Расчет мощности трансформатора для прогрева бетона: Расчет параметров на прогрев бетона. Недостатки прогрева бетона проводом

Содержание

Правила прогрева бетона: расчет, схема, график, методы

Для гражданского, промышленного, а также кустарного (домашнего) строительства при отрицательных температурах существуют различные способы прогрева бетона, позволяющие не останавливать работы на зимнее время. Такие вспомогательные процедуры позволяют не просто продолжать монтажные работы в мороз, но и увеличивают скорость застывания раствора, особенно с добавлением специальных химических ускорителей затвердевания.

Ниже мы поговорим о таких методах, в общем, и один из них (наиболее популярный) рассмотрим в частности, а также продемонстрируем вам видео в этой статье по теме электрического прогрева бетона.

Заливка бетона при минусовой температуре

Всё о прогреве

Какие применяют способы для прогрева

Электромат

  • Самый примитивный способ заливки раствора в зимнее время, это обустройство над площадкой самого обычного шатра из целлофановой плёнки своими руками, где в средине можно установить горящую паяльную лампу или тепловую пушку.
    Метод предельно прост, только его можно применять только на объектах с небольшой площадью, да и над вертикальными конструкциями сложно соорудить такой купол.
  • Несколько проще в такой ситуации использовать электрические маты, которыми просто накрывают площадь заливки, установив регулятор в нужном режиме, в зависимости от температуры воздуха на улице. Но и здесь есть серьёзный недостаток — электроматы неудобно использовать при заливке больших площадей, к тому же матами можно накрывать только горизонтально расположенные ЖБК, но никак не стены, опоры или колонны.

Ультрафиолетовый излучатель

  • Ультрафиолетовая установка прогрева бетона, пожалуй, наиболее удобная из всех существующих, так как не предполагает контакта с самим раствором, а тепловая интенсивность прибора просто регулируется расстоянием между УФ излучателем и объектом. Ещё одно преимущество такого способа, это возможность греть конструкции любой конфигурации и в любом положении (как в горизонтальном, так и в вертикальном), при этом опалубка не является препятствием.
    Тем не менее, такой метод используется достаточно редко — для него нужно большое количество обогревателей.

Опалубка с подогревом

  • Ещё один метод создания монолитных железобетонных конструкций в зимнее время, это применение опалубки с подогревом, только применим он исключительно для вертикальных ЖБК (стен, перегородок, опор). Это очень удобно, так как щиты здесь многоразового использования, а нагревательные элементы на них подлежат замене, причём сделать это достаточно просто. Главный недостаток такой опалубки, это очень высокая цена, что, впрочем, окупается при её частом использовании.

Прогрев электродами

  • Для электродного прогрева железобетонных конструкций используется арматура или проволока катанка с сечением от 8 до 10 мм и понижающего трансформатора, но такой метод больше подходит для вертикально стоящих ЖБК. Здесь греются не сами электроды, а влага между ними (кипятильник из двух лезвий работает по тому же принципу), только здесь расстояние между штырями составляет от 60 до 100 см — всё зависит от температуры воздуха.
    Основным недостатком, несмотря на всю простоту, является очень большое потребление электроэнергии (один электрод потребляет порядка 45-50А), следовательно, стоимость строительства при этом возрастает.

 

tᶛC во время заливки Напряжение (В) Расстояние между штырями-электродами (см) Получаемая мощность (кВт/м3)
1 2 3 4
-5 55 20 25
63 30
75 50
-10 55 10 3,0
65 25
75 40
85 50
-15 65 15 3,5
75 30
85 45
95 55
-20 75 20 4,5
85 30
95 40

Таблица прогрева

  • В данном случае, чтобы выдерживать нужную температуру, её проверяют каждые два часа и для этого заранее изготавливают специальные скважины. Во время разогрева раствора такое тестирование производится каждый час. Во время прохождения всего процесса необходимо постоянно следить за состоянием паек и контактов.

Провод ПНСВ и понижающий трансформатор

Примечание. ПНСВ (Провод Нагревательный Стальной Виниловая изоляция) может иметь разное сечение и применяется одноразово. После застывания массы он остаётся там навсегда.

Использование понижающего трансформатора

Вышеупомянутые методы прогрева бетона не так популярны, как тот, о котором речь пойдёт сейчас — это использование провода ПНСВ в качестве обогревателя и понижающего трансформатора для преобразования электроэнергии. Суть такого способа заключается в следующем — кабель укладывают петлями в месте заливки раствора, а его сечение будет зависеть от мощности трансформатора и температуры воздуха на улице (в здании), где проводятся работы.

В зависимости от температуры воздуха с понижающего трансформатора подаётся нагрузка на петли и начинается обогрев, но структура бетона при этом не изменяется, зато значительно увеличивается скорость застывания раствора.

Диаметр жилы в мм 1,2 2,0 3,0
Ом/метр 0,15 0,05 0,02

Сопротивление ПНСВ зависит от сечения провода

Важно! Перед укладкой ПНСВ в обязательном порядке следует убедиться в целостности провода и его оболочки. Дело  в том, что контроль прогрева бетона осуществляется только в отношении температурного режима, а сам провод, в случае его перегорания, заменить невозможно, так как он полностью погружен в раствор (к тому же, его замыкание может привести к пожару). Поэтому, для таких целей лучше использовать новый материал.

Напряжение от трансформатора (кВ) Сечение (мм2) не более Тип ЖБК (наличие арматурного каркаса) Длина ПНСВ (м) Тип ЖБК (наличие арматурного каркаса) Длина ПНСВ (м)
10 1,1 + 9,95 8,4
15 1,1 + 22,85 18,9
20 1,1 + 39,8 33,6
10 1,4 + 18,9 15,5
15 1,4 + 42,6 34,93
20 1,4 + 75,6 32,09
10 2,0 + 54,6 46,18
15 2,0 + 123,8 103,0
20 2,0 + 218,2 184,7
10 4,0 + 148,57 373,0
15 4,0 + 1009,0 841,0
20 4,0 + 1974,0 1495,0

Таблица оптимальной длины петли при разных сечениях провода и типах бетона

Принципиальная схема прогрева бетона

При укладке ПНСВ инструкция требует, чтобы на этом месте не было никакого мусора, который может повредить оболочку, что в свою очередь, приведёт к короткому замыканию и перегоранию кабеля (как мы уже говорили — заменить его невозможно). Кроме того, при создании петли недопустимо делать резкие изгибы и оставлять «барашки», что приводит к излому провода — все повороты следует выполнять плавно.

Сама укладка обычно производится либо «змейкой», как это показано на схеме, либо одинарной петлёй — всё будет зависеть от длины ПНСВ и площади заливаемой конструкции. Нельзя ни в коем случае допускать пересечения греющих проводов друг с другом — оптимальное расстояние между жилами порядка 100 мм, хотя его можно изменять, в зависимости от длины и сечения ПНСВ, а также, от размеров рабочей площадки.

В любом случае греющий провод должен быть полностью залит бетоном (скрутки в том числе), так как на воздухе он будет перегреваться, а в результате сгорит, как изоляция, так и стальная жила. Кроме того, вам следует позаботиться  о том, чтобы защитить трансформатор и, как следствие, всю обогревательную конструкцию, от перепадов напряжения, так как бросок может вызвать резкий перегрев и перегорание.

Понижающий трансформатор КТПТО-80

Чтобы представить наглядно схему подключения, давайте рассмотрим, как это делается в соответствии со СНиП 111-4-80/гл. 11 и ГОСТ 12.1.013-7 — в данном случае задействован понижающий трансформатор КТПТО-80, как на фото вверху.

Данный агрегат, перед сборкой электрической цепи следует занулить, и делается это с помощью четвёртой жилы кабеля питания на зажим N из блока XT6, шунтируя его с металлическим корпусом управленческого шкафа. Заземление производится от ножек-салазок агрегата, где для этого есть специальный болт с гайкой, а контур делают из стального провода, сечением не менее 4 мм.

Принципиальная схема КТПТО-80

По технике безопасности сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5МОм, в чём следует убедиться перед подключением, а также нужно осуществить проверку всех скруток и контактных соединений. Затем установите путевые выключатели SQ1 и SQ2 так, чтобы была возможность надёжного замыкания одноименных контактов при открытии крышки кожуха и пульта управления. Кроме того, обязательно проверьте целостность предохранителей на случай КЗ.

Переключатель силового трансформатора устанавливаете в положение 1 (соответственно — 55В), а автовыключатель и SA3 приводите в положение «ВЫКЛ». После всех этих процедур цепь, установленная в бетонной или железобетонной конструкции, подсоединяется зажимами ХТ6 к блоку.

На ввод подаётся питание 380В, проверяем напряжение HL1 и HL3, после чего замыкается QF1 и, используя SB1 (аварийная кнопка «ВЫКЛ») пробуем аварийное отключение. После такого теста делается повторное включение — на KL1 подаём питание кнопкой SB3, после чего срабатывает магнитный пускатель KM1.

Карта прогрева бетона (начальная страница)

В соответствии со СНиП 3.03.01-87 (по нагреву несущих и ограждающих ЖБК при температуре до -40⁰C) используется технологическая карта на электрический обогрев проводами типа ПНСВ. Настоящий документ содержит технические и организационно-технологические решения вопросов по методу проводного обогрева со всеми используемыми техническими и технологическими параметрами, то есть, весь график прогрева бетона.

Температурный лист прогрева

Для контроля над прогревом, а также для возможности прогнозирования качества ЖБК после окончательного затвердевания используют лист прогрева бетона — бланк для которого всегда можно скачать через Интернет. Такие данные позволяют точно выверить время и порядок твердения залитого раствора, то есть, это как бы пошаговое руководство достижения наибольшей прочности.

Контроль или расчет прогрева бетона осуществляют с помощью технического термометра — в залитой массе делают специальные воронки, куда закладывается трубка, а в неё уже опускается термометр. Температуру фиксируют через каждые два часа, а если толщина конструкции не превышает 10-115 см, то это делают каждые 4-5 часов.

Не следует забывать, что при нормальном нагреве ПНСВ — до 80⁰C — температура бетона при прогреве доходит до 40⁰C-50⁰C, и это происходит на морозе!

Использование сварочного аппарата в качестве понижающего трансформатора

В домашних условиях в качестве понижающего трансформатора можно использовать сварочный аппарат мощностью не ниже 250А, как на фото вверху, а сопротивление, следовательно. Количество провода ПНСВ в таких случаях можно рассчитать по формуле R=U/I.

Как правило, показатель U у нас будет 220-230В, и если мы используем агрегат вышеупомянутой мощности, то I=250А. в таком случае R=U/I=220/250=0,88ом и, исходя из этого, можно воспользоваться таблицами для определения нужного сечения и длины провода.

Следует сказать, что погружая ПНСВ в массу бетона, с трансформатором его следует связывать алюминиевым проводом типа АПВ сечением не менее 4 мм, но скрутка при этом должна находиться в растворе.

Об этом моменте мы упомянули не зря — вам придётся соединять два неоднородных металла — сталь и алюминий, следовательно, соединение может оказаться неплотным, что приведёт к искрению, перегреву и перегоранию провода. Но переделать залитую раствором скрутку уже будет невозможно, поэтому, уделите особое внимание этому моменту — от него будет зависеть возможность завершения процесса вообще.

Заключение

В заключение можно сказать, что наиболее низкая стоимость работ по прогреву бетона — в случае с использованием кабеля ПНСВ и понижающего трансформатора, и хотя такой метод достаточно неудобно применять для вертикальных ЖБК, его всё равно иногда используют для экономии средств. Несмотря на сложность укладки провода (занимает много времени), проводной прогрев ЖБ конструкций применяется чаще всего.

Расход пнсв на 1 м3 бетона

Калькулятор / Расчёт нагревательного провода ПНСВ

Твердение бетона при низких температурах воздуха существенно замедляется, и при ее значениях ниже 5°С бетон необходимо прогревать. Прогрев бетона осуществляется специальным греющим проводом, укладываемым в конструкцию до её бетонирования.

Нагревательный провод ПНСВ (Провод нагревательный со стальной жилой, с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката или полиэтилена). Используется для ускорения прогрева бетона монолитных конструкций в зимнее время.

Свойства ПНСВ таковы, что рабочий ток погруженного в бетон провода следует выбирать в 14–16 А. При таком токе (14–16 А) провод ПНСВ будет нормально работает в бетоне, однако на воздухе быстро выходит из строя, поэтому «холодные концы» ПНСВ выполняются из провода АПВ–4 длиной 0,5–1 метр.

Поэтому провод ПНСВ четко отрезают на отрезки определённой длины, чтобы ток в проводе, погруженном в бетон, составлял 14–16 А.

Такими «нитками» прогревочного провода ПНСВ укладываем внутри вашей бетонной конструкции

Шаг витками нагревателей 50–150 мм, если ж/б конструкция контактирует с грунтом (подготовки под полы, фундамент и т. п.), шаг 150–200 мм в местах подливках под колонны и местных заделках шаг 25–70 мм

Такая «нитка» провода ПНСВ обогревает конструкцию толщиной 100 мм, если конструкция толще, то провода ПНСВ внутри вашей конструкции укладывают в ярусы с шагом 80–100 мм по высоте.

Напряжение прогрева = 75 В (третия ступень прогревочных станций). Одной понижающей трансформаторной подстанцией типа СПБ-80, КТПТО-80/86 обогревают 20-30 м³ бетона. Возможно греть небольшие объемы бетона трансформатором 380/36 В. Обычно для провода ПНСВ-1,2 для КТПТО (то есть на 75 В): «нитка» = 28 метров, «отрезок для тройки» = 17 метров.

Подача напряжения осуществляется после окончания бетонирования (температура заливаемого бетона в зимнее время должна быть не ниже +5 °С).

Электропрогрев бетона ведётся в трёхстадийном режиме:

  • разогрев бетона, при скорости подъёма температуры не более 10 °С/ч
  • изотермический прогрев, при этом максимальная температура бетона должна быть не более 80 °С
  • остывание бетона со скоростью не более 5 °С/ч

Подъём температуры бетона происходит за счёт переключения положений трансформатора с 55 В до 95 В при длине нагревательного провода в бухте 28 м. Температуру прогреваемого бетона контролируют электронным термометром Отключение электропрогрева выполняется после набора бетоном прочности 70 % от проектной.

На практике укладку проводов ПНСВ в бетонную конструкцию используют соединением в «треугольник» или «звезду». Провода делят на три равные группы, провода каждой группы соединяют между собой параллельно, полученные три набора проводов соединяют концами в три узла и подключают к трем выходным зажимам станции — соединение «треугольник». При соединении нагрузки «звездой» в конструкции устанавливают набор «троек» — трех отрезков провода равной длины, соединенных предварительно одним концом в узел. Свободные концы всех «троек» соединяют в три узла и подключают к выходным зажимам трансформатора прогрева бетона.

Звезда
Треугольник

Возможные наборы нагревающих проводов из практики

Трансформатор прогрева бетона Диаметр ПНСВ, мм Число «ниток» (при L = 28 м) Число «троек» (при L луча = 17 м)
СПБ-40 1,2 24 (3 группы по 8 «ниток») 14
1,4 21 (3 группы по 7 «ниток») 12
2,0 9 (3 группы по 3 «нитки») 5
3,0 3 (3 группы по 1 «нитки») 2
СПБ-63 1,2 39 (3 группы по 13 «ниток») 22
1,4 33 (3 группы по 11 «ниток») 19
2,0 15 (3 группы по 5 «ниток») 8
3,0 6 (3 группы по 2 «нитки») 4
СПБ-80 1,2 48 (3 группы по 16 «ниток») 28
1,4 42 (3 группы по 14 «ниток») 24
2,0 18 (3 группы по 6 «ниток») 10
3,0 9 (3 группы по 3 «нитки») 5
СПБ-100 1,2 60 (3 группы по 20 «ниток») 35
1,4 51 (3 группы по 17 «ниток») 29
2,0 21 (3 группы по 7 «ниток») 12
3,0 12 (3 группы по 4 «нитки») 7
Трансформатор 380/36 мощностью 6 кВт 1,2 9 5
Трансформатор 380/36 мощностью 2,5 кВт 1,2 3 2
Трансформатор 380/36 мощностью 2,0 кВт 1,2 3 2

Применение

Прогрев бетона в зимнее время кабелем дает возможность решить две основные проблемы. При температурах ниже нуля вода в растворе превращается в кристаллики льда, в результате реакция гидратации цемента не просто замедляется, она прекращается полностью. Известно, что при замерзании вода расширяется, разрушая образовавшиеся в растворе связи, поэтому после повышения температуры он уже не наберет нужной прочности.

Раствор затвердевает с оптимальной скоростью и сохранением характеристик при температуре порядка 20°C. При падении температуры, особенно ниже нуля, эти процессы замедляются, даже с учетом того, что при гидратации выделяется дополнительное тепло. Чтобы выдержать технические условия, зимой не обойтись без прогрева бетона проводом ПНСВ или другим предназначенным для этого кабелем в таких ситуациях, когда:

  • не обеспечена достаточная теплоизоляция монолита и опалубки;
  • монолит слишком массивен, что затрудняет его равномерный прогрев;
  • низкая температура окружающего воздуха, при которой замерзает вода в растворе.

Характеристики провода

Кабель для прогрева бетона ПНСВ состоит из стальной жилы с сечением от 0,6 до 4 мм², и диаметром от 1,2 мм до 3 мм. Некоторые виды покрываются оцинковкой, чтобы снизить воздействие агрессивных компонентов в строительных растворах. Дополнительно он покрыт термоустойчивой изоляцией их поливинилхлорида (ПВХ) или полиэстера, она не боится перегибов, истирания, агрессивных сред, прочна и обладает высоким удельным сопротивлением.
Кабель ПНСВ обладает следующими техническими характеристиками:

  • Удельное сопротивление составляет 0,15 Ом/м;
  • Стабильная работа в температурном диапазоне от -60°C до +50°C;
  • На 1 кубометр бетона расходуется до 60 м провода;
  • Возможность применения до температур до -25°C;
  • Монтаж при температурах до -15°C.

Кабель подключается к холодным концам через провод АПВ из алюминия. Питание может осуществляться через трехфазную сеть 380 В, подключаясь к трансформатору. При правильном расчете ПНСВ может подключаться и к бытовой сети 220 вольт, длина при этом не должна быть менее 120 м. По системе, находящейся в бетонном массиве должен протекать рабочий ток 14-16 А.

Технология прогрева и схема укладки

Перед установкой системы прогрева бетона в зимнее время монтируется опалубка и арматура. После этого раскладывается ПНСВ с интервалом между проводами от 8 до 20 см, в зависимости от наружной температуры, ветра и влажности. Провод не натягивается и прикрепляется к арматуре специальными зажимами. Нельзя допускать изгибов радиусом менее 25 см и перехлестов токоведущих жил. Минимальное расстояние между ними должно составлять 1,5 см, это поможет не допустить короткого замыкания.

Наиболее популярная схема укладки ПНСВ – «змейка», напоминающая систему «теплый пол». Она обеспечивает обогрев максимального объема бетонного массива при экономии греющего кабеля. Перед заливкой в опалубку раствора необходимо убедиться в том, что в ней нет льда, температура смеси не ниже +5°C, а монтаж схемы подключения проведен правильно, на достаточную длину выведены холодные концы.

К проводу ПНСВ прикладывается инструкция, с которой нужно ознакомиться перед тем, как прогреть бетон. Подключение осуществляется через секции шинопроводов двумя способами через схему «треугольник» или «звезда». В первом случае систему разделяют на три параллельных участка, подключаемых к выводам трехфазного понижающего трансформатора. Во втором – три одинаковых провода соединяются в один узел, потом три свободных контакта аналогично подключаются к трансформатору. Питающее устройство устанавливается не далее, чем в 25 м от места подключения, прогреваемый участок обносится ограждением.

