Baza wiedzy

Grzałki sylitowe

Piece hartownicze używane są do najróżniejszych procesów, takich jak hartowanie, wypalanie czy obróbka termiczna do temperatury wynoszącej ponad tysiąc stopni Celsjusza. Ich sercem są grzałki, które w tym wypadku muszą być odporniejsze na działanie wysokiej temperatury. W ofercie Selfy, największego polskiego producenta elementów grzejnych, znajdują się właśnie tego rodzaju elementy, a mianowicie grzałki sylitowe. Czym są i w jaki sposób działają?

Czym są grzałki sylitowe ?

Sylity to grzałki do pieców hartowniczych, które wykonane są na bazie silitu. Jest to zaawansowana mieszanka wolnego krzemu, gliceryny oraz karborundu SiC. Ten ostatni jest materiałem ceramicznym z grupy węglików i jest wykorzystywany jako element biżuterii, ale przede wszystkim jako osłona termiczna w pojazdach kosmicznych, w cylindrach silników czy też warstwa powierzchni ciernych pracujących w bardzo wysokich temperaturach. Mieszanka ta sprawdza się więc znakomicie w przypadku pieców hartowniczych, w których temperatura sięga nawet 1600 stopni Celsjusza.

Grzałki sylitowe – czym się wyróżniają ?

Podstawowe parametry techniczne grzałek sylitowych sprawiają, że cechują się one ogromną odpornością na wysokie temperatury, a także wzrostem rezystancji wraz ze wzrostem temperatury. Oznacza to, że kiedy w piecach temperatura wynosi coraz więcej stopni, następuje spadek ich mocy. Dzięki temu praca pieców jest wydajna wyrównana, zaś koszty ich utrzymania niższe. Sylitowe grzałki mają formę prętów ze strefą grzejną, która znajduje się w ich środkowej części, oraz strefami o obniżonej rezystancji w przypadku wzrostu temperatury. Mogą pracować zarówno w powietrzu, jak i innych atmosferach, a także cechują się bardzo dużą odpornością na obciążenie poprzez inne elementy grzejne.

Dlaczego warto zamówić grzałki sylitowe w Selfa ?

Selfa to producent grzałek sylitowych oraz innych elementów grzejnych, który na przestrzeni lat wypracował sobie pozycję lidera i niekwestionowane zaufanie wśród klientów. Celem firmy jest zapewnianie produktów wysokiej jakości, które sprostają oczekiwaniom nawet najbardziej wymagających klientów. Ze względu na niską odporność elementów na wstrząsy firma zaleca odbiór własny.

Grzałki galwaniczne

Używana do obróbki metali i stopów kąpiel galwaniczna wymaga specjalnych elementów grzejnych. W ofercie Selfa znajdują się grzałki galwaniczne wysokiej jakości, które umożliwiają przeprowadzenie całego procesu. Czym właściwie są, jak działają i kiedy są stosowane?

Czym jest grzałka galwaniczna ?

Grzałka galwaniczna to zanurzeniowy element grzejny służący do ogrzewania kąpieli technologicznych. Składa się z osłony ze stali szlachetnej lub kwarcu, bryzgoszczelnej głowicy oraz wkładkowego elementu grzejnego. Na osłonie widoczny jest znak pierścieniowy, który wyznacza minimalną głębokość zanurzenia w kąpieli, a jego celem jest określenie części grzejnej grzałki. Wkładkowy element grzejny jest w tym wypadku ceramiczny, zaś głowica jest wykonana z polipropylenu.

Jakie właściwości mają grzałki galwaniczne ?

Grzałki galwaniczne są odporne na działanie różnych kąpieli technologicznych w zależności od zastosowanej obudowy. a ich gumowe uszczelki wraz z polipropylenową puszką stanowią bryzgoszczelną osłonę, która chroni zaciski elektryczne samej grzałki. Są przystosowane do pracy w pionie, dlatego można ich używać do kąpieli w wannach i najróżniejszych zbiornikach. Ich modułowa budowa oraz elementy wykonane z wysokiej jakości materiałów sprawiają, że są całkowicie odporne na działanie związków chemicznych i szczelnie chronią przyłącza prądowe. Dzięki temu kąpiel galwaniczna może przebiegać prawidłowo, a koszty eksploatacji są znacznie niższe.

Do czego wykorzystywane są grzałki galwaniczne ?

