Комфортные условия проживания современного человека обеспечивает горячее водоснабжение. В городских условиях его централизованно поставляют предприятия коммунального хозяйства. Жители сельской местности, дачники, владельцы частных домов довольно часто вынуждены заниматься этим вопросом самостоятельно.

Для них промышленность выпускает многочисленные конструкции водонагревательных агрегатов, которые отличаются по устройству, производительности, условиям эксплуатации. За большинством из них закрепилось название «бойлер».

Под этим термином принято понимать котел с теплоносителем, который подогревается внутри конструкции или с ее внешней стороны.

Электрический бойлер, то есть накомительный водонагреватель, — это устройство, используемое для приготовления горячей воды.

Альтернативой накопительному водонагревателю является проточный водонагреватель. Эти два типа устройств работают по-разному.

В бойлере холодная вода собирается в баке и непрерывно нагревается. Температура воды поддерживается в соответствии с настройками термостата.

В проточных водонагревателях вода, протекающая через устройство, постоянно нагревается. Обогреватели включаются только тогда, когда вода течет через водонагреватель.

Бойлер косвенного типа работает за счет источника нагрева, расположенного вне его корпуса, когда температура передается теплоносителю, циркулирующему по встроенному внутрь змеевику. Такие модели требуют постоянного сжигания топлива.

Бойлер прямого действия использует внутренний источник тепла. В бытовых целях широко применяют электрические конструкции, работающие по одному из принципов:

резистивного нагрева ТЭНами;

разогрева индукционными токами.

В обоих случаях управление работой и подключение бойлера к электрической энергии осуществляется по одинаковым схемам, основанным на протекании тока по нагревательному элементу для его нагрева или отключения с целью охлаждения.

Содержание статьи

Особенности конструкции электрического бойлера

Внутри герметично закрытого котла с теплоносителем — водой, циркулирующей по гидравлическим магистралям из трубопроводов и радиаторов, расположенных внутри помещения, смонтирована электрическая схема, включающая:

водонагреватель, которым чаще всего служит обыкновенный резистивный ТЭН;

измеритель температуры теплоносителя — датчик специальной конструкции, показания которого обрабатываются логической схемой для подачи напряжения на ТЭН или отключения его питания;

коммутационный аппарат в двухполюсном или однополюсном исполнении — термовыключатель;

защитный тепловой предохранитель;

схема индикация нагрева, которой может служить обыкновенная лампочка накаливания или светодиод с токоограничивающим резистором, подключенные параллельно контактам ТЭН.

Производители электротехнического измерительного и коммутационного оборудования выпускают готовые комплекты, имеющие в своем составе датчики измерения температуры, коммутационные аппараты и блок логики, обеспечивающий их взаимную связь для регулирования температуры теплоносителя.

Их принято называть термостатами или терморегуляторами. Датчик температуры монтируется внутри корпуса котла, а блок управления и коммутационные контакты тока располагают с внешней стороны.

Терморегуляторы могут быть выполнены на аналоговой базе или использовать микропроцессорные технологии. Конструкции последних обладают:

бо́льшими возможностями регулировок;

простыми в применении настройками уставок;

дополнительными эксплуатационными функциями.

В качестве примера можно привести модель электронного терморегулятора ТК-5 с микроконтроллером, дисплеем, двумя датчиками температуры, монтируемыми на входе и выходе теплоносителя в бойлер. Он позволяет учитывать изменения температуры в пределах 0÷120 градусов с погрешностью в 0,5О С, что более чем достаточно для бытовых целей.

Силовые контакты терморегулятора ТК-5 способны коммутировать номинальные токи силой в 6 ампер. Когда ТЭН создает бо́льшую нагрузку, то схема подключения бойлера к электрической сети требует модернизации — включения дополнительного магнитного пускателя, повторяющего работу выходных цепей терморегулятора контактами повышенной мощности.

У отдельных старых моделей бойлеров коммутация напряжения к нагревательному элементу может выполняться биметаллическими регуляторами механической конструкции.

Виды, устройство и схемы водонагревателей:

Схема подключения бойлера через электрическую розетку

Промышленные модели небольших мощностей до 1,5÷2 киловатт создаются, как правило, для такого подключения.

При этом способе длительную безопасную работу обеспечивают:

техническое состояние бойлера, которое изменяется при длительной эксплутции;

правильный выбор конструкции розетки по мощности нагрузки;

учет состояния электрических цепей, по которым подается напряжение от квартирного щитка;

использование защитных устройств, предотвращающих последствия случайного возникновения аварий в схеме.