Система подключается после полной заливки всего объема строительного раствора. Технология прогрева бетона греющим кабелем ПНСВ включает в себя несколько этапов:

  1. Разогрев осуществляется со скоростью не более 10°C в час, что обеспечивает равномерное прогревание всего объема.
  2. Нагрев при постоянной температуре длится до тех пор, пока бетон не наберет половину технологической прочности. Температура не должна превышать 80°C, оптимальный показатель 60°C.
  3. Остывание бетона должно происходить со скоростью 5°C в час, это поможет избежать растрескивания массива и обеспечит его монолитность.

При соблюдении технологических требований материал наберет марку прочности, соответствующую его составу. По окончанию работ ПНСВ остается в толще бетона и служит дополнительным армирующим элементом.

Нужно отметить, что применять кабель КДБС или ВЕТ значительно проще, поскольку их можно подключать напрямую к сети 220 В через щитовую или розетку. Они разделены на секции, что помогает избежать перегрузки. Но эти кабели стоят дороже ПНСВ, поэтому реже применяется при строительстве крупных объектов.

Еще одна популярная технология – использование опалубки с ТЭН и электродами, когда арматура вставляется в раствор и подключается к сети, используя сварочный аппарат или понижающий трансформатор другого типа. Этот способ прогрева не требует специального греющего кабеля, но более энергозатратен, поскольку вода в бетоне играет роль проводника, а его сопротивление при затвердевании значительно возрастает.

Расчет длины

Чтобы рассчитать длину провода ПНСВ для прогрева бетона требуется учесть несколько основных факторов. Главный критерий – количество тепла, подаваемого на монолит для его нормального затвердевания. Оно зависит от температуры окружающего воздуха, влажности, наличия теплоизоляции, объема и формы конструкции.

В зависимости от температуры определяется шаг укладки кабеля со средней длиной петли от 28 од 36 м. При температуре до -5°C расстояние между жилами или шаг составляет 20 см, с понижением температуры на каждые 5 градусов, он уменьшается на 4 см, при -15°C он составляет 12 см.

При расчете длины важно знать потребляемую мощность нагревательного провода ПНСВ. Для самого популярного диаметра 1,2 мм она равна 0,15 Ом/м, у проводов с большим сечением сопротивление ниже диаметр 2 мм имеет сопротивление 0,044 Ом/м, а 3 мм – 0,02 Ом/м. Рабочий ток в жиле должен быть не более 16 А, поэтому потребляемая мощность одного метра ПНСВ диаметром 1,2 мм равна произведению квадрата силы тока на удельное сопротивление и составляет 38,4 Вт. Чтобы подсчитать суммарную мощность необходимо этот показатель умножить на длину уложенного провода.

Подобным образом рассчитывается и напряжение понижающего трансформатора. Если уложено 100 м ПНСВ диаметром 1,2 мм, то его общее сопротивление составит 15 Ом. Учитывая, что сила тока не более 16 А, находим рабочее напряжение, равное произведению силы тока на сопротивление в данном случае оно будет равно 240 В.

Применение провода ПНСВ – один из самых дешевых способов прогрева бетона. Но он больше годится для применения профессиональными строителями, поскольку для его подключения требуются специальное знание и оборудование. Этот кабель можно применять и в бытовых условиях, правильно рассчитав потребляемую мощность. Снизить расходы при прогреве раствора поможет применение теплоизоляционных материалов, в этом случае нагрев произойдет быстрее, а снижение температуры будет происходить равномернее, что улучшит качество бетона.

>Провод ПНСВ

Изготавливается по ТУ.

Код ОКП 35 5813 04.

Входит в » Единый перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации».

Изготавливается по ТУ.

>Описание и конструкция провода ПНСВ

Токопроводящая жила — стальная, однопроволочная, круглой формы.

Изоляция — ПВХ пластикат или полиэтилен.

Условия монтажа и эксплуатации провода ПНСВ

Диапазон рабочих температур от -60°C до +50°C.

Диапазон прокладки и монтажа не ниже -15°C.

Провода стойки к воздействию воды и 20% водного раствора поваренной соли или 30% раствора щелочей Ca (OH)2 или NaOH.

Радиус изгиба проводов при монтаже должен быть не менее 5 наружных диаметров.

Смонтированные провода не должны пересекаться или прикасаться друг к другу, расстояние между проводами должно быть не менее 15 см.

Режим работы проводов повторно-кратковременный или длительный.

Подводка питания к нагревательной секции осуществляется «холодными» концами, места соединения нагревательного провода и «холодного» конца рекомендуется выводить за пределы обогреваемой зоны. Соединение «холодного» конца с нагревательными проводами рекомендуется производить методом пайки с применением бандажа из медной проволоки, посредством клеммных коробок и гильз. Допускается любой другой метод, обеспечивающий надежность соединения при эксплуатации проводов. Для достижения равномерности теплового поля смонтированный провод ПНСВ рекомендуется покрывать металлической фольгой толщиной 0,2 -0,5 мм.

Допускается изготовление нагревательных секций из 2-3 отрезков проводов, при этом соединение токопроводящих жил отрезков может производиться любым способом, обеспечивающим качество соединения.

Минимальный срок службы 16 лет.

Элементы констркуции проводов ПНСВ:

Жила — стальная, однопроволочная, круглой формы
Изоляция — ПВХ пластикат или полиэтилен
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ проводов ПНСВ
Провода предназначены для обогрева при фиксированном монтаже объектов нефтяной и газовой промышленности, монолитного бетона и железобетона, а также для напольных нагревателей при напряжении до 380 В переменного тока номинальной частотой 50 Гц или постоянного тока до 1000 В.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ проводов ПНСВ
Провода стойки к смене температуры окружающей среды: от -60°до +50°С
Максимально допустимая температура эксплуатации: +80°С
Прокладка проводов должна проводиться при температуре окружающей среды не ниже -15°С
Провода стойки к воздействию воды и 20-ти процентного водного раствора поваренной соли или 30-ти процентного раствора щелочей Са(ОН)2 или NaOH.
Радиус изгиба проводов при монтаже должен быть: не менее 5 наружных диаметров
Минимальный радиус изгиба: 25 мм
Смонтированные провода не должны пересекаться или прикасаться друг к другу, расстояние между проводами должно быть : не менее 15 мм
Режим работы проводов — повторно-кратковременный или длительный
Подводка питания к нагревательной секции осуществляется «холодными» концами, места соединения нагревательного провода и «холодного» конца рекомендуется выводить за пределы обогреваемой зоны
Соединение «холодного» конца с нагревательными проводами рекомендуется производить методом пайки с применением бандажа из медной проволоки, посредством клеммных коробок или гильз. Допускается любой другой метод, обеспечивающий надежность соединения при эксплуатации

Для достижения равномерности теплового поля смонтированные провода рекомендуется покрывать металлической фольгой толщиной 0.2-0.5 мм
Допускается изготовление нагревательных секций из 2-3 отрезков проводов, при этом соединение токопроводящих жил отрезков может производиться любым способом, обеспечивающим качество соединения
Электрическое сопротивление изоляции проводов, пересчитанное на 1 км длины и измеренное при температуре (20±5)°С : не менее 1 МОм
Гарантийный срок эксплуатации: 2 года со дня ввода в эксплуатацию
Срок службы проводов ПНСВ: не менее 16 лет

При строительстве монолитных бетонных конструкций в зимнее время применяется несколько технологий для создания необходимых температурных условий. Это может быть установка специальных тепляков, применение тепломатов или специального провода для прогрева бетона. Первый способ наиболее энергоемкий, поэтому экономически невыгоден, второй вариант подразумевает установку тепловых станций, прогревающих только верхние слои, что также вносит ряд ограничений на применение. Последний вариант наиболее востребован, о нем и пойдет речь в данной публикации.

Виды нагревательных проводов и кабелей

Чаще всего для электроподогрева бетона применяются провода ПНСВ. Это объясняется его относительно невысокой стоимостью и простым монтажом. Ниже представлен внешний вид термопровода, его конструктивные особенности и расшифровка маркировки.

Внешний вид провода ПНСВ (А), расшифровка маркировки (В) и конструкция (С)

В качестве альтернативы может применяться аналог – ПНСП, основное отличие которого заключается в изоляции, она выполнена из полипропилена, что позволяет незначительно повысить максимальную мощность тепловыделения.

Таблица основных параметров проводов ПНСВ и ПНСП

Обратим внимание, что провода данного типа могут использоваться в качестве напольных обогревателей, которые работают по принципу теплого пола.

Основная трудность, связанная с применением термопроводово данного типа, заключается в необходимости произвести расчет их длины. Небольшие просчеты можно исправить регулируя уровень напряжения, поступающего с прогревочного трансформатора.

Подробно о том, как производится монтаж ПНСВ, а также описание связанных с этим процедур (расчет длины проводов, схема укладки, составление технологической карты и т.д.) будет приведено в другом разделе.

Разновидности и особенности кабелей КДБС и ВЕТ

Основной недостаток описанных выше термопроводов – необходимость дополнительного оборудования, позволяющего регулировать мощность тепловыделения путем изменения напряжения. Значительно упростить задачу можно применяя двужильные секционные саморегулирующие термокабели, а именно финский ВЕТ или отечественный КДБС. Они не требуют для подогрева дополнительного оборудования и подключаются напрямую к сети 220 вольт. Устройство прогревочного кабеля представлено ниже.

Основные элементы конструкции кабеля обогревочного

Обозначение:

  • А – Выходы нагревательных жил.
  • В – Установочный кабель, служащий для подключения КДБС к сети 220в, для этой цели можно использовать любой соединительный провод, например АПВ.
  • С – Муфта, для подключения нагревательной секции.
  • D – Концевая изоляторная муфта.
  • Е – Нагревательная секция фиксированной длины.

Конструктивно кабель ВЕТ практически не отличается от рассмотренного выше отечественного аналога, что касается основных технических характеристик, то они приведены в сравнительной таблице ниже.

Таблица сравнительных характеристик кабелей ВЕТ и КДБС

Что касается маркировки, то отечественные изделия данного типа кодируются в следующем виде: ХХКДБС YY, где ХХ – характеристика линейной мощности, а YY – длина секции. В качестве примера можно привести маркировку 40КДБС 10, которая указывает мощность 40 Вт на метр, а сама секция десятиметровой длины.

Технология прогрева с использованием ПНСВ

Принцип действия довольно простой: при подаче напряжения происходит нагрев провода, который в свою очередь нагревает бетонную смесь. Поскольку для нагрева рекомендуется ограничится напряжением 70 В, потребуется понижающий трансформатор (далее ПТ) соответствующей мощности.

Трансформаторная подстанция КТПТО 80 для работы с термопроводом

Перед тем, как осуществлять монтаж, необходимо рассчитать длину прогревочного провода. При этом необходимо принимать во внимание его тип и характеристики, напряжение трансформаторной подстанции, объема бетонной смеси, температуры окружающей среды, а также характер конструкции (предполагается заливка колоны, балки) и т.д. Чтобы не запутаться в расчетах, можно воспользоваться онлайн калькулятором для расчета нагревательного проводника ПНСВ или другого кабеля (ПНБС, ПТПЖ и т.д.).

Для нагрева бетонной смеси, объемом один кубометр необходимо около 1200-1300 Вт. Если мы будем использовать провод данной марки сечением 1,20 мм, то потребуется прогревочник 30-45 м (для точного расчета длины необходимо знать температурные условия).

Помимо этого необходимо учитывать силу тока, для нормальной работы погруженного в раствор кабеля допустимо 14,0 – 18,0 Ампер (в зависимости от схемы подключения).

Электрическая схема подключения ПНСВ А) звездой В) треугольником

Монтаж ПНСВ

Приведем краткое руководство стандартной методики:

  1. Выбираем диаметр провода согласно техкарте, как правило это 1,20-4,0 мм. Если планируется обогрев армированных конструкций, то рекомендуется остановиться на ПВХ изоляции, поскольку она более прочная. Для неармированных конструкций допускается применять провод с полипропиленовым покрытием.
  2. Нарезка производится сегментами равной длины, после чего их сворачивают спиралью (Ø 30,0-45,0 мм).
  3. Укладка спиральных ниток производится в арматурный каркас или их располагают в фанерном или деревянном каркасе (опалубке).
  4. Характеристики ПНСВ не предполагают его работу в качестве обогревателя за пределами бетонной смеси. При таких условиях он сразу выходит из строя. Для исправления ситуации используется любой монтажный провод большего сечения, который подключают к выводам сегмента. Пример как подключить ПНСВ с помощью холодных концов
  5. После того, как опалубку зальют бетонной смесью, дожидаются, пока она начнет схватываться, после чего производится включение трансформаторной подстанции. С ее помощью осуществляют установку необходимой температуры путем увеличения или уменьшения напряжения.

Обратим внимание, принцип и схема укладки ПНСП, ПНБС, ПТПЖ практически не отличается от ПНСВ.

Использование сварочного аппарата в качестве ПТ.

Такой способ подогрева вполне возможен, приведем пример как это можно реализовать такой метод. Допустим, нам необходимо залить плиту объемом 3,7 кубических метра, при температуре на улице – 10°С. Для этой цели потребуется сварочная установка на 200,0-250ампер, клещи для измерения тока, провод ПНСВ, холодные концы и тканевая изоляционная лента.

Нарезаем восемь сегментов по 18,0 метров, каждый такой может выдержать ток до 25,0 А. Мы оставим небольшой запас и возьмем для подключения к сварочному аппарату на 250,0 А восемь таких сегментов.

К каждому выходу отрезка подсоединяем на скрутке монтажный провод (подключаем холодные концы). Производим укладку ПНСВ, ее схема будет приведена ниже. Соединение холодных концов (плюс и минус отдельно) желательно делать при помощи клеммника, размещенном на текстолите или любом другом изоляционном материале.

Подключение ПНСВ к сварочному аппарату

Завершив заливку, подключаем прямой и обратный выход аппарата (полярность не имеет значения), предварительно выставив ток на минимум. Проводим измерение тока нагрузки на отрезках, он должен быть порядка 20,0 А. В процессе нагрева сила тока может немного «проседать», когда это происходит, увеличиваем ее на сварке.

Монтаж секционного обогревочного кабеля

Поскольку такие нагреватели для бетона поставляются не в бухтах, а готовыми секциями, снимается вопрос с обрезкой. Все что необходимо для сбора установки для зимнего бетонирования это рассчитать мощность сегмента исходя из того сколько кубов бетона в конструкции, после чего выбрать кабель соответствующей длины.

Начнем с краткого руководства по расчетам и небольших рекомендаций по монтажу:

  • В инструкции к технологии ТМО бетона указывается, что на обогрев кубометра смеси требуется от 500 до 1500 Вт (зависит от температуру воздуха). Расход электроэнергии можно существенно снизить, если применить несколько несложных технических приемов:
  1. Использовать специальные присадки для смеси, позволяющие понизить точку замерзания раствора.
  2. Утеплить опалубку.
  • Если производится заливка балки или перекрытия, расчет обогревочного кабеля производится из 4 погонных метров на 1 м2 площади поверхности. При возведении объемных элементов, таких как двутавровые бетонные балки, электрообогрев укладывают ярусами, с расстоянием между ними не более 40,0 см.
  • Защита кабеля позволяет приматывать его к арматуре.
  • Расстояние от поверхности конструкции до уложенного внутри электрообогревателя должно быть как минимум 20,0 см.
  • Чтобы бетонная смесь прогревалась равномерно, нагреватели должны быть уложены на одинаковом расстоянии.
  • Между разными контурами должно быть не менее 40,0 мм.
  • Запрещено пересечение греющих проводников.

Преимущества и особенности сегментированного кабеля

К несомненным положительным качествам продукции данного типа следует отнести:

  • Для организации прогрева бетона при помощи не требуется наличие дорогостоящего дополнительного оборудования (ПТ).
  • В отличие от сушки электродами вероятность поражения электричеством минимальна.
  • Легкий монтаж и несложный расчет длины сегмента.

Особенности:

ВЕТ кабель стоит существенно дороже, чем провод для прогрева бетона ПНСВ. Отечественный КДБС, например производимый компанией ЭТМ в Красноярске, несколько улучшает положение, но не намного. Именно поэтому данные кабели применяются при возведении небольших бетонных и ЖБТ конструкций.

В качестве заключения.

Мы описали только один способ обогрева бетона, на самом деле их значительно больше. Они будут рассмотрены в других публикациях.

В завершении считаем необходимым ответить на вопрос, неоднократно встречающийся в сети, почему нельзя для прогрева бетона использовать нихромовые провода. Во-первых, это удовольствие было бы очень дорогим, во-вторых, правилами техники безопасности запрещено. Именно поэтому не стоит калькулятор для расчета числа витков нихрома, чтобы сделать обогрев трубы или бетона.

ТСДЗ-63 и ТСДЗ-80. Сколько кубов бетона прогревают эти станции в среднем?

Трансформаторы (станции) для прогрева бетона используются для электрического обогрева бетонной смеси с помощью специальных проводов - провод нагревательный со стальной жилой (одножильный) (ПНСВ).

Как происходит сам процесс прогрева бетона с помощью станций?

В строительстве спросом пользуются как масляные станции прогрева бетона (КТПТО 80), так и сухого типа (ТСДЗ 63, ТСДЗ 80).

Они могут прогревать бетон при температурах от +5 до -45 градусов по Цельсию.

Процесс прогрева следующий. В конструкцию, куда будет заливаться бетон, помещают специальные нагревательные провода ПНСВ. Эти провода подключаются к трансформатору. Провод ПНСВ нагревается при прохождении электрического тока по нему, и бетон нагревается. Необходимо знать, что провод ПНСВ должен быть полностью погружен в раствор, иначе провода сгорят.

Такой способ эффективен даже при минусовых температурах, и бетон не замерзнет. Мощность нагрева можно регулировать посредством ступеней нагрузки у трансформатора, а ток нагрузки – при помощи амперметров.

На производительность такого метода прогрева влияют следующие факторы: температура воздуха, количество арматуры и утепляющие дополнительные поверхности. 1 кВт мощности трансформатора приходится на 0,5-1 м3 бетона.

Применяя такие трансформаторы, как ТСДЗ 63 и ТСДЗ 80, для прогрева бетона, можно сказать, что один трансформатор способен в сильные холод прогреть 20-30 м3 (ТСДЗ 63 – 20 м3, а ТСДЗ 80 – 30 м3), а при нормальных условиях – до 65 м3.

На 1 м3 бетона примерно расходуется 60 м провода ПНСВ (1,2х2). Для точного расчета количества данного провода используется специальная инструкция, согласно которой можно рационально и экономично использовать нагревательные провода.

Что касается времени прогрева бетона, то точных данных нет. Необходимо постоянно замерять показания температуры и тока и заносить в специальный журнал.

Если вам необходимы трансформаторы, чтобы прогреть бетон, то вы у нас можете их приобрести. Большой выбор как масляных, так и сухого типа станций для прогрева бетона.

Прогрев бетона проводом пнсв схема укладки видео

Таким образом, в маркировке указано из чего состоит провод: стальная жила, оцинкованная или неоцинкованная, покрыта изоляцией из ПВХ или специального полиэтилена.

Строительные работы — это хлопотно, затратно, но в какой-то мере приятно. Особенно когда ведется постройка долгожданного жилища для собственной семьи. И если в промышленных масштабах для заливки бетона в зимнее время требуется специальный трансформатор или кабель, то в условиях небольших объемов можно сделать это имея сварочный трансформаторный аппарат, мощность которого от 150 до 200 Вт. Это мобильный и экономичный прибор, который доступен любому человеку и зачастую уже есть в мастерской строителя. А если такое устройство есть в наличии, то почему бы его не использовать.

Дополнительно для прогрева бетона сварочным инвертором потребуется:

Для обеспечения верного отвердевания бетона необходимо, дабы целый входящий в состав раствора цемент прореагировал с водой. Данный процесс называется гидратацией, и нарушается он в том случае, если вся влага либо ее часть преобразовывается в лед.

Дабы избежать этого, применяют разные способы:

Как показывает опыт, наиболее действенным есть комбинирование способов пассивного теплосбережения и активного прогрева бетона. Ниже мы рассмотрим детали этого процесса максимально детально.

