envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement











Instalacje przeciwoblodzeniowe są stosunkowo nową technologią w budownictwie. Z tego względu dostawcy tych instalacji oferują obszerne poradniki, dotyczące głównie właściwemu doborowi elementów grzejnych i technologiom ich montażu, traktując część zasilającą nieco bardziej ogólnikowo.

Instalacja przeciwoblodzeniowa rzadko kiedy powstaje w wyniku realizacji kompleksowego projektu wykonawczego. Przyczyny tego na ogół są dwie:

  • inwestor przykłada wagę do rozmieszczenia i montażu elementów grzejnych, uważając że zasilanie ich jest sprawą prostą i błahą i nie poświęca temu należytej uwagi;
  • w dużych obiektach instalacja ta traktowana jest trochę „interdyscyplinarnie”, np. podgrzewanie podjazdu dla niepełnosprawnych rysuje architekt, wpusty deszczowe z podgrzewaniem projektant instalacji sanitarnych, tylko jakoś wszyscy zapomnieli prze-kazać projektantowi instalacji elektrycznej, że w obiekcie będzie instalacja przeciwoblodzeniowa.

Warto wobec tego poświęcić trochę uwagi temu zagadnieniu. Instalacje, o których mowa mogą zużywać dość dużą ilość energii elektrycznej i w związku z tym popełnione błędy, wpływają-ce negatywnie na efektywność instalacji, mogą mieć znaczące konsekwencje finansowe.

Instalacja przeciwoblodzeniowa na ogół składa się z następujących elementów przedstawionych na rys. 1.


Dobór elementów grzejnych

W zasadzie w tej materii zdajemy się na materiały informacyjne dostawców elementów grzejnych, posługując się ich poradnikami. Na rynku są dostępne dwa rodzaje kabli grzejnych:

  • kable o stałej oporności;
  • kable samoregulujące, czyli dopasowujące swój pobór mocy do zapotrzebowania. Odbywa się to w drodze zmiany oporności kabla w funkcji jego temperatury wewnętrznej.

Istnieje jednak pewien aspekt wyboru typu kabli związany ściśle z zasilaniem elektrycznym. W materiałach technicznych producenta znaj-dujemy np. moc kabla przeciwoblodzeniowego o stałej oporności 10 W/m dla rynny. Do tej wielkości dopasowuje się wszystkie założenia dotyczące liczby i rozmieszczenia kabli grzejnych. Należy jednak pamiętać, że producent określił tę wielkość dla napięcia nominalnego, tj. 230 V.

32
1. Obj.: 1 – linia zasilająca z rozdzielni głównej lub tablicy piętrowej do układu sterowania; 2 – układ sterowania; 3 – kable zasilania elementów
grzejnych, tzw. kable „zimne”; 4 – elementy grzejne, tzw. kable „gorące”; 5 – złącza pomiędzy kablami „zimnymi” i „gorącymi”.

Często mamy jednak do czynienia z obiektem zasilanym z końcówki starej i przeciążonej linii napowietrznej. W dzień napięcie spada do ok. 200 V, w nocy zaś przekracza 240 V. Jaka jest wtedy moc elementu o stałej oporności? Jak wynika ze wzoru wyprowadzonego z prawa Ohma P = U2/R, moc kabla grzejnego np. długości 10 m i mocy znamionowej 100 W przy 230 V będzie się wahać od ok. 76 W przy 200 V do 109 W przy 240 V. Może się więc okazać, że naszej instalacji brakuje mocy. Wniosek – przy niestabilnym napięciu zasilania obiektu mamy dodatkowe wskazanie do zastosowania odpowiednio dobranych kabli samoregulujących, które do pewnego stopnia potrafią skompensować efekt wahań napięcia zasilającego.

Złącze pomiędzy kablami „zimnymi” i „gorącymi”

W obecnych na rynku rozwiązaniach mamy do czynienia z dwoma przypadkami.

1. Dostarczany jest sam kabel grzejny, ( „gorący” ) z dobranymi przez producenta akcesoriami do połączenia z kablem zasilającym ( „zimnym” ). W tym przypadku sprawa jest prosta, bo przy sta-rannym montażu takie złącze zapewnia wszystkie konieczne parametry, czyli przewodzenie bez strat i odporność na warunki atmosferyczne. Nie należy w takim przypadku próbować kompletować takiego złącza na własną rękę z elementów ogólnie dostępnych w hurtowniach. Oszczędność w stosunku do kosztów całości instalacji będzie niewielka, a efekty mogą być opłakane.

