Исследование трехфазного электродного водонагревателя

Цель работы: Изучить устройство и работу электродного водонагревателя, ознакомиться с методикой его испытания. Определить электрические свойства водопроводной воды.

1. Общие сведения

Электрические водонагреватели позволяют комплексно использовать электроэнергию, выравнивая суточный график и повышать коэффициент использования установленной мощности источника энергоснабжения.

Наиболее распространены два типа электрических водонагревателей: электродные и элементные. Те и другие могут быть проточными (непрерывного действия) и непроточными (периодического действия), однофазные и трехфазные.

В практике сельского хозяйства применяются типы электродных водонагревателей (рис.1):

а) однобоковые непроточные с тремя пластинчатыми электродами, расположенными по схеме (рис.1 а);

б) однобоковые непроточные с тремя пластинчатыми электродами, и соответствующими им шестью экранами, укрепленными на заземленной траверсе (рис. 1 б);

в) однобоковые проточные с пластинчатыми электродами, расположенными параллельно друг другу (рис.1 в);

г) однобоковые проточные с цилиндрическими коаксиально расположенными электродами (рис.1 г).

В электродном водонагревателе сама вода является средой, в которой электрическая энергия преобразуется в тепловую. Электрический ток протекает через воду от одного электрода к другому и при этом выделяет в ней количество тепла, определяемое законом Джоуля-Ленца:

(1)

где I – ток, протекающий через воду, А;

R – сопротивление воды, Ом;

t – время протекания тока, с.

Рис.1. Принципиальные исполнения электродных водонагревателей.

При постоянном питающем напряжении потребляемая мощность водонагревателя зависит от площади электродов, расстояния между ними и электрической проводимости воды.

Во избежание электролиза и образования гремучей смеси электродный водонагреватель работает на переменном токе. По этой же причине плотность тока для плоских электродов допускается не более 0,5А/см², а для цилиндрических - до 2,0А/см².

В качестве материала электрода применяется нержавеющая сталь и графит. Особенность электродных водонагревателей состоит в том, что в процессе нагрева мощность их увеличивается в 3-4 раза. Это объясняется тем, что удельное сопротивление воды изменяется с изменением температуры. Напряжение на 1см межэлектродного расстояния подсчитывается по формуле:

(2)

где р – удельное сопротивление горячей воды (Ом/см);

δ_доп – допустимая плотность тока (А/см²).

Допустимый градиент напряжения в межэлектродном пространстве составляет 125-250 В/см. Более высокое значение приводит к очень малому межэлектродному расстоянию.

При ориентировочных расчетах площадь электродов и расстояние между электродами определяется по формулам:

(3)

При работе электродного водонагревателя на его корпусе может возникнуть опасный потенциал. Особенно высокое напряжение прикосновения появляется при перегорании одного или двух предохранителей и в незаземленном корпусе. Для предотвращения выноса потенции на выходном и входном патрубках водонагревателя устанавливаются резиновые вставки длиною 1,0- 1,5м. Кроме этого, требуется надежное заземление корпуса водонагревателя.