В холодное время года жидкий бетон в опалубке схватывается частично. Нарушается гидратация монолитной массы. При оттаивании возникает напряжение между замёрзшими и затвердевшими объёмами заливки, что приводит к нарушению монолитности содержимого опалубки. Это чревато появлением глубоких трещин и потерей несущей способности всей конструкции.

Чтобы предотвратить эти негативные явления, монолит прогревают в течение всего периода его гидратации. Для этого применяют греющий кабель для бетона.

Бетонирования является одним из самых распространенных технологических процессов при ведении строительства. Он применяется не только для создания фундаментов, но и различных перекрытий, опор и капитальных стен. Затвердевание цементно-песчаной или цементно-гравийной смеси происходит в ходе химической реакции гидратации, когда молекулы воды и вещества, в ней растворенные, создают новое химическое соединение.

Она является необратимой и сопровождается выделением некоторое количество тепла, которое при положительных внешних температурах поддерживает взаимодействие веществ в течение первых семи суток после заливки бетона в опалубку.

Однако его может быть недостаточно, если строительство ведется в демисезонный и тем более в зимний период, когда наружные температуры опускаются значительно ниже нуля. В этом случае часть веществ в химическую реакцию не вступает, что значительно снижает фактическую прочность бетонных конструкций.

Кроме того, неизрасходованная вода замерзает и расширяется, разрушая их изнутри. Чтобы такого не происходило, применяются различные способы прогрева залитой массы. Самым простым и эффективным является укладка внутри массива тепловыделяющего электрического кабеля, каким и является провод ПНСВ.

На рынке предоставлен широкий выбор этой продукции с разными рабочими характеристиками. Кабель для прогрева бетона должен иметь хорошую изоляцию, иначе возможно короткое замыкание или пожар. Это так же позволяет избежать перегиба и перелома. Наиболее подходящий диаметр провода – 1.2 мм, а сопротивление 0.15 Ом/м. Как правило, выпускают провода с одной жилой, но бывают и с двумя.

Самым распространенным материалом для этого является провод нагревательный ПНСВ. Он прост в применении, к тому же сравнительно недорогой. Состоит из оцинкованной или стальной однопроволочной жилы, имеющей круглую форму, и полиэтиленовой или ПВХ пластикатовой изоляции. Такой материал используют для прогрева в температурных условиях от + 5 градусов и ниже. На этой странице вы сможете узнать про пропорции для приготовления бетона, его компоненты и параметры.

Способ прогрева бетона проводом ПНСВ достаточно прост. ПНСП сильно нагреваются и передают тепло конструкции. Для проведения процедуры одного нагревательного элемента не достаточно. Понадобится трансформаторная подстанция (понижающая), которая имеет систему, отвечающую за регулировку тепловой силы. Исходя из внешних изменений температурного режима, устройство регулирует тепловую мощность. Именно от такой подстанции и будет происходить нагрев. Такая установка позволяет нагревать смесь до 30 куб.м.

Греющий провод ПНСВ – это одна стальная жила (она может быть простой или иметь цинковое защитное покрытие) в оболочке из винила. Собственно, это исходит из расшифровки аббревиатуры его названия:

Действует он за счет своих резистивных качеств: электрическое сопротивление стали достаточно высоко, а чем длинней проводник, тем его удельное значение выше, как и степень разогрева при пропускании электрического тока.

Промышленностью выпускается три вида провода ПНСВ, отличающихся диаметром внутренней жилы: 1, 1.2, а также 1.4 мм. Их основные технические характеристики приведены в таблице ниже.

Прогрев бетона это дело не из лёгких , и самая тяжёлая часть это закрепить провод к каркасу. Провод обычно крепят либо с помощью проволоки которая торчит после вязания каркаса либо нарезают короткие кусочки самой ПНСВ .

С помощью ПНСВ можно греть бетон в любых формах будь то это колонны , плиты перекрытия , диафрагмы , стены , лестничные марши то есть везде где есть каркас , то есть есть к чему прикрепить провод.

Прогрев бетона электродами

Прогрев электродами – это один из наиболее популярных методов нагрева цементно-песчаной смеси в холодных погодных условиях.

Принципиальная схема трансформатора для прогрева бетона.

Существует несколько видов электродов, применяемых для данного вида работ:

  1. Пластинчатые.
    Токопроводящие элементы выполнены в виде пластины. Подобные нагревательные элементы устанавливаются с внутренней стороны опалубки для обеспечения хорошего контакта с песочно-цементной смесью. Обогрев бетона осуществляется из-за возникновения электрического поля вблизи пластинчатых нагревательных элементов.
  2. Полосовые.
    Подобный вариант нагревательных устройств монтируется с обеих сторон опалубки. Принцип действия полосовых электродов идентичен пластинчатым: при подаче тока вокруг греющих элементов возникает электрическое поле, прогревающее бетонную конструкцию.
  3. Струнные.
    Нагревательные элементы струнного типа зачастую используются при прогреве цилиндрических бетонных конструкций, например, колонн. Подсоединение электродов осуществляется к центру конструкции, окруженному токопроводящей опалубкой. Для упрощения соединения токопроводящих элементов между собой провода питания, виднеющиеся из опалубки, изгибаются в форме буквы Г.
  4. Стержневые.
    По своему виду данная модель нагревательных элементов напоминает арматуру. Монтаж стержневых элементов осуществляется внутрь бетона, что позволяет прогревать даже самые сложные конструкции.

Существуют случаи, когда вместо электродов можно использовать продольные металлические прутья, помещенные в опалубку. Такой метод отличается простотой и эффективностью, но имеет большое потребление электрической энергии.

Индукционные методы и методы инфракрасного излучения.

Сущность метода индукции заключается в создании провода, качественно изолированного и установленного вокруг арматуры, который будет образовывать индукцию и вырабатывать тепло.

Благодаря же инфракрасным лучам можно нагревать поверхность элементов и в последующем передавать тепло по всему объёму и периметру необходимого объекта. Однако данный метод не годится для равномерного обогрева бетонных конструкций, имеющих большие площади.

Таким образом, следует выбирать наиболее подходящий метод в зависимости от качества бетонной конструкции, лёгкого доступа к ней, а так же наличия всех необходимых материалов.

Способы подключения греющего кабеля ПНСВ

Нагревательный провод ПНСВ подключается к сети переменного тока 380 или 220 вольт. Если рассчитанная потребляемая мощность всех секций превышает 5 кВт, питание осуществляется через силовой трансформатор. Обязательно предусматривается возможность регулировки силы подающегося тока, поскольку технология процесса достаточно сложна и зависит от внешних условий – температуры воздуха и скорости ветра.

Как правило, используется трехфазная сеть, а нагревательные секции подключаются к ней двумя известными способами:

  1. Треугольником, в этом случае напряжение 380 вольт.
  2. Звездой – напряжение 220 вольт.

В отдельных случаях допускается одиночное подключение. Как между двумя фазами, так и между фазой и землей.

Схемы прогрева бетона проводом ПНСВ с использованием трехфазной сети приведены на рисунках ниже.

Расчёт длины провода

Провод заземления

Длина прогревочного кабеля для бетона прямо связана с его характеристиками. Для расчёта значение имеют выходное напряжение трансформатора, радиусы изгибов проводного нагревателя. Очень удобно пользоваться сетевым калькулятором для небольших по объёму монолитных объектов. При масштабном строительстве профессионалы используют нормативы, привязанные к марке провода, температуре окружающей среды и прочим параметрам.

Например, для обогрева одного кубического метра монолита потребуется прогревочный провод мощностью 1300 Вт. Понадобится ПНСВ длиной 30- 50 метров. Конкретный размер провода для обогрева бетона уточняется вводом в расчёт поправочного температурного коэффициента окружающей атмосферы.

Расчет мощности трансформатора и длины провода

Для расчета необходимой мощности обычно принимают следующие значения: для прогрева одного кубометра бетона требуется примерно 1,3 кВт мощности. Если температура воздуха слишком низкая, то значение увеличивается, если высокая – уменьшается. Длина ПНСВ провода на 1 м3 раствора составляет примерно 30-50 м. Хотя в каждом случае необходимо проводить индивидуальные расчеты, руководствуясь тем фактом, чтобы в каждом отрезке провода сила тока была в районе 15 А для схему «звезда» и 18 А для «тройки» (для ПНСВ–1.2).

Как правило, для бетонирования в холодных условиях используют трехфазные трансформаторы. Соответственно и нагружать эти фазы надо равномерно. При этом очень важно соблюдать одинаковую и верно рассчитанную длину петель провода во избежание перекоса фаз и выгорания кабеля.

Температура прогрева бетона зимой

На каждый объект разрабатывается технологическая карта на прогрев выбранным методом. В документе указываются все технико-экономические показатели, в том числе и температура прогрева.

Чтобы правильно определить температурный режим, следует учесть множество факторов. Поэтому в каждом конкретном случае значения рабочей температуры будут индивидуальны.

Вместе с тем, согласно СНиП, они не должны превышать 80⁰С. По окончании тепловой обработки скорость остывания должна быть не более 5⁰С в час.

В процессе работы необходим тщательный температурный контроль. Температуру проверяют каждые полчаса в период нагревания, 1 раз в 12 часов на этапе остывания.

Технические характеристики

Напряжение питания

~220-240 В

Линейная мощность

40 Вт/м

Сопротивление изоляции

10³ МОм*м

Минимальная температура монтажа

-30 °С

Минимальный радиус изгиба при хранении

150 мм

Номинальный размер нагревательного кабеля (диаметр)

5–7 мм

Длина установочного провода

2 м

Минимальное расстояние между нитками нагревательного кабеля

60 мм

Степень защиты

IP67

3. Прогрев бетона Термоматами

Третий по популярности метод прогрева бетона – это технология обогрева термоматами. Термомат внешне выглядит, как обычный мат, но внутри состоит из нескольких слоев:

  • Инфракрасный нагревательный слой;
  • Теплоизолирующий слой, наполненный воздухом;
  • Несколько слоев из теплоотражающего материала;
  • Влагоустойчивый слой.
     

На залитый бетон термомат укладывается греющей стороной. Однако прежде, чем положить термомат на будущее издение, необходимо накрыть раствор полиэтиленовой пленкой. Это нужно для того, чтобы не произошло преждевременного испарения воды из бетонной смеси и не нарушилось ее сцепление. Только после того, как пленку уложили, поверх нее укладывают термоэлектрические маты и затем подключают их к источнику питания (схема подключения – параллельная). Для того, чтобы бетон обрел прочность 70%, необходимо обеспечить прогрев матами на протяжении 8-12 часов.

После того, как бетон обретает нужную прочность, термомат отключают от сети. Снимать термомат с бетона сразу не рекомендуется – необходимо оставить его остывать на поверхности готовой конструкции в течение еще двух часов, чтобы температура изделия медленно выровнялась с температурой окружающей среды.

Конструкция

ПНСВ имеет токопроводящую стальную жилу. Диаметр такой оцинкованной проволоки 1,2 мм. Изоляционный слой выполнен из ПВХ пластика или полиэтилена. Он не боится перегибов, истирания, агрессивных сред, прочна и имеет высокое удельное сопротивление.

Интервал температур для работы от — 60 до 50 °С выше нуля. Достаточно большой срок службы – минимальный 16 лет. Провода работают в повторно-кратковременном и длительном режиме. Металлическая фольга, рекомендованная для их покрытия, помогает достичь равномерности прогрева теплового поля. Обычно используют для таких целей фольгу, толщина которой от 0,2 до 0,5 мм.

ПРОГРЕВ БЕТОНА – ЭТО ВЫГОДНО?

Исходя из тех факторов, что для заливки бетона зимой, необходимо использование довольно дорогостоящих инструментов и материалов, многие делают вывод о том, что строить зимой не выгодно.

Это обуславливается также тем, что зимой короче световой день, а значит, для обеспечения полноценного трудового дня на объекте необходимо продумать систему освещения, наличие теплых помещений и проч. Однако не все так грустно, как кажется.

Зима – это время, когда сильно падает спрос на строительные материалы и услуги, но компании, предоставляющие их, продолжают существовать и работать. Более того, почти все предлагают сниженные цены на строительные материалы, услуги по их доставке и проч. Цены на аренду техники и различных устройств (опалубка и тд.) также становятся значительно ниже. Все эти смягчающие факторы в конечном счете приводят строителей к такому выводу, что стоимость летнего и зимнего строительства примерно одинакова.

Да, зимой строительство протекает медленнее; да, зимой нужно проводить больше подготовительных мероприятий для обеспечения качественного результата. Но строить зимой можно, и более того – при наличии трансформаторов для прогрева бетона, дизельных генераторов (если строительный объект большой и требуется прогревать большие объемы бетона), строительные компании могут сэкономить на материалах и услугах и, кроме того – соблюсти все сроки, не приостанавливая ход строительства. Ведь не секрет, что погодные условия в некоторых регионах нашей страны весьма непредсказуемы, и планируя приостановить работу в ноябре до марта из-за внезапного наступления зимы, мы рискуем отложить строительство на полгода и даже более. Для серьезных строительных компаний такое решение может стоить еще дороже. В заключении скажем, что способ прогрева греющим проводом не единственный, но один из самых надежных и окупаемых, так как все дорогостоящее оборудование имеет большой рабочий ресурс и прослужит еще много зим. Надеемся, что данная статья была познавательной и интересной, а полученные знания помогут Вам выбрать правильный способ прогрева бетона в зимнее время и все необходимое для этого оборудование.

Технология прогрева кабелем ПНСВ

Для эффективного прогрева необходима точная регулировка мощности. В противном случае недостаточный или чересчур сильный нагрев прогревочного провода может вызвать разрушение монолита. При перегреве изоляционная оболочка может расплавиться, и жилы проводов тогда войдут в контакт с арматурой, вследствие чего произойдёт короткое замыкание. Чтобы это не происходило, применяют специальные схемы подключения греющего проводника.

Варианты схем подключения

В результате теоретических разработок и опытных исследований было определено напряжение величиной 70 вольт, при котором ПНСВ наиболее эффективно «работает» с твердеющим раствором. Для создания оптимальных условий обогрева потребуется понижающий трансформатор.

Трансформаторная понижающая подстанция

Перед монтажом электропроводки делают расчёт длины провода. Затем определяют схему укладки и способ подключения кабеля, величину рабочего выходного напряжения с учётом объёма бетонного раствора, окружающей температуры и габарита монолитной конструкции. Чтобы не погрязнуть в сложных расчётах, пользуются онлайн калькулятором, который учитывает все вышеперечисленные параметры. Используют две самые распространённые схемы укладки и подключения кабеля: это звезда и треугольник.

Варианты подключения

Какие есть особенности укладки греющего провода?

Прогрев бетона проводом ПНСВ выполняют по схеме треугольник или звезда. В первом случае прогрев обеспечивается за счет разделения кабеля на три равных группы, которые соединяют параллельно. Их объединяют в узлы и подключают к сети. Способ прогрева «звездой» заключается в соединении трех равных проводов в один узел, а свободные концы подключают к зажимам.

Технология прогрева бетона в зимнее время очень проста и не требует особых умений и знаний. Выполнив все рекомендации, греющим проводом можно быстро получить стяжку с необходимыми прочностными характеристиками.

Расшифровка названия

Первый символ «П» в аббревиатуре обозначает само изделие – провод. Буква «Н» — наиболее информативный символ, указывающий на функции, то есть провод нагревательный. Данные о материале изготовления зашифрованы в третьей букве модификации «С» — проводник стальной. Последний символ в аббревиатуре «В» информирует о том, что материал изоляции изделия поливинилхлорид.

После букв в модификации указывают сечение проводов. Наиболее распространены модели с сечением в 1; 1,2; 1,4 мм², но встречаются и с 6 мм².

Инструкция по монтажу прогревочного кабеля

  1. Определить прогреваемые поверхности каждого элемента конструкции исходя из того, что прогревочный кабель внутри элемента не должен пересекаться и находится в массе бетона, но не глубже 20 см от поверхности. Масса внутри элемента конструкции обычно не прогревается.
  2. Прокладку кабеля начинаем с мест сопряжения заливаемой конструкции с другими элементами конструкции, обеспечиваем прогрев стыков. При этом кабеля не пересекают компенсационные швы. Укладка кабеля должна обеспечить равномерность прогрева при единовременной заливке.
  3. Пересечение большой площади прогреваемого элемента с бетонными и кирпичными массивами недопустимо – масса выстудит элемент, мощности прогрева не хватит.
  4. Каждый элемент надо просчитать по калькулятору и набрать нужную длину кабелей из предложенного таблицей набора – от самого длинного типоразмера к меньшему. Т.е. можно набрать хоть тройками, но дешевле работать по 85 м и меньше выходов.
  5. Полученные значения на каждый элемент сложить и взять процентов 20-30 разных типоразмеров сверх расчетного количества в запас для работы по месту.
  6. Обычно на 1кв. м прогреваемой поверхности идет 4 м.п. кабеля. Массив внутри бетона обычно не греют, это зависит от конфигурации элемента и мощности на1м3.
  7. Компании по производству бетонно-монолитных работ рекомендуют следующие расчеты: примерный расчет – на 1 м3 монолитного бетонного изделия требуется от 0,4 – 1,5 кВт мощности прогрева, это зависит от толщины и материала опалубки, устройства парника, температуры и ветра, также важно учитывать и применяемые присадки для бетона.
  8. Используем выполненный нами расчет мощности для контроля – витки кабеля можно приближать друг к другу до 4 см, главное, не пересекать, если возможно провисание. Крепить обычной арматурной проволокой, нормальным усилием.
  9. Мы не можем выполнить расчет, не видя арматурной сетки, сопряжений, размеров и конфигураций по месту. Наши клиенты легко выполняют как монтаж, так и консультирование на объектах уже после первой заливки.

Пример нагревания секции прогревочного кабеля 40КДБС:

Плюсы и минусы ПНСВ

Прогревать таким способом бетон довольно выгодно. Это объясняется как низкой стоимостью провода и относительно небольшим расходом электричества. Отдельно необходимо отметить устойчивость проволоки к щелочному и кислотному воздействию, что позволяет использовать данный способ при добавлении в смесь различных присадок.

Основные недостатки:

  • сложность расчетов при расчете длины провода;
  • необходимость использования ПТ.

Понижающие станции стоят довольно дорого, а учитывая длительность процесса брать их в аренду не выгодно (такие услуги обходятся в 10% от себестоимости изделия). Использование сварочных аппаратов делает возможным обогрев небольших конструкций, но поскольку она не рассчитана на такой режим работы, выход ее из строя и последующий дорогостоящий ремонт довольно вероятны.

Технология прогрева бетонной массы

Фундаментальной ошибкой является мнение, что для достижения заданной конструктивной прочности бетона достаточно смонтировать греющий кабель и просто подключить его к сети. Процесс этот регулируемый и зависящий от множества параметров. Недопустим как недогрев, так и перегрев залитой бетонной массы.

Довести ее до кипения вам не удастся, поскольку виниловая оболочка плавится при 80 0С. Это является своеобразным предохранителем. Но если она разрушится, вся греющая система выйдет из строя, а при соприкосновении провода с арматурой не исключено возникновение короткого замыкания.

Ниже, в качестве примера, приведена одна из технологических схем прогрева при включении секций «Звездой».

  • Первый этап, когда происходит поглощение основной массы воды и начинает формироваться кристаллическая структура в массе залитого бетона. В это время он нагревается до 55 0С. Его длительность зависит от температуры наружного воздуха. Например, при –15 0С она равна 5 часов, при –20 0С – семь часов. Для поддержания процесса требуется напряжение на выходных обмотках трансформатора, равное 95 вольт.
  • Второй этап. Проводится для изотермического прогрева и создания кристаллической структуры в массе бетона. Питающее напряжение снижается до 75 вольт, а температура внутри залитой массы 55 0С поддерживается за счет ее тепловой инерционности. Длительность и зависимость от внешней температуры такая же, как и на первом этапе. Однако при резком похолодании рекомендуется повысить напряжение до 85 вольт.
  • Третий этап. Стадия остывания. Набор 70-80% конструктивной прочности. Температура нагрева провода не более 20 0С. Продолжительность 80 часов, если снаружи –15 0С и 30 при –25 0С.

