Как подключить три ТЭНа по 2 кВт: схема звезды и треугольника на 380 В

Три ТЭНа по 2 кВт — это нагрузка 6 кВт в трёхфазной сети 380 В. Такая связка встречается в блочно-модульных котельных, термопластавтоматах, сушильных шкафах, пастеризаторах и гальванических линиях. Номиналы одинаковые, нагрузка симметричная, поэтому общий ток сети можно посчитать один раз и выбрать схему соединения: звезда или треугольник. От этого выбора зависит напряжение на каждом элементе, а значит — сопротивление спирали, которое должно быть заложено ещё при изготовлении ТЭНа.

Ниже разобраны обе схемы с формулами и цифрами, а также приведён порядок пусконаладки, чтобы вы могли оформить техзадание и проконтролировать монтаж.

Расчёт нагрузки: ток, мощность, кабель

Для трёхфазной нагрузки линейный ток определяется по формуле:

I = P / (√3 × U)

где P — суммарная мощность, U — линейное напряжение. Для трёх ТЭНов по 2 кВт:

I = 6000 / (1,73 × 380) ≈ 9,1 А

Этот ток одинаков для звезды и треугольника, если сопротивления всех трёх элементов равны. Уже на этом этапе ясно, что для линии 380 В достаточно медного кабеля сечением 1,5 мм² по нагреву, но на практике с учётом прокладки в лотке и запаса берут 2,5 мм². Автоматический выключатель — C16, УЗО — 30 мА, тип A или AC, чтобы защитить персонал при пробое на корпус.

Мощность не меняется в зависимости от схемы — меняется сопротивление спирали. Поэтому при заказе обязательно указывают не только мощность и напряжение сети, но и схему соединения.

Схема звезды: 220 В на каждом элементе

При соединении звездой начала всех трёх ТЭНов подключают к фазам L1, L2, L3, а концы соединяют в общую точку. Нулевой провод N подключается в эту же точку. На каждом элементе действует фазное напряжение:

Uф = Uл / √3 = 380 / 1,73 ≈ 220 В

Для элемента мощностью 2 кВт с рабочим напряжением 220 В сопротивление спирали должно быть:

R = U² / P = 220² / 2000 = 24,2 Ом

Звезда применяется для ТЭНов, рассчитанных на 220 В. Это большинство патронных ТЭНов для экструдеров, пресс-форм, воздушных калориферов. Пример: три патронных ТЭНа диаметром 16 мм, длиной 600 мм, мощностью по 2 кВт, оболочка из цельнотянутой трубы 12Х18Н10Т, — соединяются звездой в сушильной камере пищевого производства.

Нулевой провод при идеально симметричной нагрузке не нужен: ток в нём почти нулевой, а общая точка остаётся под нулевым потенциалом. Но если один ТЭН перегорит, напряжения на двух оставшихся упадут примерно до 190 В, и перекос фаз станет заметным. Нулевой провод выравнивает напряжения и даёт возможность задействовать защитное отключение — его стоит прокладывать до шкафа управления.

Схема треугольника: 380 В на каждом элементе

Треугольник — это замкнутый контур: конец первого элемента соединяется с началом второго, конец второго — с началом третьего, конец третьего — с началом первого. К трём точкам соединения подходят линейные провода L1, L2, L3.

Теперь на каждом элементе действует линейное напряжение 380 В. Для элемента мощностью 2 кВт сопротивление должно быть:

R = U² / P = 380² / 2000 = 72,2 Ом

Треугольник применяют для ТЭНов, рассчитанных на 380 В. Это обычно блок-ТЭНы с фланцами G1.5", G2", G3", M48×2, M56×2 — их ставят в промышленные электронагреватели воды, парогенераторы, ёмкости на нефтеподогреве. В одном фланцевом блоке могут быть три отдельные петли по 2 кВт; внутри блока они уже соединены на звезду или треугольник согласно проекту.

ТЭН на 220 В в треугольник на 380 В включать нельзя: напряжение на элементе вырастает в 1,73 раза, мощность — втрое, до 6 кВт на элемент. Перегрев и перегорание спирали в этом случае — вопрос минут, а не часов.

Контроль сопротивления и допуски по ГОСТ 13268-88

Перед монтажом стоит убедиться, что реальное сопротивление ТЭНа соответствует выбранной схеме. Для звезды — 24,2 Ом, для треугольника — 72,2 Ом.

ГОСТ 13268-88 допускает отклонение по мощности +5/−10%. По закону Ома это соответствует отклонению сопротивления −4/+11%. Для звезды допустимый диапазон — 23,2–26,9 Ом, для треугольника — 69,3–80,1 Ом.

Замеры выполняют мультиметром после полного обесточивания, слива технологической жидкости и снятия перемычек. Кроме сопротивления между контактами, проверяют сопротивление изоляции между контактом и корпусом: у нового ТЭНа оно должно быть не менее 10 МОм.

Порядок подключения и пусконаладка

• Обесточить линию на вводном автомате, проверить отсутствие напряжения индикатором.
• Убедиться, что корпус бака или шкафа заземлён шиной PE.
• Замерить сопротивление каждого элемента и сопротивление изоляции.
• Собрать схему «звезда» или «треугольник» в клеммной коробке.
• Подать напряжение, измерить ток токоизмерительными клещами в каждой фазе — он должен быть около 9,1 А.
• Проверить нагрев датчиком температуры; при отклонении от нормы — отключить и искать причину.

Что указать производителю при заказе ТЭНов

Серийный ТЭН из розницы рассчитан на конкретное напряжение — 220 или 380 В. Если купить первое попавшееся и коммутировать по своей схеме, легко получить перегрев или недогрев. При заказе по техзаданию достаточно сообщить мощность, напряжение сети, схему соединения, среду, посадочные размеры и материал оболочки.

ТЭН-Миасс изготавливает ТЭНы под чертёж, по фото или по размерам вышедшего из строя образца. Партия от 1 шт, срок типового изделия 5–10 дней. Диаметр корпуса — от 4 до 32 мм, длина — от 30 до 6000 мм. Материал подбирается под среду: сталь 10 — для воздуха и масла; AISI 304 (08Х18Н10) — для воды и пара до 200 °C; цельнотянутая труба 12Х18Н10Т — для пищевых и агрессивных сред; чистый титан — для хлоридов и гальванических ванн. Для агрессивной химии и высоких температур применяются AISI 316 (10Х17Н13М2) и Inconel 600 (ХН78Т) — это уже индивидуальный расчёт с технологом.

Для трёх ТЭНов по 2 кВт выбор сводится к одному вопросу: на какое напряжение рассчитан элемент. На 220 В — звезда, сопротивление 24,2 Ом. На 380 В — треугольник, сопротивление 72,2 Ом. Ток линии в обоих случаях 9,1 А — этих цифр достаточно, чтобы подобрать кабель, автомат и ТЭНы без лишних пересчётов.

Если сомневаетесь в схеме — пришлите чертёж или фото старого ТЭНа, инженеры ТЭН-Миасс посчитают мощность, сопротивление и материал за один рабочий день.