Grzałki tego rodzaju są powszechnie wykorzystywane w galwanizerniach, czyli zakładach, w których przeprowadzany jest proces galwanizacji. Polega on na pokrywaniu metalu różnorodnymi powłokami poprzez osiadanie jednego metalu na drugim. W tym wypadku używa się różnego rodzaju procesów, takich jak niklowanie, chromowanie, złocenie, miedziowanie czy cynkowanie. Grzałki galwaniczne z powodzeniem mogą być też wykorzystywane w przemyśle do ogrzewania cieczy w zbiornikach. Sprawdzają się w sytuacjach, w których konieczne jest uniknięcie krzepnięcia, krystalizacji czy żelowania cieczy.

Selfa Grzejnictwo Elektryczne S.A. to lider wśród polskich producentów elementów grzejnych, który od wielu dekad dostarcza klientom produkty najwyższej jakości. Lwią część dostępnego asortymentu stanowią tutaj elementy, bez których grzejnictwo elektryczne nie byłoby w stanie sprawnie funkcjonować. Jakie grzałki elektryczne dostępne są na rynku, do czego służą i co jeszcze powinno się o nich wiedzieć przed zakupem?

Elementy grzejne oporowe

Elementy grzejne oporowe mają zastosowanie zarówno w przemyśle jak i w sprzęcie gospodarstwa domowego. Używane są do ogrzewania gazów, cieczy oraz elementów stałych. Składają się z metalowej rury osłonowej zawierającej wewnątrz izolowany element grzejny wykonany z drutu oporowego ( stąd nazwa elementy grzejne oporowe). Zaletami rurkowych elementów grzejnych są: bardzo dobra efektywność energetyczna, szybki czas nagrzewania, odporność na korozję, odporność na uszkodzenia mechaniczne, równomierna dystrybucja ciepła czy też trwałość i nieskomplikowana instalacja. Tego rodzaju elementy grzejne z powodzeniem mogą być wykorzystywane do pieców przemysłowych, systemów HVAC oraz różnych procesów suszenia, podgrzewania i utrzymywania zadanych temperatur w urządzeniach i liniach technologicznych.

Elementy grzejne kołnierzowe

W ofercie firmy Selfa znajdują się elementy grzejne kołnierzowe służące do bezpośredniego podgrzewania cieczy i gazów. Konstrukcja tego rodzaju elementów różni się w zależności od zastosowania i podstawowych parametrów podgrzewanej cieczy, takich jak ciśnienie, temperatura, właściwości płynu i sposób montażu. Zespoły grzejne w tym wypadku są wykonane na ogół z grzałek rurkowych, a te zaś przyspawane są do kołnierza i zakończone skrzynką przyłączeniową. Grzałki tego typu mają moce w zakresie od kilku do kilkuset kilowatów i wykonane są najczęściej ze stali nierdzewnej. Grzałka elektryczna tego rodzaju znajduje zastosowanie w przypadku podgrzewania najróżniejszych płynów i gazów w różnych procesach technologicznych.
Elementy grzejne kołnierzowe są kontrolowane za pomocą regulatorów temperatury, co pozwala precyzyjnie dostosowywać poziom ciepła do potrzeb procesu.

Elementy grzejne wysokotemperaturowe

Elementy grzejne wysokotemperaturowe znajdują zastosowanie w urządzeniach przeznaczonych do wygrzewania różnych materiałów w bardzo wysokich temperaturach. Sprawdzają się więc w wielkoprzemysłowych procesach grzewczych wymagających bardzo szerokiego zakresu temperatur, a ta zaś w takich wypadkach może dochodzić do ponad 1600 stopni Celsjusza. Przykładami zastosowania elementów grzejnych wysokotemperaturowych są piece laboratoryjne i hartownicze. W tej kategorii dużą popularnością cieszą się grzałki sylitowe, które są wykonane z mieszaniny gliceryny, wolnego krzemu i karborundu SiC. Cechują się odpornością na bardzo wysokie temperatury oraz spadkiem mocy w przypadku wzrostu temperatury. Wadą elementów grzejnych sylitowych jest ich mała odporność na uderzenia mechaniczne.

Głowicowe elementy grzejne

W ofercie Selfa znajdują się również głowicowe elementy grzejne, które na tle innych wyróżniają się bardzo kompaktową budową. Mogą być stosowane w sytuacjach wymagających nieco mniejszych mocy grzewczych niż to ma miejsce w przypadku elementów grzejnych kołnierzowych. W głowicowych elementach grzejnych część mocującą stanowi gwintowana głowica, która jest wykonana ze stali nierdzewnej lub mosiądzu. Grzałki są tutaj łączone z głowicą za pomocą lutowania. Dodatkowo elementy te mogą być wyposażone w puszki osłonowe z przyłączem elektrycznym lub z elementami sterującymi, dzięki czemu system pozwala na utrzymanie odpowiedniej temperatury. Grzałki głowicowe produkowane przez Selfę wyposażone są w różne systemy mocowania m.in. 1”, ½”, 5/4’’, 6/4 ‘’, 2” lub M48.

