea un equilibri entre la calor alliberada per l’energia elèctrica i el líquid eliminat bombat a través de la caldera.

Cada element de calefacció amb la seva part de treball ha d’estar completament immers en el líquid per tal que l’eliminació de calor passi de manera eficaç i uniforme. Si es viola, per exemple, a causa de la formació d’una congestió d’aire o d’una fuita de líquid, que va provocar una disminució del seu nivell a la caldera, és possible que el fil, l’aïllament o l’allotjament de l’element calefactor es cremin i es destrueixin.

Una senzilla caldera elèctrica casolana del vídeo:

 

Esquema de connexió hidràulica

La caldera elèctrica indirecta indirecta es fabrica a la fàbrica en un bell edifici modern que pot:

• instal·lar al terra de l’habitació;

• penjar a la paret.

Després d’estar ben fixat a la construcció de l’edifici, es recull el circuit hidràulic del sistema de calefacció de l’habitatge.

Per al seu ús:

• radiadors de calefacció connectats per cadenes paral·leles entre les línies de pressió i drenatge (retorn) del transport del refrigerant;

• dipòsit d'expansió, dissenyat per drenar bombolles d'aire del líquid bombat;

• vàlvules de tancament, que permeten canviar el circuit hidràulic en diversos modes de funcionament;

• bomba de circulació de circuit tancat;

• vàlvula: pressió posterior, seguretat, desviació;

• sensors del sistema de control dels principals processos tecnològics;

• equips d'automatització, lògica de control i proteccions.

Si la bomba de circulació queda exclosa del funcionament, el circuit pot funcionar a causa de la circulació natural, quan el transport de calor freda baixa i la calefactiva puja. Tanmateix, això requerirà un càlcul tèrmic i hidràulic complex, que, a més, requerirà una configuració addicional d’equips.

La bomba sempre proporciona un ràpid bombeig del refrigerant al llarg de la xarxa i augmenta l'eficiència de calefacció.

Caldera elèctrica d’acció directa

El terme "acció directa" significa que per assegurar la calefacció, es crea una ruta perquè el corrent elèctric passi directament pel líquid refrigerant límit superant qualsevol element intermedi.

Per això, els elèctrodes de subministrament de fase i funcionament de zero es munten directament a la línia d'aigua bombada a través del cos de la caldera. Atès que la seva resistència específica depèn fortament de la concentració de sals dissoltes, el grau de puresa del refrigerant afecta la magnitud del corrent elèctric de pas i el grau de calefacció.

Funcions de disseny

Els dispositius d’acció directa en la seva forma i dimensions difereixen significativament de la definició clàssica de la paraula "caldera". El seu cos està fabricat en forma de segment d'una canonada ordinària, equipada amb:

1. broquets per a la connexió amb les línies de pressió i retorn;

2. Connectors de fase i funcionament zero per a la connexió als elèctrodes del circuit elèctric.

A causa d’això, les dimensions del dispositiu són de mida i pes força reduïdes, cosa que estalvia significativament l’espai a la sala de les calderes en comparació amb anàlegs d’acció indirecta.

El corrent elèctric que passa pel refrigerant a través dels elèctrodes només està limitat per la resistència de la salmorra, que depèn de diverses característiques de funcionament, i en algun moment pot superar el valor nominal.

Com que la calor generada per l’electricitat es genera directament al refrigerant sense pèrdues de transmissió a través d’altres suports addicionals, la reducció de potència del circuit en consideració és inferior a l’anterior i l’eficiència és més alta.

A causa de la simplicitat de les estructures mecàniques, aquests dispositius són bastant barats, que és el seu avantatge. En aquest cas, un dels elèctrodes s’ha de col·locar directament sobre el cos de la canonada i el segon s’ha d’incorporar al flux de refrigerant.

El mètode d’elèctrodes per escalfar el líquid requereix la creació d’un medi especial per al pas de corrent elèctric - salmorra. Quan s'utilitza en dispositius domèstics, apareixen els següents desavantatges:

• el refrigerant en forma de solucions líquides entra en processos electroquímics amb tots els materials metàl·lics. Quan s’utilitza alumini, el cos del radiador es corroeix en pocs anys i les estructures de ferro colat duren una mica més, però també s’obstrueixen constantment i requereixen neteja;

• les bombes de circulació dels sistemes de calefacció estan dissenyades per funcionar en un entorn d’aigua neta o anticongelant amb diversos additius anticorrosió. No es van dur a terme proves dels seus dissenys per a operacions a llarg termini en salmorra.

Diagrama de cablejat

Fonamentalment, el sistema de calefacció hidràulic d’una caldera d’acció directa no és diferent d’un circuit de calefacció indirecte. Com abans, una canonada d’aigua freda es munta a la canonada d’entrada i s’instal·la una línia de pressió calenta al tub de sortida.

Els elements restants del circuit, depenent de les tasques de calefacció locals, poden copiar completament el disseny anterior.

Les dues imatges mostren la disposició més simple i típica dels elements del circuit hidràulic. Un disseny real creat per a condicions específiques de calefacció del local sempre tindrà algunes desviacions i addicions.

