Un'officina di placcatura avviava la vasca ogni mattina accendendo un riscaldatore a immersione in PTFE da 5 kW. Tre o quattro mattine su cinque, l'interruttore è scattato entro pochi secondi dall'avvio. Il riscaldatore funzionava normalmente una volta che il serbatoio era caldo. La manutenzione ha sostituito l'interruttore due volte, poi il riscaldatore una volta. I viaggi continuarono. Il problema non era né l'interruttore né il riscaldatore. Era la condizione di-avvio a freddo.
L'avviamento a freddo è il momento più stressante dal punto di vista elettrico nel ciclo operativo di un riscaldatore. L'elemento resistivo è a temperatura ambiente, l'isolamento interno potrebbe aver assorbito umidità durante la notte e la corrente di spunto può superare il valore di stato stazionario del 10–30%. Per i riscaldatori a immersione in PTFE, che sono spesso installati in ambienti umidi e utilizzati in modo intermittente, gli avviamenti a freddo-sono un problema comune e spesso mal diagnosticato.
Perché la resistenza al freddo è inferiore alla resistenza al caldo
Le leghe riscaldanti hanno un coefficiente di resistenza alla temperatura positivo. La resistenza aumenta man mano che l'elemento si riscalda. Un elemento in nichelcromo che misura 14,4 Ω a 20 gradi può misurare 15,5–16,0 Ω alla temperatura operativa.
Al momento dell'avvio l'elemento è a temperatura ambiente. La sua resistenza è al punto più basso del suo range operativo. Per una tensione di alimentazione fissa, una resistenza inferiore significa una corrente più elevata. La corrente di spunto all'avvio a freddo può essere superiore dell'8–15% rispetto alla corrente di stato stazionario-alla temperatura di funzionamento. In alcuni progetti di elementi con coefficienti di temperatura elevati, la differenza può raggiungere il 20–30%.
La corrente più alta è normale e breve. L'elemento si riscalda in pochi secondi, la resistenza aumenta e la corrente scende allo stato stazionario. Ma se le dimensioni dell'interruttore sono prossime alla corrente di stato stazionario-, lo spunto può superare la soglia di intervento istantaneo.
| Temperatura dell'elemento | Resistenza | Corrente a 240V | Rispetto allo stato stazionario |
|---|---|---|---|
| 20 gradi (freddo) | 14.4 Ω | 16.7 A | 108% |
| 100 gradi | 14.9 Ω | 16.1 A | 104% |
| 200 gradi | 15.4 Ω | 15.6 A | 101% |
| 400 gradi (operativo) | 15.6 Ω | 15.4 A | 100% |
Caratteristiche della corrente di avvio a freddo-per un tipico riscaldatore a immersione in PTFE da 4 kW, 240 V
Umidità nell'isolamento interno
Il secondo problema dell'avvio a freddo-è l'umidità. L'ossido di magnesio e altri materiali isolanti interni sono igroscopici. Se il riscaldatore rimane inattivo durante la notte in un ambiente umido o se la custodia della morsettiera non è sigillata, l'umidità può penetrare nell'isolamento. Ciò riduce la resistenza di isolamento e può creare un percorso conduttivo parziale tra l'elemento e la terra.
Quando viene applicata l'alimentazione, l'umidità nell'isolamento inizia a condurre. La corrente di dispersione si aggiunge alla corrente di carico normale, aumentando la corrente totale attraverso l'interruttore. Nei casi più gravi, la sola corrente di dispersione è sufficiente a far scattare un interruttore differenziale.
Man mano che il riscaldatore si riscalda, l'umidità viene espulsa. La resistenza di isolamento viene ripristinata e la corrente di dispersione diminuisce. Questo è il motivo per cui spesso gli interventi si verificano solo all'avvio a freddo e scompaiono dopo alcuni minuti di funzionamento del riscaldatore.
| Condizione di isolamento | Resistenza di isolamento a 20 gradi | Corrente di dispersione a 240 V | Rischio di scatto dell'interruttore |
|---|---|---|---|
| Stufa nuova e asciutta | >500 MΩ | <1 μA | Nessuno |
| Riscaldatore secco e invecchiato | 100–500 MΩ | 1–2 μA | Molto basso |
| Umidità leggera | 10–50 MΩ | 5–24 μA | Basso-moderato |
| Umidità moderata | 1–10 MΩ | 24–240 μA | Moderato-Alto |
| Forte umidità | <1 MΩ | >240 μA | Alto |
Resistenza di isolamento e corrente di dispersione all'avviamento a freddo per riscaldatori ad immersione in PTFE
Interruttori sottodimensionati e cavi lunghi
L'interruttore deve essere dimensionato per la corrente di stato stazionario-del riscaldatore più un margine per lo spunto e la variazione di tensione. Per un riscaldatore da 4 kW, 240 V che assorbe 16,7 A allo stato stazionario, un interruttore da 20 A è il minimo. Un interruttore da 25 A fornisce più margine per lo spunto con avviamento a freddo-.