Время прогрева бетона зимой

Этот показатель зависит от многих обстоятельств, но важнейшим является выбранная технология прогрева. Так, термоматы за 11 часов применения дадут такую же прочность, какую бетон приобрёл бы в естественных условиях за 28 дней.

При прогреве бетона проводом ПНСВ нужная прочность набирается в течение 7-10 дней.

Монтаж и правила транспортировки

На корпусе трансформаторной подстанции расположены кронштейны и полозья, обеспечивающие удобство транспортировки грузоподъемным оборудованием.

Габариты ТП соответствуют требованиям, установленным правилами ПДД стандартов габаритов и это позволяет свободно перевозить подстанцию автотранспортом.

Чтобы погрузить, выгрузить и установить ТП на месте использования и в дальнейшем проводить работы с эксплуатацией данного аппарата достаточно иметь стандартный допуск, специальное оборудование и квалификация рабочих не обязательна.

За подключение и пуск прибора должен отвечать штатный энергетик, ознакомившийся с прилагающимся к подстанции паспортом и всей остальной документацией.

Прочность корпуса позволяет выдержать любые перепады напряжения. При этом важную роль играют провода, которые применяются при укладке.

Использование провода ПНСВ после застывания

Уложенные в бетонную конструкцию секции нагревательного кабеля остаются в ней навсегда и не теряют своих резистивных свойств. Поэтому есть смысл использовать их с целью повышения комфорта проживания. Нередко провод ПНСВ укладывают в бетонную стяжку пола специально. Однако это не лучшее решение, хотя и наиболее бюджетное.

При размещении нагревательного элемента под напольным покрытием следует учитывать возможные препятствия для рассеивания выделяемого тепла. В жилых комнатах таковыми являются места, где установлена корпусная мебель, основание которой плотно прилегает к полу. В них возникают зоны локального перегрева.

При длительном использовании провод постепенно истончается и, в конце концов, обрывается. Его замена связана с чрезвычайными трудностями, поскольку требует снятия напольного покрытия и разрушения бетонной стяжки.

Решением проблемы является использование саморегулирующегося нагревательного провода. Его конструкция состоит из двух медных жил, между которыми находится так называемая тепловая матрица – полупроводниковый элемент, проводимость которого изменяется по мере нагревания. Чем температура выше, тем выше сопротивление. Это приводит к тому, что сила тока, текущего по этому участку, уменьшается, из-за чего он остывает.

Такой нагревательный элемент работает при любых размерах – от кусочка длиной в несколько сантиметров до многометровой секции. Его можно перекрещивать с другими, подобными ему (с проводом ПНСВ такое делать категорически нельзя из-за опасности расплавления изоляции и возникновения короткого замыкания). Основным недостатком саморегулирующегося нагревательного провода является стоимость. Она в разы выше, чем одножильного резистивного.

Прогрев залитой бетонной массы с помощью греющего кабеля ПНСВ позволяет сократить срок достижения 80% конструктивной прочности с семи суток до двух-трех дней и не прекращать работы с наступлением холодов. Однако технология этого процесса довольно сложна, обычно его схема разрабатывается для каждого конкретного случая. Поэтому не прельщайтесь его видимой простотой. Обращайтесь к профессионалам, а при их отсутствии досконально изучите вопрос самостоятельно.

Инфракрасный прогрев

Производится при помощи направляемых инфракрасных установок. Достоинство этого способа в том, что достаточно поставить установку и можно греть через форму. Также инфракрасной установкой разрешается греть отрытые бетонируемые поверхности. Регулирование тепла происходит за расчет изменения пространства между установкой и греющейся поверхностью.

Преимущества инфракрасного метода

  • наибольшая эффективность;
  • легкость применения;
  • небольшие затраты на электроэнергию.

Недостатки

  • высокая цена инфракрасной инсталляции, что невыгодно при больших масштабах бетонирования;
  • происходит усиленное испарение влаги.

Преимущества и особенности сегментированного кабеля

К несомненным положительным качествам продукции данного типа следует отнести:

  • Для организации прогрева бетона при помощи не требуется наличие дорогостоящего дополнительного оборудования (ПТ).
  • В отличие от сушки электродами вероятность поражения электричеством минимальна.
  • Легкий монтаж и несложный расчет длины сегмента.

Особенности:

ВЕТ кабель стоит существенно дороже, чем провод для прогрева бетона ПНСВ. Отечественный КДБС, например производимый компанией ЭТМ в Красноярске, несколько улучшает положение, но не намного. Именно поэтому данные кабели применяются при возведении небольших бетонных и ЖБТ конструкций.

В качестве заключения.

Мы описали только один способ обогрева бетона, на самом деле их значительно больше. Они будут рассмотрены в других публикациях.

В завершении считаем необходимым ответить на вопрос, неоднократно встречающийся в сети, почему нельзя для прогрева бетона использовать нихромовые провода. Во-первых, это удовольствие было бы очень дорогим, во-вторых, правилами техники безопасности запрещено. Именно поэтому не стоит калькулятор для расчета числа витков нихрома, чтобы сделать обогрев трубы или бетона.

Многие специалисты считают, что бетон нельзя обрабатывать после нагрева и до набора бетоном марочной прочности. Такое мнение ошибочно. После прогрева можно выполнять работы, но не все. С ударными нагрузками необходимо повременить. Но можно резать материал. Для этого используют инструмент с алмазными насадками, которые не должны создавать трещины на конструкции.
Прогрев бетона кабелем очень напоминает устройство теплых полов. Поэтому имея опыт – мастер без проблем справиться с прогревом бетона.

Доступный способ прогрева бетона проводом в зимнее время Ссылка на основную публикацию

Тепловой шатер — древний способ прогрева. Тепляки — это временный шатер из водостойкой фанеры, полимерной пленки или брезента, который полностью закрывает сооружение или его часть, где происходит укладка и выдержка бетонной смеси. При помощи калориферов в тепляке поддерживаются постоянные положительные значения температуры (от 5 до 25 °С) и влажность, поэтому достигаются благоприятные условия для работы. Для этого применяют электрические или газовоздушные нагревательные системы.

Прогрев бетона трансформатором - сложности и их решение

Для человека, поверхностно знакомого со строительными технологиями, может показаться, что зимний прогрев бетона – несложная операция.

Внешне все выглядит достаточно просто: достаточно разложить провод по арматуре, залить раствор и подключить выводы к трансформатору.

Электродный способ кажется еще более простым – воткнул металлические стержни и подключил к источнику питания.

На самом деле все намного сложнее.

Технология прогрева бетона основана на принципах физики, а точнее – электротехники.

Любое нарушение правил организации этого процесса грозит потерей времени и средств.

Исправить что-либо, как правило, уже невозможно. Придется искать альтернативные способы защиты бетона от замерзания.

Если бетонная смесь замерзнет, структура искусственного камня нарушится, изделие станет непригодным для эксплуатации.

Насколько сложно правильно подключить трансформатор для прогрева бетона

Чтобы грамотно прогреть бетонную смесь с помощью кабеля, необходимо иметь знания в электротехнике и обладать практическими навыками.

При расчете прогрева бетона важно принять во внимание каждую мелочь – длину греющих петель, закладываемых в монолит, параметры холодных концов и шины.

Обязательно нужно убедиться, что на объекте имеется электросеть с необходимыми параметрами.

Важно, чтобы мощность трансформатора соответствовала объему прогреваемого материала.

Какой провод необходимо использовать для греющих петель

Наиболее распространенной маркой провода для прогрева бетона, является ПНСВ 1.2.

Это изделие представляет собой кабель из однопроволочной отожженной стальной жилы в полиэтиленовой или виниловой оболочке.

Длину греющей петли следует подбирать с таким расчетом, чтобы протекающий по ней ток имел силу в 14-16 ампер.

Если планируемый срок прогрева бетона в зимнее время превышает 7 дней, необходимо корректировать мощность подаваемого на жилы тока.

Только специалист, обладающий опытом выполнения подобных мероприятий, способен учесть все эти нюансы, не забыть проконтролировать исполнение в суматохе строительных работ на объекте.

Зачем нужны «холодные концы»

Чтобы передавать бетонному раствору тепловую энергию в достаточном количестве, кабель должен нагреваться не ниже определенной температуры.

Проблема в том, что на воздухе отвод тепла резко снижается, из-за этого токопроводящий элемент перегревается и выходит из строя.

По этой причине соединение греющих петель с шиной, идущей от трансформатора, выполняется через так называемые «холодные концы».

Это отрезки изолированного алюминиевого провода диаметром до 3 мм, которые способны не нагреваясь проводить ток достаточной силы, чтобы обеспечить разогрев бетона.

При грамотной организации процесса греющие петли находятся целиком в залитом растворе, наружу выходят только «холодные концы».

Скрутку проводов необходимо изолировать х/б изолентой.

Чтобы надежно скрутить «холодные концы» с греющими петлями, необходимо зачистить с них изоляцию на 7 – 8 см, избегая повреждения жил.

Шина для подключения электропрогрева бетона

От низкой стороны трансформатора к прогреваемой конструкции подводится кабель с алюминиевыми жилами большого сечения.

Задача этой шины – передать электроэнергию с наименьшими потерями.

Чтобы правильно высчитать пропускную способность этого элемента схемы прогрева бетона, необходимы знания и опыт.

Требуется серьезный подход.

Значение персонала для успешной организации прогрева бетона

Множество нюансов могут повлиять на правильную работу станции прогрева бетона.

Только опытный специалист способен учесть их, а при необходимости грамотно реагировать, если температурный режим или другие параметры процесса отклонятся от запланированных показателей.

Также квалифицированный электрик сможет организовать дежурство и ведение журнала наблюдений.

При прогреве бетона электродами трудностей еще больше.

Необходимо рассчитать длину элементов, расстояние между ними.

Особое внимание следует уделить правильному расположению пар электродов в зависимости от подключения к фазам.

Нарушение одного из этих правил повлечет различные неполадки, из-за которых станет невозможно поддерживать правильный температурный режим.

Чтобы выполнить грамотный расчет, требуются прикладные знания и навыки.

Компания «Беринапрокат» предлагает услуги по обучению электриков предприятий при заказе в аренду трансформаторов прогрева бетона.

Если в штате вашей компании нет сотрудников, обладающих базовыми знаниями в электротехнике, рекомендуем нанять специалиста.

Услуги опытного электрика, обладающего достаточной компетенцией, чтобы выполнить расчет прогрева бетона, обходятся не дешево, но они стоят затраченных средств.

Если в результате неквалифицированных действий неправильно смонтирована схема подключения кабелей к трансформатору, процесс гидратации нарушится.

Это может закончиться тем, что изделие будет испорчено.

Придется демонтировать конструкцию и заливать бетон заново.

Аренда трансформатора для прогрева бетона в Самаре

Бетонные растворы в современном строительстве играют важную роль. Чтобы конструкция из бетона приобрела высокую прочность, необходимо добиться не только однородности и плотности стяжки, но и ее быстрого высыхания. Процесс высыхания стяжки ускорит специальное прогревающее устройство – трансформатор, который мы предлагаем взять в аренду всем жителям Самары и близлежащих районов. Такой трансформатор иногда в народе называют станция или генератор для прогрева бетона.

Наше предложение

Взяв данное оборудование у нас напрокат, Вы сможете быстро подсушить стяжку даже в холодное время года. Наши специалисты помогут выбрать оборудование по следующим критериям:

  • мощности,
  • габаритам,
  • способу подключения к электросети и т. д.

Чтобы заказать аренду трансформатора для прогрева бетона, позвоните нам или сделайте заявку через онлайн-сервис.

Преимущества аренды станции для прогрева бетона в компании «ПрофРент»

  • работаем без залога;
  • четыре склада аренды в Самаре для самовывоза: 9-ая Просека 2-ая линия 16А, Республиканская 63А, Максима Горького 58Б, Промышленности 194A;
  • при необходимости, самостоятельно доставим и вывезем трансформатор;
  • с 08:00 до 20:00 без выходных;
  • скидки до 50% на стоимость аренды станции обогрева бетона в зависимости от срока;
  • оперативность оформления и выдачи;
  • принимаем к оплате банковские карты, наличный и безналичный расчет;
  • срок проката трансформатора для прогрева бетона - от одних суток;
  • возможно продление по телефону;
  • при возврате нужно лишь сохранить комплектацию, а также исходное внешнее и функциональное состояние оборудования;
  • заключаем рамочный договор аренды, что позволяет при повторном обращении подписывать минимум бумаг и экономит время;
  • у нас очень много оборудования и огромный опыт работы с объектами от дачного забора до Самарского стадиона и набережной - поможем подобрать именно то, что нужно для Вас здесь и сейчас;
  • если нужно, расскажем и покажем, как максимально эффективно и безопасно прогреть бетон с помощью трансформатора.

Подробные инструкции и регламент заключения договора аренды смотрите в разделе Условия аренды.

Прогрев бетона трансформатором

Применение трансформатора позволяет заливать бетон зимой, и прогревать его с помощью электричества. Кроме того, совместно с ним для решения таких задач также применяют провода или электроды. При первом способе бетонирования провода опускаются в опалубку и соединяются с арматурой, после чего созданная конструкция заливается раствором. Если используются электроды, их размещают на поверхности монолита, а обогрев происходит через трансформатор путем подключения электродов или проводов к сети.

 Почему при обогреве необходим трансформатор?

Необходимость применения трансформатора продиктована высоким напряжением и большой нагрузкой. Помимо этого, значительно увеличивается вероятность локального перегрева. Чтобы этого не произошло, требуется понижать напряжение с помощью специальных «понижающих трансформаторов».

Прогревают бетон с помощью трансформаторов разных моделей, однако существуют и специализированные станции прогрева. К ним относятся трансформаторы ТСДЗ (ТСЗД) с автоматическим или ручным управлением. Использование агрегата с большей мощностью позволяет прогревать большой объем бетона.

Как рассчитать мощность устройства и длину провода

На прогрев 1м3 бетона требуется приблизительно 1,3 кВт мощности. При пониженной температуре это значение увеличивается, а при более высокой – снижается. На 1м3 раствора также нужен провод длиной 30-50 м. Однако для каждого случая нужен индивидуальный расчет.

Обычно бетонирование происходит с использованием трехфазных трансформаторов при равномерном распределении нагрузки. Для предотвращения порчи кабеля и перекашивания фаз важно грамотно рассчитать длину петель провода, которая должна быть одинаковой.

Прогрев трансформатором

После проведения расчетов, укладки проводов или электродов включают питание и осуществляют прогрев. Некоторые трансформаторы выпускаются с несколькими уровнями напряжения, что при переключении позволяет поменять температуру нагрева провода. При этом начинают с наименьшего напряжения и при падении тока повышают его. Достигнув оптимальной температуры, ее поддерживают до достижения бетоном нужной прочности.

Если электроды выступают греющим элементом, для обеспечения равномерной нагрузки их подключение осуществляется в шахматном порядке. 

Подобрать трансформаторы для прогрева бетона вам всегда помогут наши специалисты по телефону +7 (343) 364-38-31

машиностроение - Как определить температуру в шкафу трансформатора?

Предположите установившееся состояние и пренебрегайте всеми условиями излучения. Предположим, что окружение бетонной стены представляет собой бесконечный радиатор при фиксированной (постоянной) температуре). Наконец, пренебрегайте теплопередачей, которая происходит в углах бетонного ящика (установите одинаковую внутреннюю и внешнюю площади ящика с точки зрения теплопередачи).

Баланс энергии от трансформатора к внутреннему воздуху бетонной стены составляет

$$ P = h_i A_T (T_T - T_ {ai}) $$

Здесь $ P $ - подаваемая мощность, $ T_T, T_ {ai} $ - температура трансформатора и внутреннего воздуха, $ h_i $ - коэффициент конвекции внутри коробки, а $ A_T $ - площадь трансформатора.Это уравнение говорит о том, что мощность, генерируемая трансформатором, отводится во внутренний воздух контейнера. Коэффициент конвекции $ h_i $ зависит от скорости движения воздуха (от застойной / свободной конвекции до принудительной конвекции). Это дает вам одно уравнение с двумя неизвестными (температурами).

Энергетический баланс от воздуха в ящике до бетонной стены составляет

.

$$ P = h_i A_T (T_T - T_ {ai}) = h_i A_w (T_ {ai} - T_ {wi}) $$

Здесь $ T_ {wi} $ - это температура внутренней стены, а $ A_w $ - площадь стены.Это уравнение говорит о том, что мощность, генерируемая трансформатором, отводится во внутренний воздух контейнера, который затем транспортируется к стенке коробки. Это одно уравнение с двумя неизвестными (температурами).

Энергетический баланс бетонной стены без вентиляционных отверстий -

.

$$ k \ frac {(T_ {wi} - T_g)} {w} = h_i (T_ {ai} - T_ {wi}) $$

Здесь $ k $ - теплопроводность бетона, $ T_g $ - (постоянная) температура грунта, а $ w $ - толщина стены. Это уравнение говорит о том, что поток тепла от воздуха к внутренним стенам отводится через стены.Это дает еще одно уравнение с теми же двумя неизвестными (температурами).

Энергетический баланс бетонной стены с вентиляционными отверстиями составляет

.

$$ k (1 - f_v) \ frac {(T_ {wi} - T_g)} {w} + h_v f_v (T_ {wi} - T_g) = h_i (T_T - T_ {wi}) $$

Здесь $ f_v $ - это часть площади стены, которая содержит вентиляционные отверстия, а $ h_v $ - псевдо-коэффициент теплопередачи конвекционного типа через вентиляционные отверстия. Это также дает еще одно уравнение с теми же двумя неизвестными (температурами).

Во всех случаях без вентиляционных отверстий или с ними вы можете комбинировать систему для получения двух уравнений и двух неизвестных.Система решаема.

Отправной точкой является решение уравнения потока без вентиляционных отверстий, чтобы найти $ T_ {wi} $.

$$ P = k A_w \ frac {(T_ {wi} - T_g)} {w} $$

Это говорит о том, что энергия от трансформатора проходит через стены по проводимости.

Используйте значение $ T_ {wi} $ и уравнение $ P = h_i A_w (T_ {ai} - T_ {wi}) $, чтобы найти $ T_ {ai} $. Продолжите передачу тепла от трансформатора к воздуху, чтобы найти $ T_T $. Наконец, используйте эти первые предположения в уравнении с вентиляционными отверстиями, чтобы пересчитать температуры.

Схожая проблема приведена по этой ссылке.

Статья 450: Трансформаторы и трансформаторные хранилища

Работа любого объекта зависит от распределения электроэнергии, которое, в свою очередь, зависит от трансформаторов. Безопасная и надежная работа трансформаторов имеет решающее значение - вот где ст. Входит 450. Часть I ст. 450 содержит общие требования, такие как защита, маркировка, доступность и вентиляция. Часть II содержит требования к различным типам трансформаторов, а Часть III содержит требования к трансформаторным хранилищам.

Статья 450 начинается с того, что она применяется к установке всех трансформаторов, но затем сразу перечисляются восемь исключений. Что осталось, учитывая количество исключений? Три наиболее распространенных области применения: силовые трансформаторы, большинство видов осветительных трансформаторов и трансформаторные своды. Он также распространяется на трансформаторы, предназначенные для питания пожарных насосов, за исключением изменений, предусмотренных ст. 695.

Наше обсуждение будет сосредоточено на системах с напряжением 600 В или ниже (вторичная сторона), хотя Ст.450 также относится к вторичным системам более 600 В.

Прочтите этикетку

Каждый трансформатор поставляется с паспортной табличкой, на которой указано:

  • Производитель.

  • Номинальная кВА.

  • Первичное и вторичное напряжение.

  • Импеданс (если 25 кВА или больше).

  • Необходимые зазоры (при наличии вентиляционных отверстий).

Производители предоставляют эту паспортную табличку в соответствии с 450.11. Информация на паспортной табличке говорит вам, с чем вы работаете. Убедитесь, что рисунки и другие ссылки соответствуют этой информации. Если возникает конфликт, либо у вас не тот трансформатор, либо ваши ссылки неверны.