2. Producent dostarcza nam kabel „gorący” połączony fabrycznie z odcinkiem kabla „zimnego” o określonej długości. Tutaj złącze jest wykonane fabrycznie, ale możemy spotkać się z koniecznością przedłużenia fabrycznego kabla zasilającego. Pozornie sprawa jest prosta, jednak musimy pamiętać, że jeżeli to złącze znaj-duje się na zewnątrz budynku, to w określonych warunkach może być zalane wodą (np. może się znaleźć w pryzmie topniejącego śniegu). Częstym błędem jest łączenie kabli za pomocą złączek umieszczonych w puszce o klasie ochrony IP x4. Wielu instalatorów określa gwarowo taki osprzęt jako „hermetyczny”, co jest nieprawdą. To jest osprzęt odporny na strugi deszczu, ale nie na zanurzenie w wodzie. Właściwy w tym przypadku jest osprzęt o klasie ochrony IP x5 lub wyższej. Bardzo dobry efekt może dać wykona-nie takiego złącza za pomocą zestawu tulej zaciskowych izolowanych odpowiednio koszulkami termokurczliwymi, ale pod warunkiem, że jest ono wykonane bardzo starannie.

33a

2a. Rzut dachu hali

33b

2b. Przekrój dachu hali


Musimy poświęcić jeszcze trochę uwagi odcinkowi kabla zasilającego, znajdującego się na zewnątrz budynku. W wielu przypadkach problem ten jest lekceważony, bo cała instalacja znajduje się wewnątrz budynku, a na zewnątrz wychodzi tylko wypust np. o długości 1,5 m. Musimy pamiętać, że kable przeznaczone do instalowania we wnętrzach (na ogół z białą izolacją – np. powszechnie stosowane YDY(p) lub OMY) nie są odporne na działanie ujemnej temperatury i promieniowanie słoneczne UV. Nawet taki krótki wypust wykonany kablem wnętrzowym może być przyczyną poważnych awarii. Taki wypust musi być wykonany dowolnym typem kabla odpornego na niską temperaturę.

Układ sterowania

Najważniejszym elementem takiego układu jest regulator temperatury. Rozważając system, który chcemy zbudować, musimy w pierwszej kolejności odpowiedzieć na pytanie – ile regulatorów temperatury należy zastosować. Czujnik regulatora musi mierzyć temperaturę elementu rozmrażanego. Jednakże lokalizacja tych elementów względem stron świata – a więc i nasłonecznienia – może wymusić zastosowanie dwóch lub więcej regulatorów. Spróbujemy to zilustrować na przykładzie systemu ogrzewania wpustów deszczowych w dachu istniejącego obiektu. Jest to hala magazynowa, której specyficzną cechą jest orientacja – oś hali zorientowana jest dokładnie w kierunku wschód – zachód. Jak widać instalacja z jednym regulatorem jest nie do przyjęcia. Mimo pozornie prostego układu – 12 wpustów na jednej połaci dachu, musi-my zastosować dwa regulatory lub regulator dwustrefowy.

Lokalizacja czujników też jest ważna – one mają mierzyć temperaturę elementu rozmrażanego lub temperaturę powietrza w możliwie najbliższym sąsiedztwie tego elementu. Musimy również określić typ regulatora właściwy do zadań, które ma spełniać.

– Praca w układzie przeciwoblodzeniowym, tj. chronimy np. rynny czy wpusty deszczowe przed zamarzaniem wody wytopionej w dzień pod działaniem promieni słonecznych. To zjawisko występuje w określonych warunkach pogodowych, gdy mamy w ciągu doby wahania temperatury od ujemnej do dodatniej. Regulatory dedykowane do takiej pracy są regulatorami dwuprogowymi, tj. załączają system w na ogół w przedziale -4ºC do 5ºC. Przy niższej tempera-turze nie występuje zjawisko wytapiania, a przy wyższej zamarzania. Jako dodatkowe wyposażenie, mające na celu zaoszczędzenie energii elektrycznej, mają czujnik wilgotności wykrywający zalegający śnieg lub wodę z roztopów. Jeżeli nie ma wilgoci układ się wyłącza.