Molt sovint no s’utilitza un circuit reduït d’un sol circuit, sinó un mínim format per dos grups amb òrgans executius i directius independents. Un exemple senzill és un circuit addicional que produeix aigua calenta amb finalitats domèstiques, per exemple, al bany i la cuina.

Caldera elèctrica tipus inducció

Per escalfar el refrigerant, aquest disseny utilitza corrents de difusió Foucault induïts en un element especial de calefacció: un inductor.

Funcions de disseny

La tensió d'alimentació es subministra a la bobina d'una bobina feta d'un fil elèctric aïllat. A causa del fenomen d'inducció, els corrents d'inducció que passen per un circuit tancat són induïts al nucli magnètic del nucli. En aquest cas, s’escalfa el metall inductor.

El refrigerant líquid es bombea constantment per aquest espai i elimina la calor al sistema hidràulic.

Durant el funcionament de la caldera d’inducció, es produeixen petites vibracions de l’inductor, que protegeixen les parets de la formació d’escala.

Quan s’utilitzen corrents de freqüència industrial, s’obtenen construccions d’impressionants dimensions. Per reduir les dimensions i el pes de la caldera, s’utilitza una conversió de tensió d’alta freqüència fins a 1 ÷ 20 kHz, que forma el camp magnètic corresponent.

La caldera d’inducció es pot col·locar en una caixa de protecció amb un bon aïllament.

Garantir condicions de funcionament segures per a calderes directes i indirectes

Quan es compara el principi de funcionament d’un element calefactor amb una descàrrega elèctrica de corrent en un refrigerant, es creen diverses condicions per a la seva aplicació quan, per a tot tipus de calderes, la carcassa és de metall i s’omple amb un líquid conductor.

Quan s'utilitza un element calefactor, el corrent que flueix a través d'un filament nichrome, queda aïllat de la carcassa per una capa dielèctrica, cosa que no permet que el potencial de fase passi a la caixa.

En una caldera de calefacció directa, es genera corrent al refrigerant en contacte amb la superfície del cos de la caldera. Com a resultat, hi ha un potencial de fase que, que incompleix algunes normes de seguretat, crea el requisit previ perquè una persona tingui lesions elèctriques.

Encara no s'han resolt els problemes de disseny de proteccions elèctriques d'alta velocitat per a aquestes estructures. L’ús de dissenys de RCD convencionals o diflavtomats que controlin l’aparició de corrents de fuita al circuit no té sentit, perquè funcionen constantment, bloquejant el subministrament del potencial de fase a l’allotjament.

En els dissenys de calderes indirectes, l’ús de RCD és força raonable i adequat. No permetrà que una persona caigui sota l’acció del potencial de fase. Això es pot entendre amb l'ajut de fotografies explicatives.

En condicions de funcionament normals, el corrent flueix exclusivament al llarg del circuit intern aïllat de la carcassa.

Quan es trenca l’aïllament d’una caldera elèctrica amb calefacció indirecta, el corrent de fuita a través de la carcassa penetrarà en el conductor PE i passarà per ella fins al buc de terra. El valor de referència RCD està establert de manera que el dispositiu de corrent residual dispara i amb els seus contactes de potència s’elimina la tensió d’alimentació del circuit, cosa que elimina les lesions humanes.

Així, en les condicions d’ús segur, les calderes de calefacció directes perden significativament. Si es produeixen danys mecànics per algun motiu, es crea un circuit obert perquè el corrent flueixi, cosa que deixarà un potencial de fase perillós sobre l’allotjament. I llavors el cas ho decideix tot ...

Esquema de connexió al sistema elèctric

Considerem tot el circuit de calefacció de la caldera com a actuador per a la calefacció:

• acció directa: entre els elèctrodes integrats a la carcassa;

• calefacció indirecta: connectada en paral·lel als elements de calefacció;

• inducció: caixa terminal amb bobinats.

Aleshores, la resta del circuit es pot representar amb una vista simplificada amb elements d'automatització, control i protecció de corrent contra sobrecàrregues i curtcircuits.

La tensió d’alimentació de la centraleta a través del cos regulador se subministra a l’actuador de calefacció i a l’alimentació (proteccions i lògica).

Amb els seus sensors, les proteccions busquen els principals paràmetres tècnics i, quan van més enllà dels límits de la possible regulació, posen la caldera en funcionament.

Recentment, el cos lògic d’automatització s’ha realitzat cada cop més a partir de tecnologies de microprocessador que proporcionen una funcionalitat avançada. Rep informació dels sensors sobre la temperatura del refrigerant, l’aire interior, la pressió del fluid dins del sistema, el processa i manté la temperatura dins de la caldera mitjançant l’ajust de la tensió sobre l’actuador.

Vegeu també Com triar un termòstat per a una caldera elèctrica

Conclusió: l'article intenta generalitzar els esquemes de connexió de calderes elèctriques de diversos dissenys sense especificar els fabricants, dividint-los en grups principals segons el principi de funcionament, per analitzar els seus costats febles i positius. I quant això t’ha ajudat: comparteix la teva opinió als comentaris.