Гальванический цех каждое утро запускал резервуар путем включения погружного ПТФЭ-нагревателя мощностью 5 кВт. Три или четыре утра из пяти прерыватель срабатывал через несколько секунд после запуска. Обогреватель работал нормально, когда бак прогревался. Техническое обслуживание заменило автоматический выключатель дважды, затем один раз нагреватель. Поездки продолжались. Проблема была не в выключателе или обогревателе. Это было состояние холодного-запуска.
Холодный запуск – наиболее электрически напряженный момент в рабочем цикле отопителя. Резистивный элемент имеет температуру окружающей среды, внутренняя изоляция могла впитать влагу за ночь, а пусковой ток может превышать установившееся значение-на 10–30 %. Для погружных нагревателей из ПТФЭ, которые часто устанавливаются во влажных средах и работают с перерывами, отключения при холодном-пуске являются распространенной и часто неправильно диагностируемой проблемой.
Почему сопротивление холоду ниже, чем сопротивление горячему
Нагревательные сплавы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Сопротивление увеличивается по мере нагрева элемента. Нихромовый элемент, сопротивление которого составляет 14,4 Ом при 20 градусах, может иметь сопротивление 15,5–16,0 Ом при рабочей температуре.
В момент запуска элемент имеет температуру окружающей среды. Его сопротивление находится в самой низкой точке рабочего диапазона. При фиксированном напряжении питания меньшее сопротивление означает больший ток. Пусковой ток при холодном запуске может быть на 8–15 % выше, чем установившийся-ток при рабочей температуре. В некоторых конструкциях элементов с высокими температурными коэффициентами разница может достигать 20–30%.
Более высокий ток является нормальным и кратковременным. Элемент нагревается в течение нескольких секунд, сопротивление возрастает, а ток падает до установившегося состояния. Но если размер выключателя близок к установившемуся току-, бросок может превысить порог мгновенного срабатывания.
| Температура элемента | Сопротивление | Ток при 240 В | Относительно устойчивого состояния |
|---|---|---|---|
| 20 градусов (холодно) | 14.4 Ω | 16.7 A | 108% |
| 100 градусов | 14.9 Ω | 16.1 A | 104% |
| 200 градусов | 15.4 Ω | 15.6 A | 101% |
| 400 градусов (рабочая) | 15.6 Ω | 15.4 A | 100% |
Характеристики тока холодного-пуска для типичного погружного ПТФЭ-нагревателя мощностью 4 кВт и напряжением 240 В.
Влага во внутренней изоляции
Вторая проблема с холодным-запуском — влага. Оксид магния и другие внутренние изоляционные материалы гигроскопичны. Если нагреватель простаивает в течение ночи во влажной среде или если клеммная коробка не герметична, влага может проникнуть в изоляцию. Это снижает сопротивление изоляции и может создать частичный проводящий путь между элементом и землей.
При подаче питания влага в изоляции начинает проводить ток. Ток утечки добавляется к нормальному току нагрузки, увеличивая общий ток через выключатель. В тяжелых случаях одного тока утечки достаточно, чтобы отключить прерыватель замыкания на землю.
По мере нагревания обогревателя влага удаляется. Сопротивление изоляции восстанавливается, и ток утечки падает. Именно поэтому отключения часто возникают только при холодном запуске и исчезают после нескольких минут работы подогревателя.
| Состояние изоляции | Сопротивление изоляции при 20 градусах | Ток утечки при 240 В | Риск отключения выключателя |
|---|---|---|---|
| Сухой, новый обогреватель. | >500 MΩ | <1 μA | Никто |
| Сухой, старый обогреватель | 100–500 MΩ | 1–2 μA | Очень низкий |
| Легкая влага | 10–50 MΩ | 5–24 μA | Низкий – средний |
| Умеренная влажность | 1–10 MΩ | 24–240 μA | Умеренный–Высокий |
| Сильная влага | <1 MΩ | >240 μA | Высокий |
Сопротивление изоляции и ток утечки при холодном пуске погружных нагревателей из ПТФЭ
Выключатели меньшего размера и длинные кабельные трассы
Размер автоматического выключателя должен быть рассчитан на установившийся ток-нагревателя плюс запас на броски и колебания напряжения. Для нагревателя мощностью 4 кВт и напряжением 240 В, потребляющего 16,7 А в установившемся режиме, минимальный ток составляет 20 А. Прерыватель на 25 А обеспечивает больший запас при броске напряжения при холодном-пуске.