– Praca w układzie przeciwzamrożeniowym, tj. chronimy fragment instalacji wodociągowej czy innej przed zamrożeniem. Tutaj zastosuje-my regulator jednoprogowy, załączający system w temperaturze ujemnej.

Producenci systemów grzewczych, a także inni producenci aparatury elektrycznej oferują bardzo szeroki wachlarz urządzeń o różnych własnościach, wyposażeniu, a także bardzo zróżnicowanych cenach. Wybierając regulator musimy rozważyć kilka kryteriów.

– Dokładność regulatora – jeżeli mamy do wyboru kilka regulatorów o niemal identycznych parametrach technicznych, a różnych cenach, możemy przypuszczać, że różni-ca w cenie powstała na skutek zastosowania uproszczonych układów regulacji i elementów elektroniki o niższej jakości. Odbija się to na nie-zawodności i dokładności regulatora. O ile przy układach o małej mocy może to być do przyjęcia, to przy układach o dużej mocy niedokładna regulacja ma natychmiast konsekwencje finansowe wskutek zwiększonego zużycia energii.

– Regulator o nastawie analogowej czy cyfrowej? Pozornie odpowiedź jest prosta – regulatory cyfrowe oferują możliwość nastaw z dużo większą dokładnością niż analogowe, np. co 0,1ºC. O dokładności regulatora decyduje nie tylko dokładność nastaw czy odczytu na wyświetlaczu, ale przede wszystkim rozrzut parametrów dostarczanych czujników i dokładność układu elektronicznego przeliczającego oporność czujnika na odczyt temperatury. Z tym bywa różnie. Co nam po dokładnej nastawie, kiedy tolerancja układu pomiarowego wynosi np. ±2ºC? Z drugiej strony regulatory cyfro-we przez sam fakt zastosowania w nich układów logicznych oferują sporo interesujących funkcji dodatkowych, np. detekcję zapchania rynny poprzez fakt wykrycia wilgotności w okresie dłuższym niż 14 dni. Ponadto wiele z nich oferuje funkcję kalibracji odczytu w stosunku do temperatury zmierzonej innym urządzeniem, co w jakimś stopniu kompensuje niedokładności czujników.

– Wyposażenie dodatkowe np. czujnik wilgotności. W instalacjach o większej mocy każde dodatkowe wyposażenie, pozwalające oszczędzić energię, jest celowe. Możemy sami zresztą wzbogacić wyposażenie regulatora, łącząc go np. z programatorem tygodniowym. Np. po co w trak-cie 4-dniowego długiego weekendu ogrzewać w biurowcu podjazd dla niepełnosprawnych, kiedy budynek jest nieczynny. Zastosowanie programatora pozwoli na automatyczne rozpoczęcie ogrzewania w określonym czasie przed początkiem pierwszego dnia pracy.

– Lokalizacja regulatora. W większości przypadków regulator zlokalizowany jest wewnątrz budynku. Konfiguracja systemu oraz inne czynniki techniczne np. odległość od czujników mogą jednak wymusić lokalizację regulatora na zewnątrz lub w jakiejś przestrzeni nieogrzewanej. Bezwzględnie musimy wtedy wybrać regulator, w którego specyfikacji technicznej jest wyraźnie zadeklarowana możliwość pracy w temperaturze ujemnej. Regulator, w którego specyfikacji nie ma żadnej deklaracji odnośnie temperatury pracy traktujemy, domyślnie, jako regulator do pracy tylko wewnątrz budynku w temperaturze dodatniej. Musimy pamiętać również, że odporność na niską temperaturę nie oznacza odporności na wodę. Regulatory na ogół są aparatami do montażu na szynie DIN i zapewnienie odpowiedniej obudowy o klasie ochrony IP55 lub wyższej nie jest żadnym problemem.

Z lokalizacją regulatora wiąże się problem odległości od czujników. Producenci regulatorów dostarczają czujniki z kablami o określonej długości, zaznaczając na ogół, że można je przedłużyć ale do długości nie większej niż 10-15 m. Wydawałoby się, że zwłaszcza w odniesieniu do czujników temperatury jest to zbędne ograniczenie. Na ogół są to elementy półprzewodnikowe o znacznej rezystancji (2 kΩ lub więcej) i wydawałoby się, że dodatkowa rezystancja linii zbudowanej z przewodu miedzianego nie powinna wprowadzać znaczącego błędu pomiaru. Należy jednak pamiętać, że są to obwody, w których w stanie robo-czym płyną bardzo małe prądy rzędu mA. Taki obwód wraz ze wzrostem długości zaczyna zbierać jak antena wszystkie zakłócenia elektromagnetyczne, zwłaszcza pochodzące od ułożonych w pobliżu kabli energetycznych. W przypadku czujników wilgotności sprawa może być jeszcze ostrzejsza. Nie zawsze znamy do końca ich zasadę działania i każde przedłużanie przewodów nie-zgodne z zaleceniami producenta może spowodować nieprawidłowe ich działanie.

