Схемы соединения ТЭНов. «Звезда» и «треугольник»

В XVII веке описаны свойства статического электричества. В середине XIX века появилась идея преобразования электрической энергии в тепловую. Еще 50 лет потребовалось на то, чтобы преимущества трубчатых нагревателей оценили и рядовые потребители, и промышленные предприятия.

И вот уже более столетия ТЭны используют для нагрева воды, газа, воздуха, иных сред. Их устанавливают в бойлерах, стиральных и посудомоечных машинах, тепловых завесах и пушках.

Но, если бытовые приборы оснащают одним (редко двумя) ТЭНами мощностью максимум до 5 кВт, то для промышленной техники требуются более мощные нагревательные системы. Это относится, например, к муфельным печам, устройствам для подогрева битума, нефти и иных материалов с высокой плотностью.

Формально в подобных ситуациях можно заказать и установить ТЭН с мощностью в десятки кВт, но это не всегда возможно, например, из-за сложной конфигурации места монтажа нагревательных элементов. Значит, нужно решить, какую схему соединения ТЭНов  — треугольником или звездой — использовать в каждом конкретном случае.

Ниже — информация о доступных вариантах соединения нагревательных элементов. Нужно учитывать, что возможны различия в случае двух (280 В) и трехфазной (380 В) электрических сетей. На чтение требуется не более 10–15 минут. Потом еще пара часов потребуется на собственно монтаж ТЭНов непосредственно на объекте.
 Подключать нагревательные элементы можно разными способами. На текущий момент времени наиболее востребованы варианты:

1. Последовательное и параллельное соединение.
2. «Звезда» и «треугольник».

Каждый из этих способов требует отдельного рассмотрения. Нельзя забывать о разнице при соединении ТЭНов звездой и треугольником. Она может стать определяющей при выборе конкретного варианта.

Параллельное подключение ТЭНов

Как эта схема выглядит на практике, можно видеть на рисунке ниже:

Применительно к варианту с параллельным соединением ТЭНов можно выделить несколько важных моментов, например:

• Все нагревательные элементы находятся под равным напряжением.
• Ток, подаваемый на систему, распределяется между ТЭНами.
• Мощность на выходе ТЭНов — одинаковая.

Параллельное подключение позволяет значительно нарастить мощность общей системы нагрева даже при минимальном напряжении на входе. Сопротивление всех вместе ТЭНов будет меньше, чем сопротивление каждого отдельного компонента.

В чем же суть параллельного подключения? Все очень просто. Каждый ТЭН можно представить в виде отдельного контура. А вот их входные и выходные провода (точки) соединяются воедино. В основном этот вариант (с параллельным подключением) востребован, если напряжение должно оставаться низким, а ток высоким. Либо есть потребность в контроле (включении/выключении/регулировке мощности) каждого отдельного ТЭНа.

Формально при параллельном подключении можно использовать нагревательные элементы с разным сопротивлением. Но это несколько усложняет расчеты суммарной мощности. Специалисты говорят, что в этом случае повышается вероятность быстрого выхода оборудования из строя, если при определении параметров будут допущены ошибки.

Последовательное подключение ТЭНов

Эта конфигурация существенно проще, чем параллельное соединение. К выходу первого нагревателя подключается вход второго и т. д. В отличие от параллельной системы напряжение в данном случае будет высоким, а ток низким.

Управлять каждым отдельным ТЭНом при последовательном подключении невозможно. Можно корректировать параметры только всей системы в целом. Сопротивление всего блока складывается из сопротивлений отдельных его компонентов. А вот мощность на выходе не превысит значение, характерное для одного ТЭНа.

Подключение ТЭНов звездой и треугольником

Последовательное и параллельное соединения нагревательных элементов относятся к базовым. На их базе можно строить более сложных схем по принципам «треугольник» и «звезда». Первый вариант разрешен только для трехфазных сетей (380 В) и является классической вариацией последовательного соединения. Конфигурацию «звезда» можно использовать для электрических сетей и на 220, и на 380 В. Этот же принцип распространяется и на собственно нагревательные элементы.

Что нужно знать о трехфазных электросетях?

Это — только одна из разновидностей многофазных электросетей. Ее характерные особенности:

1. Ток — переменный.
2. Электродвижущие силы — синусоидального типа. Их частота остается одинаковой. При этом пики сигналов сдвигаются относительно друг друга на одинаковый фазовый угол.

К преимуществам трехфазных электрических сетей можно отнести следующие моменты:

• на базе одной электроустановки можно получить сразу два рабочих напряжения;
• снижаются потери электрической энергии при передаче ее на значительные расстояния. При этом можно значительно сэкономить на обустройстве собственно силовых кабелей;
• есть возможность организовать вращающееся круговое магнитное поле.

Немаловажно и то, что трехфазные электрические сети получаются достаточно уравновешенными. Они менее подвержены скачкам напряжения.

