О повышении надежности и эффективности конвекционного электрообогревателя GRINVICH

Авторы: Ахмадышин А.Н., Чудин В. И.

Для взрывозащищенного электрообогревателя, реализующего способ свободной конвекции, требуется решение трех главных задач

• поддержание требуемой мощности теплового потока;
• поддержание температуры на поверхности радиаторной батареи, не превышающей температурного класса в соответствии с ГОСТ 31610.0-2019;
• безопасность и надежность в процессе эксплуатации.

Кроме того, важную роль занимает и другой параметр электрообогревателя – это значение и длительность действия максимального тока при подаче напряжения на электрообогреватель.

В конвекционном электрообогревателе GRINVICH в качества источника тепловой энергии применяется РТС-термистор (позистор), то есть термистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). РТС-термистор – это керамический полупроводниковый элемент на основе титаната бария. Термистор с положительным ТКС позволяет в определённом диапазоне температур осуществлять автоматическое регулирование выделяемой им мощности. Функция саморегулирования мощности РТС-термисторов, в зависимости от разницы температур на нем и окружающей его среды, позволяет в определенных условиях обходится без встроенных систем управления температурой батареи электрообогревателя. Кроме того, только РТС-термисторы обладают низкотемпературной характеристикой, которая позволяет легко и более эффективно реализовать требования температурных классов Т6, Т5 и Т4.

В настоящее время на рынке представлено несколько предложений электрообогревателей, которые построены на базе РТС-термисторов. В целях экономии затрат и получения конкурентных преимуществ, представленные конвекционные электрообогреватели на основе РТС-термисторов, имеют три существенных недостатка.

Первый – это недостаточная площадь тепловыделяющей поверхности радиатора электрообогревателя. Экономия затрат на материале радиатора приводит к тому, что электрообогреватель или не способен развить требуемую мощность, или температура на поверхности радиатора существенно превышает требования температурного класса по ГОСТ 31610-2019.

Второй недостаток заключается в том, что производитель электрообогревателя на основе РТС-термисторов, также, как и на основе линейного резистора (ТЭН), регулирует температуру на поверхности радиатора для поддержания в границах температурного класса способом периодического отключения напряжения от электрообогревателя или его снижения. К чему это приводит? Средняя мощность тепловыделения снижается до 70 и более процентов в зависимости от периодичности простоя электрообогревателя в режиме его остывания. Тем самым электрообогреватель не в состоянии обеспечить требуемые климатические параметры, ожидаемые потребителем. Следует также отметить снижение ресурса и надежности электрообогревателя от многократных термических воздействий в режиме нагрева-остывания тепловыделяющих элементов.

На рис. 1 в качестве примера показана характеристика, демонстрирующая периодическую работу электрообогревателя.

Третьим недостатком всех представленных на рынке в настоящее время конвекционных электрообогревателей, построенных на РТС-термисторах, как отечественного, так и зарубежного производства является наличие высоких токов с момента подачи напряжения на РТС-термистор. Ток с момента подачи напряжения на РТС-термистор достигает от 2,5 до 7 кратного значения от номинального в установившемся режиме работы. Длительность тока такой величины составляет до 40 минут от момента достижения максимального значения (рост до максимальной величины достигается за время до 10 с) и снижения до номинального в установившемся режиме работы электрообогревателя. Например, электрообогреватель мощностью 1 кВт, имеющий номинальное потребление тока до 4,4 А при подаче напряжения на него, потребляет некоторое время ток, достигающий почти 31 А. Такой режим работы электрообогревателя требует использования в его конструкции проводников увеличенного сечения, а также у потребителя при подключении электрообогревателя использования с 7-кратным запасом устройств защиты и автоматического отключения.

Можно себе представить, какие проблемы испытывает при этом потребитель при монтаже и эксплуатации такого электрообогревателя, особенно при одновременном параллельном подключении нескольких электрообогревателей.

На рис. 2 показана характеристика изменения мощности электрообогревателя на базе РТС-термисторов с момента подачи на него напряжения и до момента установившегося режима его работы.

И так что мы имеем?

• Недостатки электрообогревателя на основе РТС-термисторов, обусловленные многократным превышением значения тока с момента подачи напряжения на него.
• Достоинства электрообогревателя, построенного на основе РТС-термисторов, заключается в низкотемпературной характеристике РТС-термисторов. А именно – в возможности реализации постоянного режима работы электрообогревателя в границах температурного класса от Т4 до Т6, и также возможности саморегулирования температуры и мощности РТС-термистора в зависимости от температуры окружающей его среды.
• Другим достоинством РТС-термистора является большой ресурс его работы.

Многочисленные исследования и изучения физических свойств РТС-термисторов, проведенные ООО НПО «НТЭС», позволили создать техническое решение в виде следующего поколения электрообогревателей GRINVICH-E, позволяющее избавиться от недостатка, который характеризовался многократным значением роста тока с момента подачи напряжения на него. На рис. 3 показана теоретическая сравнительная характеристика изменения мощности генерирования тепловой энергии электрообогревателем до внедрения нового технического решения и после его внедрения.

Тем не менее, возможны режимы превышения температуры тепловыделяющей поверхности электрообогревателя GRINVICH-E выше границ температурных классов по взрывозащите. Такой режим может быть искусственно создан, например, при укрытии тепловыделяющей поверхности радиатора теплоизоляционным материалом (сушка одежды или иное) или плотным накоплением на поверхности радиатора пыли или других теплоизолирующих отложений.

Для ограничения температуры на поверхности радиатора в этом режиме в электрообогреватель встроены биметаллические термостаты, отключающие электрическое питание нагревательных элементов. Затем, после снижения температуры поверхности радиатора, напряжение питания вновь будет подаваться на нагревательные элементы.