Доступность

Трансформаторы должны быть легко доступны квалифицированному персоналу для осмотра и обслуживания [450.13]; однако вам не нужно делать легкодоступные трансформаторы сухого типа, если вы их найдете:

  • На открытом воздухе на стенах, колоннах или конструкциях ( Рис.1 ).

  • Над подвесными потолками или в пустотах зданий. Однако трансформаторы, установленные в этом помещении, должны быть рассчитаны не более чем на 50 кВА и не могут быть постоянно замкнуты конструкцией ( Рис. 2 ).

Сохраняйте спокойствие

Хотя перегрев является основной проблемой трансформаторов, NEC не решает ее полностью, потому что NEC не является руководством по проектированию [90.1].

Выбор подходящего трансформатора для области применения - это первый шаг в решении проблемы нагрева.NEC не говорит вам, как это сделать, потому что предполагает, что вы сделали правильный выбор при проектировании системы. Со ст. 450, NEC выводит вас на следующий шаг в процессе защиты трансформатора от перегрева: обеспечение максимальной токовой защиты. В Кодексе также рассматриваются другие факторы трансформатора и хранилища, которые определяют, безопасна ли у вас установка.

Максимальная токовая защита

Для защиты первичной обмотки трансформатора от перегрузки по току используйте проценты, указанные в Таблице 450.3 (B) и соответствующие примечания (см. Таблица ). Как правило, Кодекс устанавливает требования для установок с напряжением более 600 В после правил о напряжении менее 600 В, но не для трансформаторов. Поэтому будьте осторожны и не используйте Таблицу 450.3 (A), когда вам нужно использовать Таблицу 450.3 (B). Помните, что Art. 450 предназначен для защиты обмоток трансформатора, а не проводников, питающих трансформатор или выходящих из него. При использовании Таблицы 450.3 (B) вы заметите, что есть два основных варианта: только первичная защита и первичная и вторичная защита .Вторичная защита требуется редко, поэтому в этом обсуждении мы сконцентрируемся только на первичной защите.

Если 125% первичного тока не соответствует стандартному предохранителю или нерегулируемому автоматическому выключателю, вы можете использовать устройство максимального тока следующего более высокого номинала, как указано в 240,6 (A). Однако это примечание относится только к токам 9А и более. Посмотрим, сможете ли вы применить эту таблицу. Вот практический вопрос.

Какой номинал первичного устройства максимального тока и сечение проводника вам потребуется для трехфазного трансформатора 480–120 / 208 В мощностью 45 кВА, который будет непрерывно работать на полной мощности? Клеммы рассчитаны на 75 ° C ( Рис.3 ).

Шаг 1 . Рассчитайте первичный ток.

I = ВА ÷ (E x 1,732)

I = 45000 ВА ÷ (480 В × 1,732)

I = 54A

Шаг 2 . Найдите номинальное значение первичного устройства максимального тока [240,6 (A)].

54A × 1,25 = 68A, следующий размер больше 70A [Таблица 450.3 (B), примечание 1]

Шаг 3 . Выберите размер первичного проводника для непрерывной подачи 54 А (54 А × 1,25 = 68 А) [215,2 (А) (1)]. Защитите его с помощью устройства защиты 70A [240.4 (В)]. Провод 4 AWG с номиналом 70 А при 75 ° C соответствует всем требованиям [110,14 (C) (1) и 310,16].

Шаг 4 . Рассчитайте вторичный ток.

I = VA ÷ (E × 1,732)

I = 45000 ВА ÷ (208В × 1,732)

I = 125 А

Если длина вторичных проводов не превышает 25 футов и они оканчиваются устройством максимального тока, не превышающим допустимую допустимую нагрузку проводов, рассчитайте их на 125% от продолжительной нагрузки [215,2 (A) (1) и 240.21 (C) (6)].

Примечание : Все вторичные проводники должны заканчиваться устройством максимального тока, размер которого не превышает номинальную допустимую нагрузку проводника при 75 ° C [240,21 (C)].

Готовы задать другой вопрос? Вторичный провод какого размера требуется для трехфазного трансформатора 480–120 / 208 В на 45 кВА?

Шаг 1 . Определите номинальный вторичный ток.

I = VA ÷ (E × 1,732)

I = 45000 ВА ÷ (208В × 1,732)

I = 125 А

Шаг 2 .Установите номинальный ток вторичного устройства на 125% от номинального тока вторичной обмотки.

125A × 1,25 = 156A, 175A Устройство максимального тока

Шаг 3 . Выберите размер вторичного проводника, если он имеет номинальный ток «не менее», чем номинальный ток вторичного устройства [240,21 (C) (2)].

2/0 AWG, номинал 175 А при 75 ° C 110,14 (C) (1) и таблица 310.16]

Вторичные проводники должны заканчиваться устройством максимального тока, не превышающим допустимую допустимую нагрузку проводов [240.21 (C) (6)]. 2/0 AWG, номинальный ток 175 А при 75 ° C, с подключением к устройству максимального тока 175 А, соответствует этому требованию.

Трансформатор вентиляции

Требования к вентиляции трансформатора [450.9] можно резюмировать следующим образом:

  • Обеспечьте достаточную вентиляцию, чтобы трансформатор не перегревался.

  • Убедитесь, что отверстия не заблокированы стенами или другими препятствиями.

  • Установите в соответствии с инструкциями производителя.

Примечания к мелкому шрифту (FPN) в 450.9 помогают решить проблему нагрева. Первая FPN рекомендует пару родственных стандартов. Вторая FPN, а также 450.3 FPN № 2, говорят вам, что трансформаторы могут нагреваться сверх своих номинальных значений из-за нечетных тройных гармонических токов (3-я, 9-я, 15-я и т. Д.).

Нагрев от гармонических токов пропорционален квадрату гармонического тока. Это означает, что токи третьей (3-й) гармоники (180 Гц) вызывают нагрев в девять раз быстрее, чем ток 60 Гц ( Рис.4 ).

Вентиляция хранилища

При проектировании и размещении хранилища трансформатора сделайте все возможное, чтобы вентилировать его наружу без использования дымоходов или воздуховодов [450.41]. Могут применяться другие соображения, и компромиссы в конструкции могут сделать такую ​​вентиляцию частично или полностью непрактичной. В этом случае NEC позволяет использовать дымоходы и / или воздуховоды. Вентиляционные каналы должны быть из огнестойкого материала [450.45 (F)].

Расположите вентиляционные отверстия как можно дальше от дверей, окон и горючих материалов [450.45]. Хранилище, вентилируемое за счет естественной циркуляции, должно иметь не более 50% общей площади проема около пола, а остальная часть площади проема должна находиться в крыше или боковых стенках около крыши [450.45 (B)]. Для хранилища с естественной вентиляцией общая площадь отверстий должна составлять не менее 3 квадратных дюймов на мощность кВА. Ни в коем случае площадь не может быть меньше 1 квадратного фута для 50 кВА или менее [450,45 (C)].

Закройте вентиляционные отверстия, чтобы избежать небезопасных условий. Вы можете использовать прочные решетки, экраны или жалюзи, чтобы обеспечить эту защиту [450.45 (D). Если у вас есть вентиляционные отверстия в помещении, вы должны снабдить их автоматическими закрывающимися противопожарными заслонками, рассчитанными не менее чем на 1,5 часа [450.45 (E)]. Они должны закрываться при пожаре в хранилище. См. ANSI / UL 555-1995, «Стандарт на противопожарные клапаны» [450,45 FPN].

Строительство хранилища

Полы, стены, потолки и крыши сводов должны иметь соответствующую конструктивную прочность с минимальной огнестойкостью 3 часа, например, железобетон толщиной 6 дюймов [450.42]. Обеспечьте каждый дверной проем хранилища плотно закрывающейся дверью с минимальным рейтингом огнестойкости 3 часа [450.43 (А)]. Эта минимальная огнестойкость (для хранилища и двери) снижается до 1 часа, когда автоматическая спринклерная система защищает хранилище.

Примечание : Требования NEC к хранилищу применяются только в том случае, если хранилище требуется для трансформатора с масляной изоляцией или номиналом более 35 000 В.

Двери хранилища должны [450.43 (C)]:

  • Откидной.

  • Должны быть оборудованы аварийными планками или нажимными пластинами, чтобы дверь могла открываться изнутри под простым давлением.

  • иметь замки, доступ к которым имеет только квалифицированный персонал.

Нет места для хранения

Не позволяйте хранилищу использоваться как складское помещение [450.48]. Многие жители считают, что «электрические вещи», такие как лампы, принадлежат хранилищу, а «неиспользуемое пространство» идеально подходит для хранения бумажных файлов. Собственно, это «неиспользуемое пространство» очень часто используется - для охлаждения трансформаторов.

Заполнение пространства хранилища горючими веществами (или предметами, которые могут взорваться) сводит на нет единственное предназначение хранилища.Создание хранилища противоречит другой цели создания хранилища, заключающейся в разделении людей и трансформаторов. Аспекты депонирования и извлечения при хранении означают ненужное воздействие возможных опасностей, таких как дуговая разрядка.

Архитектор может подумать, что в хранилище удобно разместить водонагреватель или телефонный шкаф. Если да, измените рисунок. Ничего, не связанного с трансформаторами, не может попасть в хранилище - даже трубопроводы, за исключением противопожарной защиты или охлаждения хранилища [450.47].

Большая часть искусства. 450 требований направлены на то, чтобы трансформаторы оставались в прохладном месте и вдали от людей. Однако эти усилия не начинаются и не заканчиваются NEC. Понимание и правильное применение ст. 450 - важная часть этих усилий. Когда вы начнете определять, где будут установлены трансформаторы, сводчатые или вентилируемые, оцените свои варианты в соответствии с требованиями ст. 450.

Специальные трансформаторы и приложения | Трансформеры

Согласование импеданса

Поскольку трансформаторы могут изменять напряжение и ток на разных уровнях и поскольку мощность передается одинаково между первичной и вторичной обмотками, их можно использовать для «преобразования» импеданса нагрузки на другой уровень.Эта последняя фраза заслуживает некоторого пояснения, поэтому давайте разберемся, что она означает.

Назначение нагрузки (обычно) - сделать что-то продуктивное с мощностью, которую она рассеивает. В случае резистивного нагревательного элемента практическая цель рассеиваемой мощности - нагреть что-либо.

Нагрузки

рассчитаны на безопасное рассеивание определенного максимального количества мощности, но две нагрузки с равными номинальными мощностями не обязательно идентичны. Рассмотрим эти два резистивных нагревательных элемента мощностью 1000 Вт:

Нагревательные элементы рассеивают 1000 Вт при различных номинальных значениях напряжения и тока.

Оба нагревателя рассеивают ровно 1000 Вт мощности, но они делают это при разных уровнях напряжения и тока (250 В и 4 А или 125 В и 8 А). Используя закон Ома для определения необходимого сопротивления этих нагревательных элементов (R = E / I), мы получаем значения 62,5 Ом и 15,625 Ом соответственно.

Если это нагрузки переменного тока, мы можем говорить об их сопротивлении току с точки зрения импеданса, а не простого сопротивления, хотя в данном случае это все, из чего они состоят (без реактивного сопротивления).Можно сказать, что 250-вольтовый нагреватель имеет более высокий импеданс, чем 125-вольтный нагреватель.

Если мы захотим использовать нагревательный элемент на 250 В непосредственно в системе питания 125 В, мы будем разочарованы. При 62,5 Ом импеданса (сопротивления) ток будет только 2 ампера (I = E / R; 125 / 62,5), а рассеиваемая мощность будет только 250 Вт (P = IE; 125 x 2), или один- четверть его номинальной мощности.

Импеданс нагревателя и напряжение нашего источника будут несовместимы, и мы не сможем получить полную номинальную мощность, рассеиваемую нагревателем.

Однако надежда еще не потеряна. С повышающим трансформатором мы могли бы использовать нагревательный элемент на 250 вольт в системе питания на 125 вольт, как показано на рисунке ниже.

Повышающий трансформатор питает нагреватель мощностью 1000 Вт 250 В от источника питания 125 В.

Коэффициенты преобразования импеданса, тока и напряжения

Соотношение обмоток трансформатора обеспечивает повышение напряжения на и понижение тока на , которое необходимо для того, чтобы в противном случае несогласованная нагрузка работала должным образом в этой системе.Внимательно посмотрите на цифры первичной цепи: 125 вольт при 8 амперах. Насколько «известно» источнику питания, он питает нагрузку 15,625 Ом (R = E / I) при 125 В, а не нагрузку 62,5 Ом!

Значения напряжения и тока для первичной обмотки указывают на полное сопротивление нагрузки 15,625 Ом, а не на фактические 62,5 Ом самой нагрузки. Другими словами, наш повышающий трансформатор не только преобразовал напряжение и ток, но и преобразовал сопротивление в .

Коэффициент трансформации импеданса - это квадрат отношения трансформации напряжение / ток, то же самое, что и отношение индуктивности обмотки:

Это согласуется с нашим примером повышающего трансформатора 2: 1 и коэффициентом импеданса 62.От 5 Ом до 15,625 Ом (соотношение 4: 1, что составляет 2: 1 в квадрате). Преобразование импеданса - это очень полезная способность трансформаторов, так как она позволяет нагрузке рассеивать свою полную номинальную мощность, даже если в системе питания нет надлежащего напряжения, чтобы делать это напрямую.

Применение теоремы о передаче максимальной мощности к трансформаторам

Вспомните из нашего исследования сетевого анализа теорему о максимальной передаче мощности , которая утверждает, что максимальное количество мощности будет рассеиваться сопротивлением нагрузки, когда это сопротивление нагрузки равно сопротивлению Тевенина / Нортона сети, поставляющей питание.Замените слово «импеданс» на «сопротивление» в этом определении, и вы получите версию этой теоремы для переменного тока.

Если мы пытаемся получить теоретическое максимальное рассеивание мощности от нагрузки, мы должны иметь возможность правильно согласовать импеданс нагрузки и импеданс источника (Тевенина / Нортона). Обычно это больше беспокоит специализированных электрических цепей, таких как радиопередатчик / антенна и аудиоусилитель / акустические системы.

Давайте возьмем систему аудиоусилителя и посмотрим, как она работает: (рисунок ниже)

Усилитель с импедансом 500 Ом управляет 8 Ом при мощности, намного меньшей максимальной.

При внутреннем импедансе 500 Ом усилитель может выдавать полную мощность только на нагрузку (динамик), также имеющую сопротивление 500 Ом. Такая нагрузка будет падать с более высоким напряжением и потреблять меньше тока, чем динамик с сопротивлением 8 Ом, рассеивающий такое же количество энергии.

Если динамик 8 Ом был подключен непосредственно к усилителю 500 Ом, как показано, несоответствие импеданса привело бы к очень плохим характеристикам (низкая пиковая мощность). Кроме того, усилитель будет рассеивать больше энергии, чем полагается ему, в виде тепла, пытающегося управлять динамиком с низким импедансом.

Чтобы эта система работала лучше, мы можем использовать трансформатор для согласования этих несогласованных импедансов. Поскольку мы переходим от источника питания с высоким импедансом (высокое напряжение, низкий ток) к нагрузке с низким сопротивлением (низкое напряжение, большой ток), нам понадобится понижающий трансформатор:

Трансформатор согласования импеданса согласовывает усилитель 500 Ом с динамиком 8 Ом для максимальной эффективности.

Описание согласования импеданса

Чтобы получить коэффициент трансформации импеданса 500: 8, нам потребуется коэффициент намотки, равный квадратному корню из 500: 8 (квадратный корень из 62.5: 1 или 7,906: 1).

С таким трансформатором на месте динамик будет загружать усилитель до нужной степени, потребляя мощность с правильными уровнями напряжения и тока, чтобы удовлетворить теорему о максимальной передаче мощности и обеспечить наиболее эффективную подачу мощности на нагрузку. Использование трансформатора в этой емкости называется согласованием импеданса .

Любой, кто ездил на многоскоростном велосипеде, может интуитивно понять принцип согласования импеданса. Ноги человека будут производить максимальную мощность при вращении кривошипа велосипеда с определенной скоростью (от 60 до 90 оборотов в минуту).

Выше или ниже этой скорости вращения мышцы ног менее эффективны при выработке энергии. Назначение «шестерен» велосипеда - согласовать сопротивление ног велосипедиста с условиями езды, чтобы они всегда вращали шатун с оптимальной скоростью.

Если гонщик попытается начать движение, когда велосипед находится на «высшей» передаче, ему или ей будет очень трудно начать движение. Это потому, что всадник слабый?

Нет, это потому, что высокое передаточное отношение цепи и звездочек велосипеда на этой высшей передаче представляет несоответствие между условиями (большая инерция, которую нужно преодолеть) и их ногами (требуется вращение со скоростью 60-90 об / мин для максимальной выходной мощности. ).

С другой стороны, выбор слишком низкой передачи позволит водителю немедленно начать движение, но ограничит максимальную скорость, которую он сможет достичь. Опять же, является ли отсутствие скорости признаком слабости в ногах велосипедиста?

Нет, это потому, что более низкое передаточное число выбранной передачи создает другой тип несоответствия между условиями (низкая нагрузка) и ногами гонщика (потеря мощности при вращении со скоростью более 90 об / мин). То же самое и с источниками электроэнергии и нагрузками: для максимальной эффективности системы необходимо согласование полного сопротивления.

В цепях переменного тока трансформаторы выполняют ту же функцию согласования, что и звездочки и цепь («шестерни») на велосипеде, чтобы согласовывать иначе несовместимые источники и нагрузки.

Трансформаторы согласования импеданса

Трансформаторы согласования импеданса

принципиально не отличаются от трансформаторов любого другого типа по конструкции или внешнему виду. Небольшой трансформатор согласования импеданса (шириной около двух сантиметров) для звуковых частот показан на следующей фотографии:

Трансформатор согласования импеданса звуковой частоты.

Другой трансформатор согласования импеданса можно увидеть на этой печатной плате в правом верхнем углу, слева от резисторов R 2 и R 1 . Обозначается «T1»:

.

Трансформатор согласования звукового сопротивления на печатной плате, вверху справа.

Трансформаторы напряжения

Трансформаторы

могут также использоваться в системах электрооборудования.Благодаря способности трансформаторов повышать или понижать напряжение и ток, а также обеспечиваемой ими гальванической развязке, они могут служить средством подключения электрических приборов к высоковольтным силовым системам с высоким током.

Предположим, мы хотим точно измерить напряжение в энергосистеме 13,8 кВ (очень распространенное напряжение распределения электроэнергии в американской промышленности):

Прямое измерение высокого напряжения вольтметром представляет потенциальную угрозу безопасности.

Разработка, установка и обслуживание вольтметра, способного напрямую измерять 13 800 вольт переменного тока, было бы непростой задачей. Сама по себе угроза безопасности подвода проводов 13,8 кВ к приборной панели была бы серьезной, не говоря уже о конструкции самого вольтметра.

Однако, используя прецизионный понижающий трансформатор, мы можем снизить напряжение 13,8 кВ до безопасного уровня при постоянном соотношении и изолировать его от соединений прибора, добавив дополнительный уровень безопасности измерительной системе:

Измерительное приложение: «Трансформатор потенциала» точно масштабирует опасное высокое напряжение до безопасного значения, применимого к обычному вольтметру.

Теперь вольтметр считывает точную долю или соотношение фактического напряжения системы, а его шкала установлена ​​так, как если бы он измерял напряжение напрямую.

Трансформатор поддерживает напряжение прибора на безопасном уровне и электрически изолирует его от системы электропитания, поэтому нет прямого соединения между линиями электропитания и прибором или проводкой прибора. При использовании в этом качестве трансформатор называется трансформатором потенциала или просто PT .

Трансформаторы потенциала предназначены для обеспечения максимально точного коэффициента понижения напряжения. Чтобы помочь в точном регулировании напряжения, нагрузка сведена к минимуму: вольтметр имеет высокое входное сопротивление, чтобы потреблять как можно меньший ток от трансформатора тока.

Как видите, предохранитель был включен последовательно с первичной обмоткой ПТ для безопасности и простоты отключения ПТ от цепи.