La caduta di tensione nei cavi lunghi riduce la tensione sul riscaldatore, che aumenta la corrente a parità di potenza erogata. Una caduta di tensione del 5% aumenta la corrente di circa il 5%. Se l'interruttore è stato dimensionato senza tenere conto della caduta di tensione, la combinazione di bassa tensione e spunto di avviamento a freddo- può superare la soglia di intervento.
| Potenza del riscaldatore | Corrente di stato-stazionaria a 240 V | Interruttore minimo | Interruttore consigliato | Note |
|---|---|---|---|---|
| 2kW | 8.3 A | 15 A | 15 A | Cavi corti |
| 3kW | 12.5 A | 15 A | 20 A | Corse di cavi moderate |
| 4kW | 16.7 A | 20 A | 25 A | Cavi lunghi |
| 5kW | 20.8 A | 25 A | 30 A | Cavi lunghi |
| 6kW | 25.0 A | 30 A | 35 A | Cavi lunghi |
Consigli sul dimensionamento dell'interruttore per riscaldatori a immersione in PTFE monofase- a 240 V
Distinguere i viaggi con partenza a freddo-da altri guasti
Non tutti i viaggi con partenza a freddo-sono un problema di dimensioni o di umidità. Lo schema dei viaggi fornisce informazioni diagnostiche.
Uno scatto che si verifica ogni mattina all'avvio e non si ripresenta dopo il ripristino è caratteristico di uno spunto di avvio a freddo-o di umidità. Il riscaldatore è probabilmente integro, ma l'interruttore o l'installazione sono marginali.
Uno scatto che si verifica all'avvio e si ripresenta immediatamente dopo il ripristino indica un guasto grave-un cortocircuito, un guasto a terra o un elemento guasto. Il riscaldatore deve essere testato prima di ulteriori tentativi di utilizzarlo.
Uno scatto che si verifica in modo casuale durante il funzionamento, non solo all'avvio, indica lo sviluppo di un guasto-degrado dell'isolamento, una connessione allentata o un guasto del controller. Il riscaldatore deve essere ispezionato e testato.
Soluzioni pratiche per viaggi con partenza-a freddo
Aumentare la dimensione dell'interruttore al valore standard successivo al di sopra del valore consigliato. Un interruttore da 25 A per un riscaldatore da 4 kW fornisce margine per lo spunto di avviamento a freddo- senza compromettere la protezione.
Verificare che la tensione di alimentazione sia entro il 5% del valore di targa sui terminali del riscaldatore. Se la caduta di tensione è eccessiva, aumentare le dimensioni del conduttore o ridurre la lunghezza del cavo.
Asciugare il riscaldatore prima dell'avvio se si sospetta umidità. L'applicazione di una bassa tensione-25–50% della tensione nominale per 15–30 minuti allontana l'umidità dall'isolamento interno senza generare calore completo. Ciò è particolarmente importante per i riscaldatori che rimangono inattivi per lunghi periodi in ambienti umidi.
Sigillare la custodia del terminale per impedire l'ingresso di umidità. Un coperchio con guarnizione, un ingresso cavo sigillato e un pacchetto essiccante all'interno della custodia riducono l'umidità che raggiunge l'isolamento interno.
Quando i viaggi a freddo-Start rivelano un problema più profondo
Ripetuti avviamenti a freddo-su un riscaldatore che risulta integro spesso indicano che l'installazione è marginale. Interruttori sottodimensionati, cadute di tensione eccessive o ingresso cronico di umidità sono problemi di installazione, non di riscaldamento. Correggere l'installazione è più efficace che sostituire il riscaldatore.
Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con involucri dei terminali sigillati, isolamento interno-resistente all'umidità e un design dell'elemento abbinato alla tensione di alimentazione risolve la causa principale degli avvii-a freddo. Il processo di specifica richiede la tensione di alimentazione, le dimensioni dell'interruttore, la lunghezza del cavo, le condizioni ambientali e il ciclo operativo del riscaldatore.