Особенности подключения бойлера к электрической сети через розетку

Силовые контакты разъемного коммутационного аппарата рассчитываются на определенный вид нагрузки, например, 6, 10 или 16 ампер. Ее величина указывается на корпусе. Если розетка будет меньшей мощности, то возникает перегрев и разрушение контактов.

По этой причине нельзя подключать бойлер к случайной, не соответствующей его нагрузке розетке.

Еще одним требованием безопасной эксплуатации подобной схемы является необходимость наличия в ней автоматического выключателя, посредством которого можно разрывать цепь питания ТЭН под нагрузкой. Контакты розетки и вилки не предназначены для гашения электрической дуги, возникающей в этом случае.

Состояние электропроводки

Провода бытовой сети, соединяющие розетку для бойлера с квартирным щитком, будут полностью воспринимать нагрузку ТЭНа. Они не должны перегреваться. Их материал и толщину следует правильно учитывать, иначе может возникнуть пожар.

К розетке с алюминиевой проводкой ТЭН подключать нельзя, как и к медной, тоньше чем 2,5 мм кв. Лучше использовать сечение 4 или 6 квадрат. Его необходимо предварительно рассчитать по тепловыделению и проанализировать по способам монтажа.

Защитные устройства

Бойлер создается для работы при номинальных характеристиках электрической сети с учетом возникновения в ней случайных неисправностей. Для предотвращения аварий в его конструкцию вводят защиты от:

повышения давления в баке;

пробоя электрической изоляции.

Если такие защиты производитель оборудования не предусмотрел во внутренней конструкции, то их следует монтировать в квартирном щитке.

Аварийный режим с превышением давления внутри бойлера

Обязательным условием безопасности является наличие устройства, предотвращающего закипание воды и выделение из нее растворенных газов, ибо при этом процессе создается повышенное давление, которое может разорвать корпус.

Подобная ситуация может возникнуть:

при залипании силовых контактов, когда они получили команду от температурного датчика через блок управления и не способны разорвать электрический ток через ТЭН;

неисправности датчика температуры, блока логики или связующих цепей управления.

Для предотвращения подобной аварии используют вторую ступень защиты, настроенную на более высокую уставку температуры, чем для рабочего режима. Ее величина выбирается близкой к точке закипания, а отключение осуществляется другим, резервным контактом.

Подобный разрыв цепи называют тепловым предохранителем. Применение для него отдельного датчика температуры или использование автономной механической конструкции, работающей по принципам биметаллических расцепителей, повышает общую надежность системы.

Аварийный режим с токами утечек

Металлический корпус бойлера может оказаться под потенциалом фазы при пробое изоляции ТЭН или подключающих проводов на корпус. Такая ситуация — прямая предпосылка для получения человеком электрической травмы. Исправить ее может УЗО, встроенное в электрическую схему.

Промышленные образцы бойлеров могут выпускаться с вмонтированным устройством защитного отключения или не иметь его.

Для правильной работы УЗО необходимо обеспечить надежное соединение корпуса бойлера с главной шиной заземления через защитный РЕ проводник.

Короткое замыкание внутренних цепей

Отключать электрическую схему от КЗ призван автоматический выключатель.

Схема подключения бойлера кабелем к квартирному щитку

Это наиболее распространенный вариант, так как обычно мощность бойлера выбирают больше двух киловатт.

Здесь также необходимо выполнить все рекомендации по безопасному подключению, что и в предыдущем случае. К бойлеру от квартирного щитка потребуется проложить отдельный кабель. Он должен надежно передавать токи действующих нагрузок.

Защиту его и бойлера организуют автоматическим выключателем и УЗО или дифавтоматом.

Ремонт ТЭНов в водонагревателях:

Схема подключения бойлера с учетом ограничения выделенной мощности

Любая проводка проектируется и монтируется под определённые нагрузки. Они назначаются электроснабжающей организацией. В современной квартире у владельца жилплощади работает большое количество электрических приборов. Они могут легко превысить тот лимит мощности, который для них выделен.

Эксплуатировать домашнюю проводку таким образом опасно: она может перегреться и создать пожар.