Стандартное вторичное напряжение для СТ составляет 120 вольт переменного тока для полного номинального напряжения линии электропередачи.Стандартный диапазон вольтметра для ПТ составляет 150 вольт, полная шкала.

ПТ с нестандартным передаточным числом намотки могут быть изготовлены для любого применения. Это хорошо подходит для промышленной стандартизации самих вольтметров, так как трансформатор напряжения будет иметь размер, позволяющий понижать напряжение системы до этого стандартного приборного уровня.

Трансформаторы тока

Следуя тому же принципу мышления, мы можем использовать трансформатор для понижения тока в линии электропередачи, чтобы мы могли безопасно и легко измерять высокие системные токи с помощью недорогих амперметров.Конечно, такой трансформатор должен быть включен последовательно с линией питания.

Измерительное приложение: «Трансформатор тока» понижает высокий ток до значения, применимого к обычному амперметру.

Обратите внимание, что хотя ПТ является понижающим устройством, трансформатор тока (или CT ) является повышающим устройством (по напряжению), что необходимо для перехода вниз линии питания. Текущий.Довольно часто трансформаторы тока представляют собой устройства в форме пончика, через которые проходит провод линии электропередачи, причем сама линия электропередачи действует как одновитковая первичная обмотка:

Измеряемый токопровод пропущен через отверстие. Уменьшенный ток доступен на проводах.

Некоторые трансформаторы тока открываются на петлях, что позволяет вставлять их вокруг силового проводника, не нарушая его вообще. Стандартный вторичный ток для трансформатора тока составляет от 0 до 5 ампер переменного тока.Как и трансформаторы тока, трансформаторы тока могут изготавливаться с индивидуальным соотношением обмоток, подходящим практически для любого применения.

Поскольку их вторичный ток «полной нагрузки» составляет 5 ампер, коэффициенты трансформатора тока обычно описываются в терминах первичного тока полной нагрузки до 5 ампер, например:

«Бублик» CT, показанный на фотографии, имеет соотношение 50: 5. То есть, когда по проводнику, проходящему через центр тора, проходит ток 50 ампер (переменного тока), в обмотке ТТ будет индуцироваться ток 5 ампер.

Поскольку трансформаторы тока предназначены для питания амперметров, которые являются нагрузками с низким сопротивлением, и намотаны как повышающие трансформаторы напряжения, они никогда не должны работать с разомкнутой вторичной обмоткой.

Несоблюдение этого предупреждения приведет к тому, что трансформатор тока будет вырабатывать чрезвычайно высокое вторичное напряжение, опасное как для оборудования, так и для персонала. Чтобы облегчить обслуживание амперметра, закорачивающие выключатели часто устанавливаются параллельно вторичной обмотке ТТ, чтобы их замыкали всякий раз, когда амперметр снимается для обслуживания:

Выключатель короткого замыкания позволяет отсоединить амперметр от цепи активного трансформатора тока.

Может показаться странным, что намеренно замыкает компонент энергосистемы, но это совершенно правильно и совершенно необходимо при работе с трансформаторами тока.

Трансформаторы с воздушным сердечником

Другой вид специального трансформатора, часто встречающийся в радиочастотных цепях, - это трансформатор с воздушным сердечником . В соответствии со своим названием, трансформатор с воздушным сердечником имеет обмотки, намотанные вокруг немагнитной формы, обычно это полая трубка из какого-то материала.

Степень связи (взаимная индуктивность) между обмотками в таком трансформаторе во много раз меньше, чем у эквивалентного трансформатора с железным сердечником, но нежелательные характеристики ферромагнитного сердечника (потери на вихревые токи, гистерезис, насыщение и т. Д.) полностью исключен.

Именно в высокочастотных приложениях эти эффекты железных сердечников наиболее проблемны.

Трансформаторы с воздушным сердечником могут иметь цилиндрическую (а) или тороидальную (б) формы.Центральное соединение первичного с вторичным (a). Бифилярная обмотка тороидальной формы (б).

Внутренняя обмотка соленоида с ответвлениями без избыточной обмотки может соответствовать неравным импедансам, когда изоляция по постоянному току не требуется. Когда требуется изоляция, дополнительная обмотка добавляется поверх одного конца основной обмотки. Трансформаторы с воздушным сердечником используются на радиочастотах, когда потери в железном сердечнике слишком велики.

Часто трансформаторы с воздушным сердечником соединяются параллельно с конденсатором, чтобы настроить его на резонанс.В одном из таких приложений перемотка подключается между радиоантенной и землей. Вторичная обмотка настроена на резонанс с переменным конденсатором.

Выходной сигнал может быть взят из точки отвода для усиления или обнаружения. В радиоприемниках используются малые миллиметровые трансформаторы с воздушным сердечником. Самые большие радиопередатчики могут использовать катушки метрового размера. Трансформаторы соленоидов с неэкранированным воздушным сердечником установлены под прямым углом друг к другу, чтобы предотвратить случайное соединение.

Паразитное сцепление сводится к минимуму, если трансформатор намотан на тороид.Трансформаторы с тороидальным воздушным сердечником также демонстрируют более высокую степень сцепления, особенно для бифилярных обмоток . Бифилярные обмотки наматываются из слегка скрученной пары проводов.

Это означает соотношение витков 1: 1. Три или четыре провода могут быть сгруппированы для 1: 2 и других интегральных соотношений. Обмотки не обязательно должны быть бифилярными. Это позволяет произвольное передаточное число поворотов. Однако страдает степень сцепления. Трансформаторы с тороидальным воздушным сердечником встречаются редко, за исключением работы на УКВ (очень высоких частотах).

Материалы сердечника, отличные от воздуха, такие как порошковое железо или феррит, предпочтительны для более низких радиочастот.

Катушка Тесла

Одним из ярких примеров трансформатора с воздушным сердечником является катушка Тесла , названная в честь сербского гения электричества Николы Тесла, который также был изобретателем двигателя переменного тока с вращающимся магнитным полем, многофазных систем питания переменного тока и многих элементов радиотехники. .

Катушка Тесла - это резонансный высокочастотный повышающий трансформатор, используемый для создания чрезвычайно высоких напряжений.

Одна из мечтаний Теслы заключалась в том, чтобы использовать свою технологию катушек для распределения электроэнергии без проводов, просто передав ее в виде радиоволн, которые можно было бы принимать и передавать на нагрузки с помощью антенн.

Базовая схема катушки Тесла показана на рисунке ниже.

Катушка Тесла: несколько тяжелых витков первичной обмотки, много витков вторичной обмотки.

Конденсатор вместе с первичной обмоткой трансформатора образует контур резервуара. Вторичная обмотка наматывается в непосредственной близости от первичной, обычно в такой же немагнитной форме. Существует несколько вариантов «возбуждения» первичной цепи, самым простым из которых является источник переменного тока высокого напряжения и низкой частоты и искровой разрядник:

Схема системного уровня катушки Тесла с искровым разрядником.

Назначение высоковольтного низкочастотного источника переменного тока - «заряжать» цепь первичного резервуара. Когда искровой промежуток загорается, его низкий импеданс замыкает цепь емкости конденсатора / первичной катушки, позволяя ему колебаться на своей резонансной частоте.

Катушки индуктивности RFC представляют собой «радиочастотные дроссели», которые действуют как высокие импедансы, чтобы предотвратить влияние источника переменного тока на колебательный контур резервуара.

Вторичная сторона трансформатора катушки Тесла также представляет собой контур резервуара, в котором паразитная (паразитная) емкость, существующая между разрядным выводом и землей, дополняет индуктивность вторичной обмотки.

Для оптимальной работы этот вторичный контур резервуара настроен на ту же резонансную частоту, что и первичный контур, при этом энергия обменивается не только между конденсаторами и катушками индуктивности во время резонансных колебаний, но также между первичной и вторичной обмотками. Визуальные результаты впечатляют:

Высоковольтный высокочастотный разряд катушки Тесла.

Катушки Тесла

находят применение в первую очередь в качестве новых устройств, их можно увидеть на научных выставках в старших классах, цехах в цокольном этаже и иногда в малобюджетных фантастических фильмах.

Следует отметить, что катушки Тесла могут быть чрезвычайно опасными устройствами. Ожоги, вызванные радиочастотным («RF») током, как и все электрические ожоги, могут быть очень глубокими, в отличие от ожогов кожи, вызванных контактом с горячими предметами или пламенем.

Хотя высокочастотный разряд катушки Тесла имеет любопытное свойство выходить за пределы частоты «восприятия удара» нервной системы человека, это не означает, что катушки Тесла не могут повредить или даже убить вас! Я настоятельно рекомендую обратиться за помощью к опытному экспериментатору с катушками Тесла, если вы захотите построить такую ​​катушку самостоятельно.

Реакторы насыщения

До сих пор мы исследовали трансформатор как устройство для преобразования различных уровней напряжения, тока и даже импеданса из одной цепи в другую. Теперь мы рассмотрим его как устройство совершенно другого типа: устройство, которое позволяет небольшому электрическому сигналу управлять гораздо большим количеством электроэнергии. В этом режиме трансформатор действует как усилитель .

Устройство, о котором я говорю, называется реактором с насыщаемой активной зоной или просто реактором с насыщением .На самом деле, это вообще не трансформатор, а особый вид индуктора, индуктивность которого может быть изменена путем подачи постоянного тока через вторую обмотку, намотанную на тот же железный сердечник.

Подобно феррорезонансному трансформатору, насыщаемый реактор основан на принципе магнитного насыщения. Когда материал, такой как железо, полностью насыщен (то есть все его магнитные домены выровнены с приложенной силой намагничивания), дополнительное увеличение тока через намагничивающую обмотку не приведет к дальнейшему увеличению магнитного потока.

Обзор индуктивности

Индуктивность - это мера того, насколько хорошо катушка индуктивности противостоит изменениям тока, создавая напряжение в противоположном направлении. Способность индуктора генерировать это противоположное напряжение напрямую связана с изменением магнитного потока внутри индуктора в результате изменения тока и количества витков обмотки в индукторе.

Если индуктор имеет насыщенный сердечник, дальнейший магнитный поток не будет результатом дальнейшего увеличения тока, и поэтому не будет индуцированного напряжения, противоположного изменению тока.Другими словами, катушка индуктивности теряет свою индуктивность (способность противодействовать изменениям тока), когда ее сердечник становится магнитонасыщенным.

Если индуктивность катушки индуктивности изменяется, ее реактивное сопротивление (и импеданс) по отношению к переменному току также изменяется. В цепи с источником постоянного напряжения это приведет к изменению силы тока:

Если L изменяется в индуктивности, Z L соответственно изменится, тем самым изменив ток цепи.

Работа насыщающегося реактора

Реактор с насыщением использует этот эффект, переводя сердечник в состояние насыщения с помощью сильного магнитного поля, создаваемого током через другую обмотку.«Силовая» обмотка реактора - это та, по которой проходит переменный ток нагрузки, а «управляющая» обмотка - это та, по которой проходит постоянный ток, достаточно сильный, чтобы привести сердечник в состояние насыщения:

Постоянный ток через обмотку управления насыщает сердечник. Таким образом можно регулировать индуктивность, импеданс и ток силовой обмотки.

Странно выглядящий символ трансформатора, показанный на приведенной выше схеме, представляет реактор с насыщаемым сердечником, верхняя обмотка является обмоткой управления постоянным током, а нижняя - «силовой» обмоткой, через которую проходит регулируемый переменный ток.

Повышенный управляющий постоянный ток создает больший магнитный поток в активной зоне реактора, приближая его к состоянию насыщения, тем самым уменьшая индуктивность силовой обмотки, уменьшая ее полное сопротивление и увеличивая ток в нагрузке. Таким образом, управляющий постоянный ток может управлять , , переменным током, подаваемым на нагрузку.

Показанная схема будет работать, но не очень хорошо. Первая проблема - это естественное трансформаторное действие насыщающегося реактора: переменный ток через силовую обмотку вызывает напряжение в управляющей обмотке, что может вызвать проблемы для источника питания постоянного тока.

Кроме того, насыщаемые реакторы имеют тенденцию регулировать мощность переменного тока только в одном направлении: в одной половине цикла переменного тока МДС обеих обмоток складываются; в другой половине они вычитают. Таким образом, сердечник будет иметь больший магнитный поток в течение одной половины цикла переменного тока, чем другой, и будет насыщаться первым в этой половине цикла, пропуская ток нагрузки более легко в одном направлении, чем в другом.

К счастью, обе проблемы можно преодолеть, проявив немного изобретательности:

Противофазные управляющие обмотки постоянного тока позволяют симметрично управлять переменным током.

Обратите внимание на расположение точек фазирования на двух реакторах: силовые обмотки «синфазны», а управляющие обмотки «не совпадают по фазе». Если оба реактора идентичны, любое напряжение, индуцированное в управляющих обмотках током нагрузки через силовые обмотки, будет уравновешиваться до нуля на клеммах батареи, тем самым устраняя первую упомянутую проблему.

Кроме того, поскольку управляющий ток постоянного тока через оба реактора создает магнитные потоки в разных направлениях через активные зоны реактора, один реактор будет насыщать больше в одном цикле мощности переменного тока, в то время как другой реактор будет больше насыщать в другом, таким образом уравновешивая управляющее воздействие через каждый полупериод, так что мощность переменного тока «дросселируется» симметрично.

Эта фазировка обмоток управления может быть выполнена с помощью двух отдельных реакторов, как показано, или в конструкции с одним реактором с разумной компоновкой обмоток и сердечника.

Технология насыщающегося реактора была уменьшена до уровня печатной платы в компактных корпусах, более известных как магнитные усилители .

Я лично нахожу это увлекательным: эффект усиления (один электрический сигнал управляет другим), обычно требующий использования физически хрупких электронных ламп или электрически «хрупких» полупроводниковых устройств, может быть реализован в устройстве как физически, так и электрически защищенном.

Магнитные усилители

имеют недостатки по сравнению с более хрупкими аналогами, а именно размер, вес, нелинейность и полосу пропускания (частотную характеристику), но их абсолютная простота все же вызывает определенную степень признательности, если не практического применения.

Реакторы с насыщающимся сердечником менее известны как «индукторы с насыщающимся сердечником» или преобразователи .

Трансформатор Скотта-Т

Первоначальная многофазная система питания

Николы Тесла была основана на простых в сборке двухфазных компонентах.Однако по мере увеличения расстояний передачи все более заметной стала более эффективная трехфазная система. Компоненты 2-φ и 3-φ сосуществовали несколько лет.

Подключение трансформатора Скотта-Т позволило соединить компоненты 2-φ и 3-φ, такие как двигатели и генераторы переменного тока. Ямамото и Ямагути:

В 1896 году General Electric построила трехфазную линию электропередачи протяженностью 35,5 км (22 мили), работающую на напряжении 11 кВ, для передачи электроэнергии в Буффало, штат Нью-Йорк, от проекта Ниагара-Фолс.Двухфазная генерируемая мощность была изменена на трехфазную с использованием преобразований Скотта-Т.

Трансформатор Скотта-Т преобразует 2-φ в 3-φ или наоборот.

Комплект трансформаторов Scott-T, показанный на рисунке выше, состоит из трансформатора с ответвлениями T1 и трансформатора с ответвлениями 86,6% T2 на стороне 3-φ схемы. Первичные обмотки обоих трансформаторов подключены к 2-фазному напряжению.

Один конец вторичной обмотки Т2 86,6% является выходом 3-φ, другой конец подключен к центральному отводу вторичной обмотки Т1. Оба конца вторичной обмотки T1 являются двумя другими соединениями 3-φ.

Применение мощности генератора Niagara 2-φ дает выход 3-φ для более эффективной линии передачи 3-φ. В наши дни более распространенным явлением является применение мощности 3-φ для получения выходного сигнала 2-φ для привода старого двигателя 2-φ.

На рисунке ниже мы используем векторы как в полярной, так и в комплексной нотации, чтобы доказать, что Scott-T преобразует пару напряжений 2-φ в 3-φ.Во-первых, одно из напряжений 3-φ идентично напряжению 2-φ из-за отношения Т1 трансформатора 1: 1, V P12 = V 2P1 .

Вторичная обмотка T1 с отводом по центру создает на концах вторичной обмотки 0,5 В с противоположной полярностью.

Этот 0 ° вычитается векторно из вторичного напряжения T2 в соответствии с уравнениями KVL V 31 , V 23 .

Вторичное напряжение T2 составляет 0,866 В 2P2 из-за отвода 86,6%. Имейте в виду, что эта 2-я фаза 2-φ составляет 90 °.Это 0,866V 2P2 добавляется в V 31 , вычитается в V 23 в уравнениях KVL.

Преобразователь Скотта-Т уравнения преобразования 2-φ в 3-φ.

Мы показываем полярность «постоянного тока» по всей этой цепи только переменного тока, чтобы отслеживать полярности петли напряжения Кирхгофа. Вычитание 0 ° эквивалентно добавлению 180 °. Суть в том, что когда мы добавляем 86,6% от ∠90 ° к 50% от 180 °, мы получаем ∠120 °. Вычитая 86.6% от 90 ° из 50% от 180 ° дает ∠-120 ° или 240 °.

Графическое объяснение уравнений на рисунке выше.

На рисунке выше мы графически показываем векторы 2-φ в точке (a). В (b) векторы масштабируются трансформаторами T1 и T2 до 0,5 и 0,866 соответственно. При (в) 1∠120 ° = -0,5∠0 ° + 0,866∠90 ° и 1∠240 ° = -0,5∠0 ° - 0,866∠90 °. Три выходных фазы составляют 1∠120 ° и 1-240 ° из (c), а также входные 1∠0 ° (a).

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT) имеет первичную обмотку, управляемую переменным током, между двумя вторичными обмотками на цилиндрическом воздушном сердечнике (рисунок ниже).Подвижная ферромагнитная пробка преобразует смещение в переменное напряжение, изменяя связь между ведомой первичной и вторичной обмотками.

LVDT - это датчик смещения или измерения расстояния. Доступны единицы измерения смещения на расстоянии от долей миллиметра до полуметра. LVDT более прочны и устойчивы к загрязнениям по сравнению с линейными оптическими энкодерами.

LVDT: линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор.

Напряжение возбуждения находится в диапазоне от 0,5 до 10 В переменного тока при частоте от 1 до 200 кГц. На этих частотах подходит ферритовый сердечник. Он выдвигается за пределы тела немагнитным стержнем. По мере того, как сердечник перемещается к верхней обмотке, напряжение на этой катушке увеличивается из-за увеличения связи, в то время как напряжение на нижней катушке уменьшается.

Если сердечник перемещается к нижней обмотке, напряжение на этой катушке увеличивается по мере уменьшения напряжения на верхней катушке.Теоретически центрированная пробка дает равные напряжения на обеих катушках. На практике индуктивность рассеяния предотвращает полное падение нуля до 0 В.

При центрированной заготовке последовательно соединенные вторичные обмотки компенсируются, давая V 13 = 0. При перемещении заготовки вверх увеличивается V 13 . Обратите внимание, что он синфазен с V 1 , верхней обмоткой, и на 180 ° не совпадает по фазе с V 3 , нижней обмоткой.

При перемещении пули вниз из центрального положения увеличивается V 13 .Однако он на 180 ° сдвинут по фазе с V 1 , верхней обмоткой, и синфазен с V 3 , нижней обмоткой. Перемещение заготовки сверху вниз показывает минимум в центральной точке с разворотом фазы на 180 ° при прохождении через центр.