Selfa, czyli lider na polskim rynku elementów grzejnych

Selfa Grzejnictwo Elektryczne S.A. to polski producent elementów grzejnych, a historia firmy sięga aż 1932 roku. Rozwój technologiczny spowodował, że firma produkuje dziś zupełnie inne produkty niż w dwudziestoleciu międzywojennym, ale ciągle produkty te związane są z szeroko rozumianym grzejnictwem elektrycznym. Selfa niemal od samego początku kojarzona była z nowoczesną technologią produkcji, gwarancją najwyższej jakości i bezpieczeństwa. Na przestrzeni wielu dekad Selfa zyskała wielkie zaufanie klientów z Polski i nie tylko, a jej produkty są eksportowane na przykład do Niemiec, Szwecji, Portugalii, Francji czy Danii. W ofercie firmy znajdują się grzałki różnego rodzaju, takie jak grzałki rurkowe, patronowe, opaskowe, przemysłowe nagrzewnice elektryczne, zapalarki do biomasy, grzałki ceramiczne, galwaniczne czy w wykonaniu EX . W ofercie Selfy nie brakuje również kabli grzewczych do domów i stosowanych w przemyśle, jak i wszelkich akcesoriów związanych z tą branżą, do których zaliczyć należy na przykład termostaty, osłony czujników temperatury, przewody i koszulki odporne na wysokie temperatury. Dla wielu klientów wielkie znaczenie ma również sam proces produkcji i jego wpływ na środowisko. Od kilku lat firma Selfa produkuje swoje grzałki i inne elementy przy użyciu tak zwanej „zielonej energii”, która w tym wypadku czerpana jest z promieni słonecznych. Procesy produkcyjne bazują na elektrowniach fotowoltaicznych, które w stu procentach pokrywają zapotrzebowanie zakładów produkcyjnych. Ponadto Selfa w 2012 roku uruchomiła drugi zakład produkcyjny w Starym Czarnowie, produkujący moduły fotowoltaiczne.

Czy historia kołem się toczy ?

W roku 1923, w Gródku koło Torunia, powstała elektrownia wodna o mocy 1,7 MW, która w kolejnych latach została rozbudowana, osiągając nominalną moc 3,9 MW. Była to na ówczesne czasy największa elektrownia wodna w Polsce.

Ze względu na niewielką ilość odbiorców energii elektrycznej w elektrowni, pojawiły się nadwyżki generowanej zielonej energii. Powstało więc pytanie – co zrobić z nadwyżkami energii? Odpowiedzią na to pytanie było powstanie w 1932 roku przy elektrowni Gródek Fabryki Grzejników Elektrycznych (dzisiejsza Selfa). Fabryka miała za zadanie produkcję elektrycznych urządzeń grzejnych, które poprawiały komfort ówczesnego życia i tworzyły zapotrzebowanie na energię elektryczną.

Następca Fabryki Grzejników Elektrycznych – Firma Selfa GE S.A., po 70 latach, w roku 2012 produkując już ponad 2 mln sztuk grzałek elektrycznych, które tworzą ogromne zapotrzebowanie na energię elektryczną, uruchamia Zakład Produkcji Modułów Fotowoltaicznych. Moduły te docelowo tworzą elektrownie fotowoltaiczne, które szczególnie w okresie wiosenno-letnim produkują nadwyżki zielonej energii. I znów powstaje pytanie – co zrobić z nadwyżkami tej energii? I tutaj ponownie Selfa proponuje kolejne rozwiązanie pozwalające zwiększyć autokonsumpcję energii, oferując specjalne grzałki, które są w stanie spożytkować te nadwyżki zamieniając je na ciepło.

Obrazowo historia wygląda następująco:

Czym jest obciążenie powierzchniowe grzałki ?

Grzałki produkowane przez producentów, zarówno polskich, jak i zagranicznych, są projektowane na rynek polski przy napięciu nominalnym 230 V (lub trójfazowym na 3~ 230/400 V). Dotychczasowe badania trwałości grzałek były prowadzone dla długotrwałej pracy przy napięciu znamionowym 230 V, które praktycznie odpowiadało rzeczywistemu napięciu w sieci elektroenergetycznej.