Чтобы его предотвратить требуется отключать мощные потребители при создании критических нагрузок. Учитывая то, что ТЭН бойлера включается периодически для подогрева воды, температура которой быстро не снижается, то его нагрев обычно и приостанавливают, обеспечивая работу других приборов, например, холодильника, стиральной или посудомоечной машины.

С этой целью используют электронное устройство, обладающее функциями:

замера текущей мощности потребления сети;

сравнивания ее величины со значением выставленной уставки для выявления момента критической перегрузки;

отключения выбранных потребителей по заранее подготовленному алгоритму;

автоматического возобновления питания выведенных из эксплуатации приборов при восстановлении условий для их нормальной работы.

Промышленная разработка

В качестве такого прибора можно использовать заводской ограничитель мощности ОМ-110.

Он предотвратит частые отключения сети автоматическим выключателем от перегрузок, создаст нормальный режим потребления электроэнергии для всех подключенных электроприборов.

Ограничитель мощности ОМ-110 предназначен для работы с нагрузками до:

или двадцати киловатт.

Для второго варианта эксплуатации схема соединения проводов выполняется следующим способом.

При его подключении для работы с нагрузками до 20 кВА один из питающих проводов пропускается через корпус, в котором вмонтирован встроенный трансформатор тока, являющийся чувствительным измерительным органом.

Схема самодельного прибора ограничения мощности для изготовления своими руками

Подобную конструкцию способен выполнить любой радиолюбитель. В ней фазный и нулевой проводники прямо от электросчетчика идут в квартиру и ответвляются к бойлеру. Фаза пропускается через первичную обмотку измерительного трансформатора, выполненную полуторным витком провода, выдерживающего нагрузку до 30 ампер.

На эту же величину подбираются контакты ручного переключателя SA1 с тиристором VS1, диодным мостом VD3÷6 и соединительными проводами. Таким способом создается запас мощности схемы, обеспечивающий ее нормальную работу в разных ситуациях.

Измерительный трансформатор можно намотать на любом железе. Первичную обмотку выполняют из цельного провода или нескольких параллельных цепочек, а вторичную навивают монолитной жилой с количеством витков порядка полутора тысяч.

Обмотки между собой и магнитопроводом отделяют картонными диэлектрическими или стеклотекстолитовыми прокладками.

После вторичной обмотки подключают диод VD1, который в импульсном режиме подзаряжает электролитический конденсатор С1. Эта цепочка настраивается так, чтобы при токе через первичную обмотку в 30А на конденсаторе образовывалось напряжение 45 вольт.

Оно подается на узел управления базы транзистора VT1 через токоограничивающий, регулирующий и шунтирующие резисторы R1, R2, R3 и указательный светодиод HL1.

Потенциометром R2 при наладке устанавливают ток, вызывающий напряжение пробоя стабилитрона VD2 (с учетом светодиода). В этот момент происходит открытие транзистора VT1 и шунтирование управляющего электрода силового тиристора VS1 на минус схемы, от которой он до этого отделялся падением напряжения на сопротивлении резистора R4. При этом тиристор закрывается и отключает ток, проходящий на бойлер.

Необходимо заметить, что время его отключения не превышает десяти миллисекунд, что в два раза быстрее, чем у обычных релейных схем механической конструкции с измерительным и исполнительным органом.

Через светодиод HL1 потечет ток, и он своим свечением будет указывать на срабатывание тиристора, приводящее к отключению нагрева бойлера.

Светодиод HL2 информирует о подаче напряжения на ТЭН бойлера при его эксплуатации. В исправной схеме светится один из светодиодов. Когда же они одновременно погашены или горят, то это явный признак неисправности. Схему ограничения мощности надо отключить. Для этого бойлер переводят на работу от сети синусоидального переменного тока в штатный режим переключателем SA1.

Особенностью этой разработки является то, что она предназначена для питания электроэнергией только резистивных нагрузок, так как в ней переменное напряжение диодным мостом преобразуется в постоянное. Поэтому подобная схема подключения бойлера не может быть использована для работы устройств с асинхронными двигателями и другими приборами, нуждающимися в чистой синусоиде.

Даже лампочки накаливания частично снижают свой ресурс под влиянием пульсаций тока. Нормально в этой схеме может работать только электрический чайник, утюг или камин с ТЭНами.

Если в конструкции бойлера используется электронные, а не биметаллические терморегуляторы, то для их питания необходимо подавать напряжение, соответствующее заводскому режиму эксплуатации.

Источник