– Sposób sterowania obwodem grzejnym. Regulator jest na ogół wyposażony w jeden styk do załączania obwodu grzejnego o deklarowanym prądzie maksymalnym 16 A. Możemy sterować dwoma sposobami:

a) sterowanie bezpośrednie, tj. obwód grzejny jest załączany stykiem regulatora;

b) sterowanie pośrednie, tj. styk regulatora steruje cewką stycznika załączającego obwód grzejny.

Rozwiązania te są pokazane na schematach na rys. 3.

W przypadku obwodu trójfazowego lub jedno-fazowego o znacznej mocy (powyżej 2-2,5 kW) sprawa jest jednoznaczna – musimy stosować sterowanie pośrednie. Co robić jednak z instalacjami o mniejszej mocy? Pewną pomocą może być uważne wczytanie się w karty katalogowe regulatorów temperatury. W opisie jednego z regulatorów w ulotce handlowej znajdujemy zapis „moc maksymalna sterowanego obwodu – 2 kW”, a w szczegółowej instrukcji tego same-go urządzenia w opisie styków sterujących „prąd maksymalny – 16 A”. Pozornie coś się nie zgadza. Sterujemy grzałkami, a więc obciążeniem rezystancyjnym – wtedy moc wynosi 16 A * 230 V= 3,68 kW. Czy to jest błąd lub niestaranność w sporządzaniu opisu technicznego urządzenia? Nie, to jest raczej skrót myślowy, za pomocą którego osoba sporządzająca opis zasygnalizowała podstawowy problem wszystkich aparatów łączeniowych zarówno przy obwodach prądu zmiennego, jak i stałego, czyli problem zaciągania łuku przy rozłączaniu obwodu pod pełnym obciążeniem. Zjawisko to powoduje nad-mierne rozgrzewanie się styków, a co za tym idzie stopniowe ich wypalanie lub sklejanie się. Jest ono tym silniejsze, im większa jest indukcyjność obwodu. Instalacja grzejna przy znacznej rozpiętości linii kablowych i zastosowaniu np. mat grzejnych zawsze ma pewną indukcyjność. Z drugiej strony producent ma świadomość, że w regulatorze elementem wykonawczym jest mikroprzekaźnik wlutowany w płytkę. Takie aparaty na ogół nie mają na stykach specjalnych elementów do gaszenia łuku, a więc ich odporność na to zjawisko jest bardzo ograniczona.

Stosując sterowanie pośrednie nawet przy małej mocy odnosimy następujące korzyści:

  • w razie awarii mamy łatwą diagnostykę czy zawiódł regulator, czy urządzenie wykonawcze, czyli stycznik;
  • w przypadku uszkodzenia styków wymienia- my tylko stosunkowo tani i łatwo dostępny stycznik, a nie drogi regulator.

34
3. Podstawowe układy sterowania instalacji przeciwoblodzeniowej

Na rysunku 3 w schemacie sterowania bezpośredniego zasygnalizowano również inny poważny problem – zabezpieczenie obwodu zasilania samego regulatora. „Oszczędnościowy” sposób zabezpieczenia pokazany na tym schemacie jest poważnym błędem. Regulator na ogół ma własny pobór mocy na poziomie kilku W. Jeżeli wystąpi w nim jakieś uszkodzenie, np. zwarcie na płyt-ce, to zdąży się on zapalić żywym płomieniem zanim nastąpi zadziałanie wyzwalacza zwarciowego w pokazanym na schemacie wyłączniku 10 A. Takie awarie zdarzają się bardzo rzadko, ale mogą być źródłem poważnych strat. Regulator (a właściwie cały układ sterowania) powinien być zabezpieczony osobnym bezpiecznikiem o odpowiednio małym prądzie znamionowym tak, jak pokazano na pozostałych schematach.

...pełna wersja artykułu w PI 11/12


 

pi