Na przestrzeni wielu lat badań i doświadczeń, branża producentów grzałek wspólnie z producentami ogrzewaczy wody opracowała sprawdzone standardy dotyczące dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego grzałek. Obciążenie powierzchniowe grzałki oznacza ilość mocy grzałki podanej w watach na cm² powierzchni czynnej. Przyjmijmy dla grzałek pracujących w wodzie stojącej, takich jak pojemnościowe ogrzewacze wody, dopuszczalne obciążenie na poziomie 10 W/cm². Co oznacza to dla konstrukcji grzałek?

To praktycznie oznacza, że grzałka o mocy np. 2000 W i średnicy fi 8,5 mm, powinna mieć długość strefy grzejnej 75 cm. I tak w uproszczeniu możemy przyjąć, że standardowa grzałka do pracy w bojlerze w stanie prostym ma długość czynną 75 cm (praktycznie jest trochę dłuższa, bo są jeszcze strefy zimne, ale do naszej analizy nie ma to znaczenia).

I takie grzałki zostały sprawdzone i zweryfikowane przez rynek. Oczywiście oszczędnościowe tendencje ostatnich lat tj. ogólne dążenie do minimalizacji kosztów materiałowych we wszystkich produktach nie ominęły też branży grzałek. Czy grzałka 2000 W nie mogłaby być krótsza i mieć długość np. 55 cm, przecież byłaby tańsza? Niestety nie, bo wówczas jej obciążenie powierzchniowe wynosiłoby 13,6 W/cm², czyli ponad dopuszczalne 10 W/cm², a to powoduje niedopuszczalny spadek żywotności grzałki. Choć pewni producenci podejmowali próby oszczędności materiałów, jednak rynek szybko zweryfikował trwałość takich rozwiązań, co doprowadziło do ustalenia stabilnych reguł dotyczących minimalnej długości grzałki dla określonej średnicy i mocy.

Przestawione powyżej dopuszczalne obciążenie jest tylko przykładowym obciążeniem, bo jest ono zależne jeszcze od kilku innych czynników i może być inne dla konkretnych rozwiązań, niemniej dla każdego rozwiązania istnieje maksymalne dopuszczalne obciążenie, którego nie należy przekraczać.

Jak fotowoltaika wpływa na napięcie w sieci ?

Dyskutując na temat fotowoltaiki, dużo mówi się też o stanie sieci elektroenergetycznej. Niestety, w wielu miejscach w Polsce jest ona niemodernizowana od wielu dekad i niedostosowana do odnawialnych źródeł energii takich jak przydomowe instalacje fotowoltaiczne.

Przy starym systemie generacji energii przez duże elektrownie, głównie węglowe, odpowiednia regulacja napięcia w sieci niskiego napięcia była realizowana na poszczególnych stacjach transformatorowych, przy uwzględnieniu występujących obciążeń i zapotrzebowania na energię. Do czasu, gdy w Polsce nie zaczęto lawinowo przyłączać mikroinstalacji fotowoltaicznych, praktycznie nie występował też problem długotrwałego wzrostu napięcia w instalacjach odbiorczych (mogły występować jedynie spadki spowodowane np. okresowym przeciążeniem linii, itp.).

W sytuacji, gdy obecnie w danej lokalizacji występuje duże zagęszczenie generatorów fotowoltaicznych, a stan sieci nie pozwala na przesłanie określonej ilości energii przez jej infrastrukturę, to wartości napięcia w granicach normy (czyli do 253V) mogą nie pozwolić na przesłanie wytworzonej nadwyżki energii do sieci z przyczyn czysto fizycznych. W takiej sytuacji, falownik pracujący zgodnie z normą EN 50549 oraz wymogami kodeksu sieciowego NC RfG, powinien się wyłączyć i zaprzestać wysyłać energię, gdy średnia wartość napięcia dla fazy przekracza 253V przez 10 minut.

Oczywiście, taka sytuacja jest bardzo niekorzystna dla właścicieli przydomowych elektrowni fotowoltaicznych. Czasem udaje się zmienić odczepy stacji transformatorowej i obniżyć wartości napięcia sieci, jednakże w niektórych sytuacjach bez kosztownej i planowanej na lata modernizacji sieci, nic nie można już zrobić. Co wtedy? Z rozwiązaniami przychodzą wszelakie fora internetowe, podpowiadające jak dla danego falownika fotowoltaicznego zmienić nastawy norm, czy wprost wprowadzić nowe zakresy napięć przy jakich falownik ma się wyłączyć.