Теперь можно рассмотреть, как же соединять ТЭНы в электросетях на 380 В. Нельзя забывать о том, что при подключении ТЭНа звездой и треугольником разница есть, и существенная. Если о ней забыть, готовая система быстро выйдет из строя.

Подключение нагревателей по схеме «треугольник»

Формально выводы всех ТЭНов последовательно замкнуты друг на друга. Нагревательных элементов должно быть не менее трех. И нельзя забывать о принципе кратности именно трем. На практике это означает, что для получения схемы нужно использовать 3, 6, 9, 12 и т. д. ТЭНов.

Подключение ТЭНа треугольником в сети 380 В предполагает, что каждый нагревательный элемент становится «плечом» всей конструкции. Их чаще не нумеруют, а обозначают буквами латинского алфавита, например, A, B, C или U, W, V и т. д. На каждое плечо подается соответствующая фаза.

Применительно к сетям, собранным по схеме «треугольник», можно выделить следующие важные моменты:

• суммарная мощность складывается из мощностей отдельных нагревателей;
• при выборе схемы подключения ТЭНа треугольником все «плечи» могут иметь разную мощность;
• «ветка» может состоять из нескольких ТЭНов, соединенных как последовательно, так и параллельно. Но в этом случае существенно усложняются расчеты суммарной мощности, напряжения и сопротивления;
• напряжение между соседними фазами — только 380 В.

Подключение ТЭНов по схеме «звезда»

Схематично этот вариант можно представить следующим образом:

Нагревательных элементов должно быть не менее 3-х. Все первые выводы ТЭНов подключены к единой нулевой или нейтральной точке. Фаза же подается на второй вывод каждого отдельного нагревателя. Для расчета мощности всей конструкции необходимо сложить мощности отдельных «плечей» или «веток», каждая из которых может состоять из нескольких ТЭНов. Подключение — как последовательное, так и параллельное.

Здесь нужно напомнить, что схему «звезда» можно использовать и для однофазных сетей на 220 В. В этом случае «нулевая» точка отсутствует.

При использовании варианта подключения «звезда» нужно учитывать следующие моменты:

·если ТЭНы рассчитаны на 380 В, в схему нужно добавить так называемый распределитель напряжения. Оно должно быть оснащено специальными переключателями, защищающими от перепадов напряжения;

• все «ветки» должны иметь равную мощность;
• количество нагревательных элементов всегда кратно трем.

По схеме «звезда» можно подключать и ТЭНБ, и стандартные воздушные или водяные трубчатые нагреватели. Принципиально это на конструкцию не влияет.

Подключение ТЭНов через контактор

Еще один вариант соединения нагревательных элементов предполагает использование контакторов. Чаще всего этот вариант применяют в электрических котлах. Схематично он выглядит так:

Помимо собственно нагревательных элементов в схемах подключения ТЭНов звездой и треугольником потребуется контактор. Это — модификация электромагнитного реле. Также нужно позаботиться о наличии обычного реле.

Выходящие клеммы контактора соединяют со входами нагревательных элементов. На схеме они расположены слева. А правые выводы объединяют и фиксируют на нулевой шине.

Выходная клемма (на схеме значится, как «А») соединяется с питающей (обозначена «А1») на термореле. Потребуется и дополнительная перемычка для соединения с левым выходом К1-контакта. Нельзя забывать и о правом выходе. Его подключают с выходом А1 контактора.

Далее остается подключить нулевую шину. С нее N (так обозначают «ноль») подают на контакт А2 контактора. И снова потребуется перемычка для соединения с питающей клеммой. Контакт А2 обязательно замыкают на клеммы Т1 и Т2.

Принцип действия схемы следующий. Если во внешней среде тепло, температура выше нормативной, ток на контактор через контакт К1 не подается. Замыкание его подается только при внешнем похолодании. Ток подается на все фазовые выходы ТЭНов. Начинается собственно процесс их нагрева.

Чтобы оптимизировать нагрузку, нужна дополнительная нулевая шина. Ее при помощи дополнительного провода подключают к оставшейся свободной клемме контактора.

Короткие выводы

Соединение ТЭНов звездой и треугольником возможно с учетом ряда факторов:

• в расчет принимается характер нагревательных элементов, потребности клиента и уровень запрашиваемой мощности;
• вариант «треугольник» выбирают, если нужна увеличенная мощность в сравнении с аналогичным параметром отдельных нагревателей;
• вариант «схема» актуален, если нужно соединить воедино ТЭНы одинаковой мощности. В каждой ветке их может быть несколько. Допускается и последовательное, и параллельное подключение;
• количество ТЭНов вне зависимости от схемы (звезда или треугольник) обязательно кратно трем;
• если требуется тщательный контроль каждой отдельной ветки (нагревателя), сеть дополняют контактором и термореле.

Подобрать ТЭНы для подключения звездой или треугольником можно здесь. Если есть вопросы, их можно задать консультантам, в том числе в онлайн-режиме. Доступна доставка во все регионы страны.