Падение напряжения на длинных участках кабеля снижает напряжение на нагревателе, что увеличивает ток при той же выходной мощности. Падение напряжения на 5% увеличивает ток примерно на 5%. Если размер выключателя был выбран без учета падения напряжения, сочетание низкого напряжения и броска при холодном-пуске может превысить порог срабатывания.
| Мощность нагревателя | Устойчивый-ток состояния при 240 В | Минимальный выключатель | Рекомендуемый выключатель | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 2 кВт | 8.3 A | 15 A | 15 A | Короткие кабели |
| 3 кВт | 12.5 A | 15 A | 20 A | Умеренная длина кабеля |
| 4 кВт | 16.7 A | 20 A | 25 A | Длинные кабельные трассы |
| 5 кВт | 20.8 A | 25 A | 30 A | Длинные кабельные трассы |
| 6 кВт | 25.0 A | 30 A | 35 A | Длинные кабельные трассы |
Рекомендации по выбору выключателя для однофазных погружных нагревателей из ПТФЭ на напряжение 240 В.
Отличие отключений при холодном-пуске от других неисправностей
Не каждый холодный-запуск связан с проблемой размера или влажности. Характер поездок дает диагностическую информацию.
Отключение, которое происходит каждое утро при запуске и не повторяется после сброса, характерно для холодного-пускового броска или попадания влаги. Нагреватель, скорее всего, исправен, но выключатель или установка находятся в неудовлетворительном состоянии.
Отключение, которое происходит при запуске и повторяется сразу после сброса, указывает на серьезную неисправность-короткое замыкание, замыкание на землю или неисправный элемент. Нагреватель следует протестировать перед дальнейшими попытками его эксплуатации.
Отключение, происходящее случайно во время работы, а не только при запуске, указывает на развивающееся повреждение-ухудшения изоляции, ослабление соединения или неисправность контроллера. Нагреватель необходимо осмотреть и протестировать.
Практические решения для поездок при холодном-пуске
Увеличьте размер выключателя до следующего стандартного номинала, превышающего рекомендуемое значение. Автоматический выключатель на 25 А для обогревателя мощностью 4 кВт обеспечивает запас при холодном-пуске без ущерба для защиты.
Убедитесь, что напряжение питания на клеммах нагревателя находится в пределах 5 % от значения, указанного на паспортной табличке. Если падение напряжения слишком велико, увеличьте сечение проводника или уменьшите длину кабеля.
Если есть подозрение на наличие влаги, высушите обогреватель перед запуском. Подача низкого напряжения-25–50 % от номинального в течение 15–30 минут выводит влагу из внутренней изоляции без выделения полного тепла. Это особенно важно для обогревателей, которые длительное время простаивают во влажной среде.
Герметизируйте клеммную коробку, чтобы предотвратить попадание влаги. Герметичная крышка, герметичный кабельный ввод и пакет с влагопоглотителем внутри корпуса уменьшают попадание влаги на внутреннюю изоляцию.
Холодное начало поездки-выявляет более глубокую проблему
Повторные отключения при холодном-пуске обогревателя, который оказался исправным, часто указывают на то, что установка неудовлетворительна. Выключатели недостаточного размера, чрезмерное падение напряжения или хроническое попадание влаги — это проблемы при установке, а не проблемы с нагревателем. Исправление установки более эффективно, чем замена ТЭНа.
Специальная конфигурация погружного нагревателя из ПТФЭ с герметичными клеммными корпусами, влагостойкой-внутренней изоляцией и конструкцией элементов, соответствующей напряжению питания, устраняет основную причину отключений при холодном-пуске. Процесс спецификации требует напряжения питания, размера выключателя, длины кабеля, условий окружающей среды и рабочего цикла нагревателя.