Taki proceder, choć nielegalny, jest w pewnym sensie zrozumiały. Wysokie napięcie powoduje wyłączanie falownika, szczególnie w najbardziej słonecznych porach dnia. To bezpośrednio przekłada się na dłuższy czas zwrotu inwestycji, a domaganie się ustawienia prawidłowych wartości napięcia sieci od operatorów (OSD) przez właścicieli instalacji fotowoltaicznych często przypomina przysłowiową walkę z wiatrakami.
Zakres dopuszczanych zmian napięcia w sieci niskiego napięcia (nn), zgodnie z obowiązującymi przepisami, może wynosić od 207V do 253V. Producenci urządzeń zasilanych z sieci niskiego napięcia, projektują swoje wyroby odpowiednio do napięć znamionowych, tj. ~230/400V i powinny one pracować poprawnie co najmniej w przedziale odchyleń ±10% od napięcia znamionowego, czyli dla urządzeń jednofazowych w przedziale 207V – 253V.

W sytuacji, gdy w danej lokalizacji, gdzie impedancja linii lub ogólnie rzecz ujmując infrastruktura sieci nie pozwala na przesłanie znacznej ilości wygenerowanych przez instalacje fotowoltaiczne nadwyżek energii, a właściciele tych instalacji przestawili zakresy dopuszczalnych zakresów napięcia w swoich falownikach, z pewnością wystąpi problem ze znacznym przekroczeniem wartości 253V. Różne źródła podają, że w niektórych lokalizacjach w Polsce, zmierzone wartości skuteczne napięcia w instalacjach odbiorczych potrafią osiągać wartości nawet ponad 270V!

Podczas gdy generacja znacznej ilości energii w danej lokalizacji, powoduje wzrost napięcia w sieci, to zwiększenie poboru mocy spowoduje jego obniżenie. Prostym sposobem na obniżenie napięcia w sieci jest po prostu zwiększenie zużycia energii w instalacji odbiorczej w godzinach największego nasłonecznienia (zwiększenie autokonsumpcji), np. poprzez podgrzewanie wody (c.w.u.) w bojlerze w szczytowych okresach generacji energii z instalacji fotowoltaicznej.

Co oznacza dla grzałki zmiana napięcia zasilania ?

Grzałka, która jest zasilana napięciem 253 V, nie ma już mocy 2000 W, lecz 2420 W. Może się wydawać, że jest to korzystne, ponieważ woda nagrzewa się szybciej. Jednak obciążenie powierzchniowe wzrasta z 10 W/cm² do 12,1 W/cm², co przekracza dopuszczalne wartości o 20%.

Gdyby grzałki mogły pracować z obciążeniem większym o 20%, to dlaczego producenci grzałek nie wpadli na to wcześniej i nie produkowali grzałek o 20% krótszych przez te wszystkie lata? Przecież byłaby to bardzo istotna oszczędność. Jednak, jak już wcześniej stwierdziliśmy, rynek nie zaakceptował takiego rozwiązania, co dowodzi, że przekroczenie dopuszczalnego obciążenia o 20% nie jest dobrym rozwiązaniem.

Wobec powyższego, świadomi tego problemu producenci grzałek muszą dostosować swoje produkty do nowej sytuacji. Przy projektowaniu grzałek należy przewidywać możliwość ich ciągłej pracy przy napięciu 250 V. Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Selfa od prawie roku prowadzi badania dotyczące wpływu zwiększonego obciążenia powierzchniowego na trwałość grzałek, i choć badania nie są jeszcze zakończone, wstępne wyniki potwierdzają, że wpływ jest bardzo istotny.

Rosnąca popularność różnych systemów zwiększających autokonsumpcję powoduje, że poruszany problem odpowiedniego doboru grzałki staje się coraz bardziej powszechny. Dlatego ważne jest, aby zastosowane grzałki w buforach ciepła lub w innych podgrzewaczach wody były przystosowane do długotrwałej pracy przy napięciu 250 V.

Ponadto, należy zwrócić uwagę na coraz częstsze pojawianie się różnych systemów off-grid, które służą głównie do podgrzewania wody. W niektórych z tych systemów napięcie może dochodzić nawet do 300 V, co praktycznie może eliminować możliwość zastosowania standardowych grzałek na napięcie 230V. Oczywiście istnieje możliwość wykonania grzałek do pracy w takich warunkach, jednak muszą to być grzałki dedykowane do takiego zastosowania.

Jak wynika z powyższych rozważań rozwój mikroinstalacji w Polsce spowodował w wielu lokalizacjach długotrwały wzrost napięcia zasilania co w konsekwencji powoduje wzrost mocy grzałek, który powinien być uwzględniany przy projektowaniu i produkcji elementów grzejnych.