ОБЗОР:

  • Трансформаторы могут использоваться для преобразования импеданса, а также напряжения и тока. Когда это делается для улучшения передачи мощности на нагрузку, это называется согласованием импеданса , .
  • A Трансформатор потенциала (PT) - это специальный измерительный трансформатор, предназначенный для обеспечения точного коэффициента понижения напряжения для вольтметров, измеряющих напряжения систем высокой мощности.
  • A Трансформатор тока (CT) - еще один специальный измерительный трансформатор, предназначенный для понижения тока в линии электропередачи до безопасного уровня для измерения амперметром.
  • Трансформатор с воздушным сердечником - это трансформатор без ферромагнитного сердечника.
  • A Катушка Тесла - это резонансный повышающий трансформатор с воздушным сердечником, предназначенный для создания очень высоких напряжений переменного тока на высокой частоте.
  • Насыщаемый реактор - это особый тип индуктора, индуктивность которого может регулироваться постоянным током через вторую обмотку вокруг того же сердечника. При наличии достаточного постоянного тока магнитный сердечник может быть насыщен, контролируемым образом уменьшая индуктивность силовой обмотки.
  • A Трансформатор Scott-T преобразует мощность 3-фазн в мощность 2-фазн и наоборот.
  • Линейный регулируемый дифференциальный трансформатор , также известный как LVDT, представляет собой устройство для измерения расстояния.Он имеет подвижный ферромагнитный сердечник для изменения связи между возбужденной первичной обмоткой и парой вторичных обмоток.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Консультации - Инженер по подбору | Подбор, расчет трансформаторов в нежилых домах

Стивен Берта, EI, и Роберт Р. Джонс-младший, PE, LEED AP, NV5, Лас-Вегас 12 декабря 2018 г.

Цели обучения

  • Узнайте о различных типах и размерах трансформаторов, используемых в нежилых зданиях.
  • Понимать различные номинальные и рабочие характеристики, связанные с выбором трансформатора.
  • Эффективный выбор и размер трансформатора для конкретного набора проектных условий.

Трансформаторы - повсеместный компонент любой нежилой распределительной системы. Из-за множества различных размеров, типов и перечисленных вариантов использования может быть довольно сложно выбрать правильный трансформатор для конкретного применения.

Трансформаторы являются пассивным компонентом систем распределения электроэнергии и используются во всех электрических системах для изменения напряжения, они либо понижают напряжение, либо повышают его с почти нулевой потерей мощности; средний трансформатор составляет примерно от 98% до 99.Эффективность 5%. Обычно в коммерческих зданиях используются понижающие трансформаторы, которые переводят напряжение с более высокого напряжения распределительной сети (от 7 до 25 кВ) на более низкое рабочее напряжение (120/208 В, 277/480 В и т. Д.). Это сделано для безопасности и эффективности; гораздо эффективнее осуществлять передачу при высоких напряжениях с проводниками меньшего диаметра и намного безопаснее при более низком напряжении использования на оборудовании конечного пользователя.

Существует множество типов трансформаторов; однако обычно используется лишь несколько.В NFPA 70: Национальный электротехнический кодекс (NEC) 2017 излагаются требования к установке этих трансформаторов и даются минимальные рекомендации по выбору трансформаторов.

Трансформатор r шт.

Трансформаторы

рассчитываются с использованием принятых в отрасли терминов, таких как мощность (номинальный ток в киловольтах или кВА), напряжение, превышение температуры и класс изоляции.

Емкость: Трансформаторы рассчитаны на нагрузку, которая указана на паспортной табличке их номинальных значений в киловольтах-амперах при номинальном выходном напряжении и частоте.Они являются стандартными в отрасли и включают: 15, 30, 45, 75, 112,5, 150, 225, 300, 500, 750 и 1000 кВА. На уровне электросети есть несколько трансформаторов большего размера; однако они не являются обычным явлением, за исключением крупных проектов со схемами распределения в кампусном стиле.

Напряжение: Трансформатор будет иметь номинальное первичное и вторичное напряжение вместе с конфигурацией проводки. На объектах в США подавляющее большинство трансформаторных установок представляют собой понижающую первичную обмотку, треугольник с 480 В до вторичной обмотки «звезда» на 120/208 В.Для специальных приложений существуют другие номинальные напряжения и типы конфигурации.

Если нет веских технических причин, большинство трансформаторных установок должны иметь выход «звезда». Независимо от того, требуется ли нейтраль для нижестоящей распределительной системы, эта конфигурация обеспечивает точку для преднамеренного создания ссылки на землю; это важно, поскольку трансформаторы являются отдельно производными системами, в которых опорный сигнал заземления теряется на первичной стороне и должен быть восстановлен на вторичной.Дельта с заземлением в угол возможна и часто встречается в старых установках, но имеет несколько недостатков. Заземленная фаза должна иметь маркировку по всей системе, более высокое напряжение между фазой и землей присутствует на двух фазах, что приводит к снижению номинального тока короткого замыкания на автоматических выключателях, а автоматические выключатели должны иметь маркировку от 1 до 3 фаз.

Энергия e fficiency: Министерство энергетики США (DOE) требует повышения эффективности трансформаторов. Самый последний нормативный акт, обычно называемый DOE-2016, был принят начиная с января.1, 2016, и является требованием для всех трансформаторов, производимых или импортируемых в США. Производителям разрешается продавать все оставшиеся запасы; большинство трансформаторов в настоящее время соответствуют требованиям DOE-2016.

Звук l evel: Все трансформаторы издают как вибрацию, так и слышимый шум, вызванный магнитным расширением и сжатием сердечников. Эти вибрации не могут быть полностью устранены, но могут быть смягчены такими мерами, как виброизоляционные прокладки и акустически плотная конструкция помещения.

Изоляция c lass (также известна как t em temperature c lass): Этот рейтинг описывает максимальную температуру в градусах Цельсия, при которой обмотки могут работать без повреждения изоляции. Несколько общих классов изоляции: 105, 150, 180 и 220.

Следует отметить, что NEC 450.21 (B) требует наличия огнестойкого помещения (1-часовая огнестойкая конструкция) для трансформаторов, размер которых превышает 112.5 кВА с классом изоляции ниже 155 ° C. Типичный трансформатор, указанный сегодня, имеет класс изоляции 220 ° C и подпадает под исключение №2.

Температура r ise: Это среднее изменение температуры обмоток от состояния холостого хода до состояния полной нагрузки. Обычно это выражается в градусах Цельсия. Этот рейтинг обычно является стандартным в зависимости от класса изоляции.

Стандартное повышение температуры сухого типа составляет 80 ° C, 115 ° C или 150 ° C.

Стандартное превышение температуры масла составляет 60 ° C.

Горячий s горшок a llowance: Обмотки сердечника трансформатора не нагреваются равномерно во время работы, вместо этого внутренняя часть обмоток горячее, чем окружающие области, поскольку они находятся дальше от любых вентилируемых отверстий . Это установленное число, определенное отраслевыми стандартами и связанное с классом изоляции. Например, трансформатор класса 105 ° C будет иметь допуск на горячую точку 10 ° C.

Окружающая среда t Температура: Этот рейтинг определяет среднюю температуру помещения, которое трансформатор будет занимать в течение 24-часового периода. Обычно этот рейтинг составляет 40 ° C.

Следует отметить, что обычно максимальная рабочая температура трансформатора составляет:

Максимальная температура (° C) = температура окружающей среды + повышение температуры + допуск на горячие точки

Паспортная табличка: На каждом трансформаторе должна быть постоянно прикрепленная этикетка с указанием требований, изложенных в NEC 450.11 (А). К ним относятся: производитель, номинальные киловольт-амперы, частота, первичное и вторичное напряжения, полное сопротивление (если больше 25 кВА), требуемые зазоры, количество и тип изоляционной жидкости (если таковая имеется) и температурный класс (см. Рисунок 1).

Обычный т трансформатор т тип

Заполненный жидкостью t трансформатор: Эти блоки заполнены жидкостью, которая действует как охлаждающая жидкость и диэлектрическая среда между сердечниками трансформатора.Наиболее распространенными типами используемых жидкостей являются минеральные масла и трудновоспламеняющиеся масла на биологической основе. Минеральное масло обычно используется для внешних трансформаторов, устанавливаемых на площадках, и считается горючим с температурой вспышки менее 300 ° C. Обычно температура воспламенения минерального масла составляет около 155 ° C. Масла на биологической основе не содержат нефти и производятся из растительных масел. Эти масла на биологической основе имеют гораздо более низкую температуру воспламенения - около 330 ° C - и являются гораздо более экологически чистыми; в случае утечки они разлагаются в течение месяца при нормальных условиях.

Использование внутри помещений ограничено хранилищами, установка должна соответствовать NEC 450.26. Эти своды характеризуются наличием внешнего доступа, трехчасовой огнестойкой конструкцией, защитой от жидкости и внешней вентиляцией в соответствии с NEC 450.42. FR3 - менее воспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки около 316 ° C и предпочтительна для трансформаторов, заполненных жидкостью, расположенных внутри здания. Требования к установке трансформаторов с изоляцией для менее воспламеняющихся жидкостей рассматриваются в NEC 450.23. Внутренние установки, соответствующие NEC 450.23 (A) (1), не требуют защиты хранилища или спринклера.

Сухой тип т трансформатор: Эти агрегаты имеют воздушное охлаждение и не заполнены жидкостью. Поскольку эти блоки используют воздух для охлаждения сердечника и обмоток за счет конвекции, они обычно больше, чем их заполненные жидкостью аналоги. В семействе сухого типа есть два конкретных подтипа: вентилируемые и невентилируемые. Вентилируемые трансформаторы сухого типа имеют отверстия внутри корпуса и позволяют воздуху перемещаться от внешней стороны корпуса к катушкам внутри корпуса.Невентилируемые (или герметичные) трансформаторы сухого типа полностью герметичны и обеспечивают охлаждение через площадь поверхности корпуса. Эти агрегаты хорошо подходят для смыва, а также в коррозионных, горючих или иных вредных условиях.

Следует отметить, что в настоящее время NEC-2017 имеет типографскую ошибку в разделе 450.23 (A), где, по-видимому, установка внутри помещений ограничивается помещениями-хранилищами. Однако это было исправлено в опечатке номер 70-17-6 от 5 июля 2018 г. Это исправляет NEC 450.23 (A) (1) (e), который требует, чтобы менее воспламеняющиеся трансформаторы с жидкой изоляцией, установленные в помещении, были снабжены автоматическим пожаротушением и улавливанием жидкости. NEC 450.23 (A) (1) (f) требует, чтобы менее воспламеняющийся трансформатор с масляной изоляцией был установлен в хранилище как подмножество NEC 450.23 (A), а не как дополнительные требования.

Это исправление теперь позволяет использовать три варианта установки в помещении вместо единственного способа, который, как представляется, обозначен в коде. Для трансформаторов менее 35000 В приемлемы все три варианта установки: установка с удержанием жидкости и без хранения горючих материалов в помещении, установка с автоматическим пожаротушением или установка в хранилище.Для трансформаторов с напряжением более 35000 В существует только одна установка, соответствующая нормам, которая строит хранилище.

Трансформаторы, заполненные жидкостью, работают при стандартном повышении температуры на 60 ° C выше температуры окружающей среды. Эти трансформаторы могут выдерживать всплески перегрузки на 50% выше номинальных значений, указанных на паспортной табличке, в течение коротких периодов времени. Время и перегрузочная способность напрямую связаны с предыдущей непрерывной нагрузкой и температурой обмотки.

Смола c ast c масло: Трансформатор с литой катушкой или эпоксидной катушкой представляет собой трансформатор сухого типа, в котором первичная и вторичная обмотки полностью залиты смолой, которая защищает трансформатор от влаги. , коррозия или другие агрессивные загрязнения.Эти трансформаторы имеют стандартный вентилируемый корпус сухого типа.

Свойства этой изоляции обеспечивают более высокую стойкость к короткому замыканию и могут выдерживать повторяющиеся кратковременные перегрузки.

Harmonic m itigating t ransformer (HMT): Эти трансформаторы специально разработаны для компенсации проблемных гармонических токов (часто это 3-я, 9-я, 15-я или тройные гармоники), возникающие в результате нелинейных нагрузок. .Эти трансформаторы достигают этого за счет фазового сдвига и подавления потока нулевой последовательности в сердечниках, предотвращая отражение гармоник обратно в первичную обмотку трансформатора

.

K- r ated t ransformer: Эти трансформаторы обычно используются в приложениях, включающих гармонические токи, но они не подавляют гармоники в том же процессе, что и HMT. Вместо этого этот трансформатор имеет сердечник с пониженными номинальными характеристиками и выдерживает нагревательное воздействие гармонических токов.Кроме того, этот тип трансформатора не препятствует распространению гармоник вверх по распределительной системе через первичную обмотку трансформатора.

В отрасли обычно используются трансформаторы с рейтингом K и трансформаторы HMT как альтернативы друг другу, поскольку они обычно используются для решения одной и той же проблемы. Однако HMT решит проблему, в то время как трансформатор с рейтингом K - это просто решение проблемы повреждения трансформатора и не устраняет гармонические токи для всей распределительной системы.

Нагрузка т типа и с izing

При выборе трансформатора расчеты нагрузки выполняются, как указано в NEC. Определение размеров щитков и ответвительных цепей обычно выполняется с помощью расчетов, указанных в статье 210 NEC "Ответвительные цепи" и статье 230 NEC "Услуги". Этот расчет или суммирование расчетов следует использовать при выборе трансформатора. Например, здание с общей потребляемой нагрузкой NEC 60 кВА в трехфазной четырехпроводной системе с напряжением 120/208 В.

Для определения размера трансформатора рекомендуется предусмотреть 25% рост схемы в будущем, а затем принять трансформатор следующего стандартного размера. В этом примере потребляемая нагрузка 60 кВА должна быть умножена на коэффициент 1,25, в результате чего получится нагрузка 89 кВА. Очевидно, что 89 кВА не является стандартным размером трансформатора, и рекомендуется использовать следующий стандартный размер, который составляет 112,5 кВА.

После определения размера трансформатора следует выбрать тип трансформатора. Следующим логическим шагом является определение типов нагрузки, которые используются в нисходящей системе.Если система имеет большое количество резистивных или линейных нагрузок, выбор довольно прост, и мы отправляемся к стандартному сухому или маслонаполненному трансформатору (в зависимости от местоположения, размера и т. Д.). Однако при наличии нескольких нелинейных нагрузок, например компьютеров / серверов с импульсными источниками питания, игровых автоматов, светодиодного освещения, двигателей или частотно-регулируемых приводов (VFD), следует рассмотреть возможность использования HMT.

Системы с гармоническими нагрузками обычно проектируются с трансформаторами класса K вместо HMT.Важно отметить, что HMT решит проблему, в то время как трансформатор с рейтингом K выдержит только нагрев сердечника трансформатора. Установка трансформатора с рейтингом K является решением, если система в целом может без сбоев выдерживать гармонические токи, и единственной проблемой является преждевременный выход трансформатора из строя из-за перегрева обмоток.

Филиалы

Определенное место может сделать или сломать выбор трансформатора. В зависимости от пространства, в котором предполагается установить трансформатор, некоторые опции могут быть совершенно неподходящими.Например, если вы находитесь в помещении с агрессивной средой, наиболее эффективными вариантами являются невентилируемый трансформатор или трансформатор с литой катушкой. И наоборот, использование заполненного жидкостью трансформатора в стандартном закрытом помещении может быть слишком дорогостоящим из-за потенциальных требований к конструкции хранилища и герметичности.

Также следует учитывать расположение трансформаторов по отношению к окружающей среде и замене. Трансформаторы издают слышимый низкий гул и вибрацию, которые могут распространяться по конструкции и окружающим помещениям.Обычно трансформатор снабжен виброизоляционными прокладками и гибким металлическим кабелепроводом для окончательного соединения; эти меры предосторожности предотвращают проникновение вибрации в конструкцию здания. Однако гул трансформатора все равно будет слышен в окружающих помещениях.

Убежище r oom : При проектировании с трансформатором с жидкостной изоляцией для установки внутри здания NEC 450 часто требует хранилище.26. Менее воспламеняющиеся трансформаторы с жидкой изоляцией также могут подпадать под ограничения хранилища, но это встречается немного реже - и при выборе менее горючего трансформатора с жидкой изоляцией часто стремятся избежать строительства хранилища.

Требования к помещению изложены в NEC 450, Часть III, начиная с 450.41. В Части III изложено несколько требований, таких как вентиляция хранилища наружным воздухом через воздуховоды или дымоход, 3-часовая огнестойкая конструкция, 4-дюймовая.бетонный пол и маслосборник для самого большого трансформатора в помещении. Типичное трехчасовое огнестойкое помещение будет построено из железобетона толщиной 6 дюймов, что может значительно увеличить стоимость и сложность проекта.

Есть исключение, разрешающее строительство огнестойкой конструкции на 1 час с использованием спринклеров, систем с диоксидом углерода или галона. Эти помещения обычно предназначены для трансформаторов и обслуживающих сетей; в этих случаях должны соблюдаться требования как NEC, так и коммунального предприятия.

Внутри помещений: Трансформаторы сухого типа являются наиболее часто используемыми трансформаторами для внутренней установки, так как нет ограничений на их расположение. Как упоминалось ранее, если мощность трансформатора превышает 112,5 кВА с классом изоляции ниже 155 ° C, требуется 1-часовое огнестойкое помещение.

Однако это нетипично для большинства современных трансформаторов. Кроме того, менее воспламеняющиеся маслонаполненные трансформаторы могут быть установлены в помещении с минимальными требованиями, такими как либо автоматическая спринклерная система, либо изоляция жидкости без хранения горючих веществ внутри помещения для трансформаторов менее 35 кВ.Нередко можно увидеть трансформаторы меньшего размера сухого типа, установленные на настенном узле, подвешенные к плите в комнате с открытым потолком, даже подвешенные к плите с открытым потолком или над подвесным потолком. Согласно NEC 450.13 (B) трансформатор, установленный в пустотном пространстве здания, не должен превышать 50 кВА.

Перегрузка по току p rotection: Трансформаторы должны быть защищены, как и любой другой компонент электрической инфраструктуры здания. Можно написать целую статью, в которой обсуждаются стратегии защиты, размеры и требования.Эти требования изложены в NEC 240.21 и 450.3. Обычной практикой является использование таблицы 450.3 (B) NEC и обеспечение как вторичной, так и первичной защиты на основе этой таблицы.

В заключение, есть много деталей, которые необходимо учитывать при выборе трансформатора. После определения конкретного конечного использования и местоположения можно начинать процесс выбора, рассматривая и объединяя темы, изложенные в этой статье. Важно отметить, что у некоторых конечных пользователей могут быть свои собственные требования в дополнение к перечисленным здесь.

Консультации - Инженер по подбору | Выбор и расчет трансформаторов для достижения энергоэффективности

Цели обучения

  • Научитесь выбирать и указывать силовые трансформаторы сухого типа.
  • Применяйте знания о стоимости и окупаемости трансформаторов при их выборе и спецификации.
  • Обрисовывает в общих чертах все нормы, стандарты и правила для силовых трансформаторов.

Трансформаторы являются неотъемлемой частью любой системы распределения электроэнергии.Как инженер-консультант, выбор и определение подходящего трансформатора для работы является важной частью проектирования электрической системы. Основное внимание в этой статье уделяется силовым распределительным трансформаторам сухого типа и тому, как выбрать подходящий трансформатор для работы.

При выборе силового распределительного трансформатора сухого типа необходимо учитывать множество факторов (см. Рисунок 1). Взвешивание каждого из вариантов выбора подходящего трансформатора для работы может быть балансирующим действием. КПД трансформатора является критическим компонентом конструкции, и важно понимать физику, окружающую эффективность.Ключевые факторы, которые следует учитывать, связанные с эффективностью, включают нагрузку трансформатора, наличие системных гармоник, K-фактор и повышение температуры. Еще одно важное движение в мире повышения эффективности трансформаторов связано с федеральными нормативными актами Министерства энергетики США (DOE) по эффективности. По мере того, как правила становятся более строгими, а производители принимают и адаптируются к этим новым правилам, инженеры должны изучить, как трансформаторы развиваются, чтобы не отставать от этих стандартов. Наконец, окупаемость и первоначальная стоимость трансформаторов - это аспекты, которые инженер-консультант должен учитывать при выборе более энергоэффективного трансформатора.