Таким образом, достаточная площадь поверхности радиатора электрообогревателя, эффективный режим теплообмена керамического РТС-термистора, функция саморегулирования РТС-термистора и дополнительные элементы безопасности позволяют получить надежный электрообогреватель, который эффективно и на протяжении долгого времени будет обеспечивать комфортный климат в обогреваемом взрывоопасном объеме.

Ниже представлено подробное описание конструкции нового поколения электрообогревателя GRINVICH-E. На рисунке 4 показан общий вид электрообогревателей различной мощности.

Электрообогреватели GRINVICH-E состоят из одного или двух рядов батарей радиаторных и терморегулятора ТЦ-m или ТЦ-d. Каждый ряд батареи состоит из одной, двух или трех секций мощностью по 250 Вт или 500 Вт каждая.

Возможные исполнения электрообогревателей в соответствии с условным обозначением представлены в таблице 1.

Двухрядные исполнения обязательно комплектуются распределительной коробкой КР- Е или терморегулятором ТЦ-d, корпус которых располагается на кронштейне-опоре электрообогревателя.

Терморегулятор ТЦ-d – терморегулятор с выносным датчиком температуры воздуха, встроенный в корпус с взрывозащитой вида «взрывонепроницаемая оболочка «d», расположенный на кронштейне электрообогревателя. Установка поддерживаемой температуры воздуха осуществляется внутри оболочки при полном обесточивании электрообогревателя с терморегулятором. Коммутируемая мощность – до 3 кВт.

Терморегулятор ТЦ-m – внешний выносной терморегулятор с интегрированным датчиком температуры воздуха. Вид взрывозащиты – «заливка компаундом «m» с повышенной защитой вида «е» для возможности подключения и переподключения кабелей питания. Терморегулятор ТЦ-m имеет информационный дисплей и ручку управления для его настройки без необходимости обесточивания устройства. Коммутируемая мощность – до 2 кВт.

Температурный класс электрообогревателя определяется высотой его радиатора:

• T6 (не более 80 °С на поверхности) – при высоте 340 мм;
• T5 (не более 95 °С на поверхности) – при высоте 270 мм;
• T4 (не более 130 °С на поверхности) – при высоте 200 мм.

Схема условного обозначения электрообогревателя:

1. Наименование электрообогревателя.
2. Индекс конструктивного исполнения: E – однорядное (одно-, двух- или трехсекционное) мощностью от 250 до 1500 Вт или двухрядное (четырёх- или шестисекционное) мощностью от 1000 до 3000 Вт.
3. Код номинальной мощности электрообогревателя (по таблице 1), Вт: 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000.
4. Код мощности одной секции, Вт: 250 – с одним узлом нагревательным в каждой секции, 500 – с двумя узлами нагревательными в каждой секции.
5. Индекс конструктивного Ex-исполнения электрообогревателя: m – герметизация компаундом «m».
6. Код напряжения питания, В: 230.
7. Код температурного класса: Т6 – до 80 °С; Т5 – до 95 °С; Т4 – до 130 °С.
8. Код комплектации терморегулятором: 0 – без терморегулятора; 7 – терморегулятор ТЦ-m; 12 – терморегулятор ТЦ-d.
9. К – Индекс наличия коробки распределительной.
10. Индекс защиты кабеля: без индекса – кабель без защиты; М – кабель в металлорукаве; Бр – бронированный кабель; БрМ – бронированный кабель в металлорукаве.
11. Длина кабеля L1 (не входит в состав в исполнении без терморегулятора): от батареи радиаторной до терморегулятора ТЦ-m или от коробки распределительной до терморегулятора ТЦ-m или от терморегулятора ТЦ-d до датчика температуры окружающего воздуха, м: от 0,5 до 10 с шагом 0,5 м;
12. Длина кабеля L2: от батареи радиаторной до источника электропитания или от коробки распределительной до источника электропитания или от терморегулятора до источника электропитания, м: 0,0 (нет кабеля); 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 … далее с шагом 1 м;
13. Исполнение крепления электрообогревателя (п – напольное; с – настенное).

Таблица 1 – Параметры возможных исполнений электрообогревателей GRINVICH-E

Примеры условного обозначения при заказе и в другой документации:

а) электрообогревателя GRINVICH конструктивного исполнения E, номинальной мощностью 250 Вт, состоящего из одной секции радиаторной с одним узлом нагревательным, со взрывозащитой электрообогревателя вида «герметизация компаундом «m», с питанием однофазным напряжением 230 В, температурного класса T6, без терморегулятора, с кабелем электропитания без защиты, длиной кабеля от батареи радиаторной до источника электропитания 3,0 м, с кронштейнами для настенного крепления:
GRINVICH-E -250/250-m-230-Т6-0,0-3,0-с
ТУ 3442-003-12978946-2024

б) электрообогревателя GRINVICH конструктивного исполнения E, номинальной мощностью 3000 Вт, состоящего из шести секций радиаторных с двумя узлами нагревательными в каждой секции мощностью 500 Вт, со взрывозащитой электрообогревателя вида «герметизация компаундом «m», с питанием однофазным напряжением 230 В, температурного класса T4, с терморегулятором ТЦ-d, с бронированным кабелем электропитания в металлорукаве, с длиной кабеля от терморегулятора до датчика температуры воздуха 2,0 м, длиной кабеля от терморегулятора до источника электропитания 8,5 м, с кронштейнами для напольного крепления:
GRINVICH-E-3000/500-m-230-Т4-12-БрМ-2,0-8,5-п
ТУ 3442-003-12978946-2024