Конструкция и КПД трансформатора

При выборе трансформатора важно точно понимать, как работают трансформаторы и что способствует их эффективности. Это первая составляющая спецификации качества продукции. Когда вы понимаете физику, лежащую в основе того, как работает трансформатор и что делает его эффективным, это дает вам возможность конструктивно изучить спецификацию продукта и сравнить ее с другими. В наши дни производители уже сталкиваются с жесткими федеральными директивами в отношении производства эффективных трансформаторов.Понимание основных принципов построения и эксплуатации трансформатора является фундаментальным строительным блоком для правильного выбора трансформатора.

Признаком неэффективности работы трансформатора является наличие избыточного тепла. Любое тепло, выделяемое трансформатором, является прямым результатом его неэффективности и потерь внутри трансформатора. Некоторыми из ключевых факторов, влияющих на неэффективность трансформатора, являются потери в проводнике и сердечнике.

Потери в проводнике связаны с недостаточным КПД обмотки.Обмотки обычно изготавливаются из меди или алюминия. Материал конструкции, безусловно, имеет значение, поскольку он связан с потерями в проводнике. В то время как медные проводники обладают лучшими токонесущими свойствами, алюминиевые проводники могут точно соответствовать токонесущим свойствам меди при правильном выборе размеров. Вес меди по сравнению с алюминием может быть более чем в три раза больше, но вес меди компенсируется ее токонесущей способностью. При сравнении этих двух устройств, строго по весу, алюминий имеет лучшую токонесущую способность, чем медь.Это важное соображение при выборе трансформатора. Большинство производителей предлагают трансформаторы с медными или алюминиевыми обмотками, обеспечивающими одинаковый КПД, в то время как трансформаторы с медной обмоткой могут быть более дорогими, учитывая более высокую сравнительную стоимость меди.

Потери, связанные с сопротивлением обмотки, также являются критическими составляющими для КПД трансформатора. Хотя ни один проводник не может быть эффективен на 100%, проводники обмотки правильного размера играют огромную роль в КПД трансформатора.Производители могут проводить испытания, а также правильно определять размеры проводов в соответствии со спецификациями трансформатора и в соответствии с ними, но также роль инженера-консультанта заключается в понимании этих спецификаций и того, как трансформатор был сконструирован и рассчитан для работы в определенных условиях.

Когда дело доходит до потерь в сердечнике, основными факторами являются рассеивание потока, вихревые токи и возбуждение. Рассеивание потока - это магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой трансформатора, который не передается на вторичную обмотку.Производители трансформаторов работают над ограничением утечки магнитного потока в своих конструкциях трансформаторов. Процессы изготовления обмотки и сердечника могут играть роль в ограничении утечки магнитного потока.

Вихревые токи возникают из-за изменения магнитных полей. Эти циркулирующие токи представляют собой потерянную энергию и выделяют тепло в сердечнике трансформатора. Потери в сердечнике также могут быть вызваны гистерезисом. Когда сердечник трансформатора подвергается изменению формы электрического сигнала, возникают потери из-за изменения электрической поляризации (см. Рисунок 2).

Ток возбуждения - это величина тока, необходимая для возбуждения трансформатора и создания потока тока от первичной обмотки ко вторичной обмотке. Это можно назвать потерями холостого хода, поскольку это величина тока, необходимая для намагничивания и возбуждения сердечника, создавая ток. Ток возбуждения без нагрузки также равен току возбуждения при полной нагрузке.

В заключение, резюмируя физику, лежащую в основе КПД трансформатора, следует отметить, что оптимальные характеристики и КПД трансформатора достигаются, когда потери в проводнике и сердечнике равны.

Коэффициент К трансформатора

Еще один фактор, который следует учитывать в отношении КПД трансформатора, - это уровень потенциальных гармоник в электрической системе. Гармоники, создаваемые нелинейными нагрузками, могут способствовать снижению эффективности трансформаторов. Гармоники в электрической системе также могут сократить стандартный срок службы трансформатора. Применение трансформатора с рейтингом K может помочь повысить эффективность системы, а также продлить срок службы трансформатора.Знание и понимание рейтинга К-фактора важно при выборе подходящего трансформатора.

Необходимость выбора трансформатора с коэффициентом К обусловлена ​​наличием гармоник в электрической системе. Использование твердотельной электроники является основной причиной возникновения гармоник. Важно отметить, что, хотя непостоянные нагрузки двигателя также могут вносить гармоники в электрическую систему, именно твердотельная переключающая электроника и приводы с регулируемой скоростью вносят наиболее распространенные и вредные гармоники.Знание причин возникновения гармоник может помочь вам не только правильно выбрать трансформатор, но и сравнить другие компоненты электрической системы, например, выбрать преобразователь частоты.

Еще одна важная концепция, которую следует признать, заключается в том, что трансформатор с коэффициентом К не уменьшает гармоники и не отфильтровывает их. Трансформаторы с коэффициентом К сконструированы таким образом, чтобы выдерживать тепловыделение, создаваемое гармониками, что в конечном итоге делает операцию преобразования напряжения более эффективной.

Коэффициент K, равный единице (K-1), не обеспечивает подавления гармоник и рассчитан на относительно линейную нагрузку.Чем выше коэффициент К трансформатора, тем лучше он будет выдерживать нелинейную нагрузку и связанные с ней гармоники в электрической системе. Трансформаторы с коэффициентом К бывают различных номиналов, обычно от К-1 до К-50. Типичные значения К-фактора производимого оборудования: К-1, К-4, К-9, К-13, К-20, К-30, К-40 и К-50 (см. Таблицу 1). Хотя это не рассматривается подробно в этой статье, увеличение размера нейтрального проводника следует рассматривать по мере увеличения нелинейной нагрузки.

К-фактор трансформатора

и анализ гармоник могут быть сложными, и в этой статье не ставится цель углубляться в подробные расчеты.Расчет К-фактора может быть чрезвычайно полезным при определении точного номинала для выбора трансформатора. Помимо того, что вы знакомы с расчетами K-фактора, еще более полезным может быть измерение систем распределения электроэнергии в существующих зданиях, чтобы вы могли получить точную выборку содержания гармоник. Вы можете приобрести собственное испытательное оборудование, например портативный осциллограф / анализатор гармоник мощности. Вам нужно будет работать с сертифицированным электриком и соблюдать все нормы OSHA и правила дугового разряда.У большинства электриков будет собственное испытательное оборудование, но наличие такого оборудования в вашем распоряжении, которым вы можете поделиться с электриком, дает вам дополнительное преимущество - знакомство с устройством и перенос цифрового контента и изображений обратно в ваш офис для дальнейшего анализа.

Трансформатор федеральные нормы

Министерство энергетики играет ведущую роль в повышении эффективности трансформаторов, так что рейтинги трансформаторов Energy Star больше не существуют с 2007 года, когда Министерство энергетики впервые опубликовало энергетические стандарты, превышающие Energy Star.В связи с ужесточением нормативных требований и требуемой энергоэффективностью производители переосмыслили конструкцию трансформаторов, чтобы соответствовать постоянно растущим требованиям к эффективности трансформаторов.

Одним из самых больших изменений, которые производители трансформаторов адаптировали за последние 10 лет, являются критерии расчета нагрузки. В прошлом производители проектировали трансформаторы для работы в диапазоне нагрузок от 80% до 100%. После изменений DOE производители теперь должны проектировать свои трансформаторы на 35% номинальной нагрузки, указанной на паспортной табличке.Это не только изменило подход производителей к конструкции и проектированию трансформаторов, но также изменило методологию подхода инженеров-консультантов к определению размеров и выбору трансформаторов.

В таблице 2 показаны стандарты эффективности трансформаторов, утвержденные Министерством энергетики США. Эти федеральные стандарты предназначены для трансформаторов, испытанных при номинальной нагрузке 35%. Таблица также показывает, что по мере увеличения размера трансформатора эффективность увеличивается.

Как инженеры-консультанты, мы должны учитывать максимальную подключенную нагрузку, а также допустимую нагрузку по требованиям кода и оценивать, насколько близка потребность к желаемому целевому показателю в 35%.Важно отметить, что с этими жесткими правилами эффективности, варианты могут быть ограничены с точки зрения выбора более эффективных трансформаторов, чем предписано федеральными нормативными актами.

Стоимость и окупаемость трансформатора

Если вы инженер-консультант, то рассмотрение стоимости трансформатора вместе с владельцем и строителем дает огромные преимущества. С повышением КПД трансформатора появляется прекрасная возможность сэкономить на электроэнергии за счет использования энергоэффективного оборудования. Крайне важно, чтобы инженер-консультант понимал, каковы финансовые последствия для внешнего интерфейса, и мог передать анализ окупаемости на конечной стадии.

Анализ стоимости трансформатора

необходимо анализировать в каждом конкретном случае. Пример, обсуждаемый в «Практическом исследовании трансформатора», предназначен для обеспечения общего понимания расчетов анализа затрат. Эти расчеты могут быть полезны, особенно при рассмотрении замены трансформатора.

В некоторых случаях владелец может опасаться замены устаревшего оборудования. С одной стороны, владелец может надеяться получить еще 10 лет от оборудования, зная, что эта авантюра может привести к простоям в будущем, если оборудование выйдет из строя.Часто простой анализ затрат может упростить принятие этих решений. В этом случае замена трансформатора с КПД 98,5% на новый трансформатор с КПД 99,14% может окупиться менее чем за 10 лет.

Несмотря на то, что в этом примере не исследованы все подробности анализа затрат, этот высокоуровневый расчет - это то, что сможет понять владелец с потенциально ограниченными электрическими знаниями. Учитывая количество переменных, каждый выбор и анализ окупаемости могут сильно отличаться.

Рассматриваете ли вы новый трансформатор с медными или алюминиевыми обмотками, учитывая, что все трансформаторы должны как минимум соответствовать требованиям Министерства энергетики США, вы можете быть уверены, что ваш новый трансформатор будет эффективным.

Если глубже погрузиться в окупаемость трансформаторов, то относительно просто создать электронную таблицу для выполнения этих типов аналитики для каждого проекта. При анализе окупаемости таблица 3 помогает проиллюстрировать, как выполнить анализ окупаемости трансформатора.

Начните с анализа разницы в КПД трансформатора. В этом примере вы можете использовать простое умножение для расчета потерь трансформатора на основе процентного КПД трансформатора. Если вы начнете с умножения номинальной мощности трансформатора на процент нагрузки, вы получите фактическую мощность трансформатора. Получив это число, умножьте фактическую мощность на процент потерь в трансформаторе, чтобы получить общие потери мощности. Имейте в виду, что КПД трансформатора, указанный производителем, основан на определенной процентной нагрузке, и КПД может снизиться при дальнейшей нагрузке трансформатора.В этом примере мы вычисляем процент загрузки при 80%. Важно отметить, что, хотя трансформаторы рассчитаны на нагрузку около 35%, часто бывает, что трансформаторы перегружены или недогружены.

После того, как вы умножите номинальную мощность трансформатора на процент нагрузки и процент потерь, вы получите общие потери мощности трансформатора. С помощью потерь в трансформаторе вы можете преобразовать потери мощности в потерянные доллары, просмотрев время работы трансформатора и затраты на коммунальные услуги в киловатт-часах.Умножьте общие потери мощности трансформатора на количество часов в день, в течение которых трансформатор будет работать, а также 365 дней в году, и для этого расчета использовалась ставка коммунальных услуг - 0,09 доллара США / кВтч. Получение фактических цифр от местного поставщика коммунальных услуг позволит вам уточнить этот расчет.

В этом примере одни только эксплуатационные расходы составляют премию в размере 1556 долларов с установленным трансформатором-А. Если владелец решит заменить существующий трансформатор-A новым, более эффективным трансформатором-B, общая стоимость трансформатора плюс монтажные работы в этом случае составят 12 700 долларов.Учитывая премию трансформатора A в размере 1556 долларов, срок окупаемости как оборудования, так и рабочей силы составляет 8,2 года.

Как упоминалось ранее, хотя эти числа не высечены на камне, оценка времени загрузки и эксплуатации может вызвать отклонения в расчетах. Этот простой расчет должен быть в арсенале каждого инженера при проектировании и спецификации трансформаторного оборудования. Если у вас есть местный представитель оборудования для опроса о ценах на трансформаторы, это может быть ключевым элементом для сбора точных цифр стоимости оборудования.

Лучшие практики

При выборе трансформатора следует учитывать множество факторов, а именно нагрузку трансформатора, наличие гармоник в системе, K-фактор и повышение температуры. Следует также учитывать федеральные нормы эффективности и анализ затрат и окупаемости. Знание и понимание строительных блоков для выбора делает вас более ценным инженером не только для вашей компании, но также для ваших клиентов и владельцев.Проектирование должно включать процесс обмена знаниями, чтобы помочь команде принять наилучшие возможные решения для своего предприятия и помочь улучшить ваш проект, чтобы сэкономить деньги владельца и поддерживать безопасную и эффективную электрическую систему.


Мэтт Зега является сотрудником RTM Engineering Consultants. Он специализируется на распределении электроэнергии для коммерческих, промышленных и медицинских учреждений.

У вас есть вопросы по трансформаторам? На нашей странице часто задаваемых вопросов есть ответы!

Не случайно вы редко слышите трансформеры, посещая школы, больницы и офисы.В таких чувствительных к звуку условиях часто требуются тихие трансформаторы, и MGM может проектировать блоки со средним уровнем звука на 3 дБ ниже стандартов NEMA ST-20. Для некоторых номиналов кВА и классов кВ мы можем снизить уровень звука до 7 дБ ниже NEMA!

Что вызывает шум трансформатора? Трансформаторы
по своей конструкции издают слышимый «гул», вызванный вибрациями электротехнической стали. Колебания вызываются свойством, известным как «магнитострикция», которое заставляет стальной сердечник изменять свою форму и размер во время намагничивания.По мере увеличения вибрации увеличивается уровень «гудящего» звука.

Почему важно снижать уровень шума?
Для всех устройств MGM придерживается стандартов NEMA, которые определяют уровни звука в зависимости от кВА. Кроме того, существуют специальные приложения, в которых критически важно повышенное шумоподавление. Примеры включают больницы, высотные здания, школы, офисы, библиотеки или другие объекты, где трансформаторы размещаются рядом с их нагрузками в чувствительной к шуму среде.

Как MGM снижает уровень шума?
MGM имеет запатентованную конструкцию шумоподавления, в которой используются методы, позволяющие минимизировать гудение, вызванное магнитострикцией.Наша конструкция регулирует усилие зажима, материал сердечника, конструкцию сердечника и устанавливает антивибрационные прокладки по всему устройству. В дополнение к дизайну, размещение трансформатора имеет решающее значение, поэтому MGM предлагает услуги поддержки для обеспечения учета акустических принципов во время установки.

Как MGM проверяет уровни шума?
В соответствии со стандартами тестирования NEMA, MGM тестирует каждый блок на его номинальной частоте и напряжении в условиях холостого хода. Помещение для испытаний примерно на 10 футов больше трансформатора со всех сторон с уровнем окружающего звука 5 дБ.С помощью аттестованного / откалиброванного шумомера снимаются пять показаний звука на расстоянии одного фута с каждой стороны кожуха трансформатора и на один фут выше кожуха. Оценка звука - это среднее значение этих пяти значений.

Питание электрических нагревателей постоянным током

Каждый тип обогревателя, который мы продаем на O.E.M. Обогреватели могут быть изготовлены в соответствии с вашими требованиями для работы на постоянном токе. Мы предоставили нагреватели для работы от напряжения от 3 до 84 В постоянного тока. Некоторые типичные 12-вольтовые нагреватели из силиконовой резины и 12-вольтовый тепловой кабель доступны для покупки в Интернете со скидкой.Скоро мы разместим обогреватели на 24 В. Если у вас есть особые требования, позвоните нам по телефону (866) 685-4443 , заполните одну из наших контактных форм или отправьте нам электронное письмо.

Могу ли я запустить этот нагреватель на 12 вольт постоянного тока?

Это вопрос, который мы слышим довольно часто. Если обогреватель был разработан для работы от 120 В, то ответ будет: «Можно, но он не сильно нагреется». Однако, если у вас есть обогреватель, рассчитанный на 12 вольт переменного тока, ответ будет: «Да, можно!»

Имеет ли значение, подаю ли я переменный или постоянный ток?

Нет, при условии, что напряжение переменного тока эквивалентно напряжению постоянного тока.Напряжение переменного тока (переменного тока) обычно выражается как его среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение). К счастью, напряжение переменного тока имеет синусоидальную форму волны, и среднеквадратичное значение можно легко вычислить без необходимости использования сложных математических уравнений - все, что вам нужно, это простое умножение, приведенное ниже (где В среднеквадратичное значение - среднеквадратичное значение, а В пик - пиковое напряжение):

Напряжения, указанные для электрических розеток и приборов, даны как их среднеквадратичные значения.Таким образом, стандартная американская розетка на 120 В фактически обеспечивает пиковое напряжение около 170 В. Интересное историческое примечание: среднеквадратичное значение сигнала переменного тока обычно называют «теплотворной способностью» сигнала из-за того, что мощность - или тепло, если хотите, - рассеиваемая сопротивлением, была одинаковой независимо от того, подаваемое напряжение было постоянным или переменным. На приведенном ниже графике показана форма волны переменного тока в сравнении со среднеквадратичным и пиковым значениями:

Как приложенное напряжение влияет на выходную мощность вашего нагревателя

Начнем с азов: электронагреватель - это резистивное устройство; то есть он обеспечивает противодействие протеканию тока при приложении напряжения.Когда он это делает, он рассеивает энергию в виде тепла. Мы можем рассчитать, какую мощность может выдержать резистивная нагрузка, используя следующее уравнение:

Как показано в уравнении, максимальная мощность, которую может выдавать нагреватель, зависит от подаваемого тока. Этот ток ограничен допустимой токовой нагрузкой источника питания, но также может быть ограничен калибром провода. При этом низковольтным нагревателям постоянного тока потребуется больше тока для обеспечения того же количества энергии, что и нагревателю, работающему от 120 В или 240 В.Если у вас есть существующий обогреватель, который вы хотите использовать при более низком напряжении постоянного или переменного тока, вы можете рассчитать новую мощность, используя приведенное ниже уравнение:

В качестве примера предположим, что у нас есть картриджный нагреватель на 120 В и 1000 Вт, и нашему клиенту нужен нагреватель того же типа и размера, но на 24 В. Если мы включим эти числа в наше уравнение, мы можем рассчитать, что нагреватель будет иметь тепловую мощность 40 Вт при подключении к источнику питания 24 В. Использование этого уравнения может быть полезно для клиентов, которые ищут нагреватели с низким напряжением и мощностью, но не имеют ни времени, ни денег, чтобы изготовить специальный нагреватель для них.

Каковы некоторые общие области применения нагревателей постоянного тока?
  • Кварцевые генераторы - Многие бытовые электронные устройства полагаются на кварцевые генераторы для обеспечения часов реального времени или других измерений, связанных со временем. Для обеспечения точности кварцевые генераторы должны храниться в термостатированной печи для кристаллов.
  • Удаленные приложения - Батареи и солнечные панели могут использоваться в качестве источника питания, когда сетевое напряжение недоступно в удаленных местах, таких как сараи, хижины и парковые заставы.Батареи квадроциклов, жилых автофургонов и лодок также могут обеспечивать питание, когда необходимы обогреватели кабины.
  • Отводные нагрузки - Ветровая, гидро- и солнечная энергия используют отводящие нагрузки для перенаправления избыточной мощности на нагревательный элемент. В ветровых или гидроэнергетических установках избыточная мощность может вызвать превышение скорости и возможное повреждение оборудования, а применение отклоняющей нагрузки может предотвратить это.
Какие нагреватели постоянного тока я могу купить?

Здесь, у О.E.M. Heaters, мы можем изготовить индивидуальные нагреватели практически на любое напряжение. Наиболее распространенными нагревателями, требующимися для приложений постоянного тока, являются нагреватели из гибкой силиконовой резины и картриджные нагреватели. Если вы все еще не уверены, какой продукт подходит вам, мы будем рады помочь вам разобраться. Позвоните нам по телефону (866) 685-4443 , отправьте нам электронное письмо по адресу sales @ oemheaters .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *