Podłączenie płyty indukcyjnej - jak podłączyć, moc pobierana, moc zainstalowana, ograniczenia.

Występującym często problemem jest jak podłączyć płytę indukcyjną do instalacji elektrycznej, która się do tego nie nadaje. Tak, wiem - da się podłączyć. I dlatego napiszę jak podłączyć i dlaczego jednak nie jest to najlepszy pomysł.

Tak się przyjęło, a może jest na to jakaś norma, że europejskie kuchnie domowe, zarówno elektryczne jaki gazowe, gdy posiadają 4 pola grzewcze to mają one np. taką moc:
- 1x 1 kW
- 2x 2 kW
- 1x 3 kW
Łącznie 7 kW (moc pobierana kuchni elektrycznej z piekarnikiem może osiągnąć 11 kW).
Oczywiście występują różne wariacje mocy pół grzewczych, np: 1,4 kW + 1,8 kW + 1,8 kW +2,2 kW, itp.

W czym jest problem? Proszę przeczytać ten wpis, a szczególnie uważnie informacje o jednoczesnym uruchomieniu urządzeń:

Skrzynka elektryczna z bezpiecznikami i zabezpieczeniami antyprzepięciowymi

Jak można przeczytać 7 kW z pojedynczej fazy możemy uzyskac, gdy zabezpieczenie przedlicznikowe ma wartość co najmniej 35 A - i wtedy cała ta moc jest przeznaczona na potrzeby kuchni (płyty) elektrycznej. Co w takim razie z czajnikiem, pralką, odkurzaczem, piekarnikiem? Jaka jest moc przyłączeniowa w mieszkaniu (domu)?

Na szczęście nie jest aż tak źle: maksymalna moc płyty indukcyjnej wykorzystywana jest wtedy gdy wszystkie pola włączymy i ustawimy na maksymalną moc . Najczęściej jednak maksymalna moc wykorzystywana jest tylko na jednym polu grzewczym, inne jeśli pracują to z mniejszą mocą podtrzymując proces smażenia czy gotowania. Maksymalna moc potrzebna jest tylko podczas uzyskiwania "temperatury roboczej".
Gdy gotujemy zupę to maksymalna moc (np.: 3 kW w trybie turbo) potrzebna jest do jej zagotowania, a następnie moc pola grzewczego zmniejszamy podtrzymując proces gotowania.
Dzięki temu łączna moc zużywanej energii przez kuchnię indukcyjną pozwala na jej użycie w instalacjach, które nie są przystosowane go zasilania tak energochłonnego urządzenia. Zweryfikowałem praktycznie wielkość energii potrzebną do podtrzymania gotowania, czy też smażenia:

Jest jeszcze jeden mechanizm wspomagający zasilanie płyty indukcyjnej z instalacji o małej mocy przyłączeniowej. Płyty powinny mieć (i najczęściej mają) ustawienie, które pozwala regulować maksymalną moc pobieraną przez cała płytę - przez wszystkie pola łącznie. Można wymusić, by płyta nie pobierała więcej niż np.:  3 kW. Dzięki temu możemy zostawić zapas mocy do wykorzystania przez inne urządzenia i podczas gotowania możemy zrobić kawę z ekspresu - musimy jednak policzyć czy czajnik, żelazko, pralka lub zmywarka nie spowodują zadziałania bezpiecznika.
Przykład: w płycie indukcyjnej Bosh PIE 611F17E o mocy 7 kW można ustawić maksymalną moc płyty (ustawienia podstawowe, parametr c7) z krokiem co 1 kW.

Duże znaczenie ma zwłoczne działanie bezpieczników. Pozwalają na chwilowe przeciążenie instalacji. Więcej można przeczytać tu:

Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą spadku napięcia (metodą techniczną)

Gdy posiadamy instalację jednofazową zazwyczaj zmuszeni jesteśmy do ustawienia ograniczenia mocy pobieranej przez płytę. Są jeszcze inne warianty, jak zastosowanie przekaźników priorytetowych - ale to już trzeba indywidualnie przeanalizować daną instalację i potrzeby użytkowników. Do tego przyda się dobry elektryk, szczególnie, że wymogiem ważności gwarancji udzielonej przez producenta płyty jest jej instalacja wykonana przez wykwalifikowanego elektryka (potwierdzi to wpisem w karcie gwarancyjnej). Producent ma prawo w gwarancji zawrzeć takie wymagania.

Gdy posiadamy instalację trójfazową, to problem jest zdecydowanie mniejszy, chociaż musimy sprawdzić moc przyłączeniową i ewentualnie wystąpić do Zakładu Energetycznego o jej zwiększenie. W przypadku instalacji trójfazowej płyta najczęściej jest zasilana z dwóch faz, a trzecią można przeznaczyć na inne urządzenia domowe (np.: na piekarnik). Dużo zależy od tego jak wykonana jest instalacja elektryczna w domu, jakie obwody są wydzielone. Ponownie przyda się porada sprawdzonego elektryka. Sugeruję zabezpieczenia co najmniej po 25 A - ponieważ zabezpieczenie 20 A (zainstalowana moc 12 kW) może okazać się za mała i trudna do rozdzielenia pomiędzy urządzenia i obwody.

Uwaga: są dostępne płyty indukcyjne, które producent przeznaczył do zasilania z jednej fazy, ale elektrycznie jest możliwość podłączenia pod dwie fazy. Podłączając pod 2F nie uzyskamy jednak żadnych korzyści, ponieważ nie zrównoważymy obciążenia faz, i nie uzyskamy zwiększenia sumarycznej mocy pól grzewczych. Łączna moc grzewcza jest ograniczona elektronicznie w sterowniku.

Poniżej przedstawiam schematy podłączenia płyty do instalacji jednofazowej i trójfazowej. (Bosh PIE 611F17E). Podłączenie takie należy wykonać w sposób trwały, nie poprzez wtyczki i gniazdka...

Płytę możemy podłączyć zarówno pod jedną fazę, jak i pod dwie. 

W tym drugim przypadku podłączamy ją tak, jakbyśmy połączali ją do dwóch "gniazdek". Możemy do tego wykorzystać przewody: L1, L2, N lub L1, L2, N, N.

Jak będzie poprawniej, lepiej? Jakie średnicy przewody wykorzystać?

Wersja uproszczona: 
Przy zasilaniu z jednej fazy (do 16 A) wystarczy przewód trzyżyłowy, o żyłach z miedzi i ich przekroju wynoszącym 1,5 mm2. Teoretycznie. Długotrwała obciążalność takiego przewodu w jednej osłonie wynosi 17 A przy 25°C.
Ze względu jednak na nagrzewanie sie przewodu, różną jego długość w należności od konkretnego miejsca instalacji, rezystancję pętli zwarcia i charakterystyki poboru prądu przez zasilacze płyty indukcyjnej nie należy przewodów o takim przekroju używać.

Dobór konkretnego przekroju powinien być zlecony projektantowi instalacji elektrycznej lub elektrykowi, ponieważ należy uwzględnić
- Impedancję pętli zwarcia. -> samoczynne wyłączenie zasilania.
- Warunki zwarciowe.
- Obciążalność prądową długotrwałą.
- Przeciążalność chwilową.
- Spadek napięcia.
- Minimalny przekrój przewodu PEN.
- Selektywność działania zabezpieczeń.
- Minimalny przekrój ze względu na wytrzymałość mechaniczną.
- Warunki środowiskowe.

Zazwyczaj stosuje się przekrój 2,5 mm2, lub 4 mm2. Głównie zależy to od długości takiego przewodu zasilającego płytę indukcyjną.

Przy instalacji trójfazowej najczęściej w pobliże miejsca, gdzie będzie zainstalowana płyta indukcyjna i piekarnik, doprowadzony jest pięciożyłowy kabel: L1, L2, L3, N, PE. Płyta indykcyjna obecnie najczęściej umożliwia podłączenie pod dwie fazy, czyli potrzebujemy następujące przewody: L1, L2, N, PE.
Uwaga: W niektórych krajach zasilanie z dwóch faz nie oznacza zasilania trójfazowego!
Możemy więc zastanowić się, czy niewykorzystany przewód od jednej fazy (i wspólny N) wykorzystać do podłączenia piekarnika - o obciążeniu do 16 A (3,4 kW)?

Czy pojedynczy przewód N wystarczy? 
Dla odbiorników o cos(φ) zbliżonym do jedności prąd w żyle N nie przekroczy prądu występującego w jednej z żył "fazowych", a czym większa symetria pobieranego prądu z L1, L2 i L3 tym prąd w przewodzie N będzie bliższy zeru.
Jednak płyta indukcyjna pobiera prąd zniekształcony - występuje zależność pomiędzy marką producenta, ceną, a wielkością współczynnika mocy cos(phi).

Współczynnik mocy

Co to jest kąt cos(φ)? Jest to kąt przesunięcia pomiędzy napięciem i natężeniem w obwodach prądu przemiennego. 
W odbiornikach o charakterze rezystancyjnym:
- Kąt przesunięcia pomiędzy napięciem i natężeniem prądu wynosi zero.
- Moc wydzielana w odbiorniku jest iloczynem napięcia i prądu. 
- Cała moc jest zamieniana w ciepło. 
- Przy maksymalnej wartości napięcia natężenie jest też maksymalne. 

W obwodach prądu zmiennego mamy także odbiorniki o innym niż rezystancyjnym charakterze pobieranego prądu:

W odbiornikach o charakterze indukcyjnym:
- Kąt przesunięcia pomiędzy napięciem i prądem jest większy od zera.
- Indukcja "przeciwdziała" zmianą napięcia.
- Moc przetworzona na energię (ciepło, ruch) oblicza się: UIcos(φ) - gdzie kąt φ to kąt przesunięcia pomiędzy napięciem i natężeniem.
- Prąd nie jest w fazie z napięciem: napięcie "wyprzedza" natężenie.

W odbiornikach o charakterze rezystancyjnym:
- Kąt przesunięcia pomiędzy  napięciem i prądem jest mniejszy od zera.
- Kondensator rozładowuje się w pewnych częściach okresu do sieci energetycznej. 
- Moc przetworzona na energię (ciepło, ruch) oblicza się: UIcos(φ) - gdzie kąt φ to kąt przesunięcia pomiędzy napięciem i prądem.
- Prąd nie jest w fazie z napięciem: natężenie "wyprzedza" napięcie.

Niepożądanym efektem istnienia w sieci energetycznej odbiorników o cos(phi) różnym od zera jest pobór mocy biernej, co skutkuje przepływem dodatkowego prądu w przewodach - prądu, który nie jest zamieniany na użyteczną dla nas pracę (moc czynna), za to np.: na rezystancjach przewodów mamy dodatkowe straty. Dlatego też dla odbiorników o cos(phi) różnym od zera należy stosować przewody wytrzymujące większą gęstość prądu.


W przypadku zasilania z dwóch faz odbiorników o różnym cos(φ) może dojść do sytuacji sumowania się prądów w przewodzie neutralnym i natężenie prądu może mieć większą wartość niż natężenie maksymalne w jednym z obwodów fazowych.
Lecz to nie wszystkie problemy.
Jeżeli wspólna część przeciążonego przewodu N (w instalacji urządzenie L1, L2, N) ulegnie przerwaniu (przepaleniu) to w skrajnej sytuacji, przy różnych cos(phi) odbiorników L1 i L2, gdy składowe bierne impedancji (reaktancje) są zbliżone co do wartości, a różnią się znakiem wystąpi rezonans napięć. Napięcie osiągnie wartość ponad 1 kV i nastąpi przepływ prądu o natężeniu ograniczonym jedynie przez składową rezydencyjną impedancji układu.

Jeżeli w obwodach występuje asymetria obciążeń - powodują ją np.: odbiorniki z przetwornicami jak w płytach indukcyjnych - pojawiają się wyższe harmoniczne. W przypadku symetrycznego obciążenia w przewodzie neutralnym występują jedynie harmoniczne kolejności zerowej, rzędu 3n (3, 6, 9, ...). Jednak ze względu na występowanie znacznych asymetrii obciążeń w przewodzie N będą występowały harmoniczne wszystkich rzędów o znacznych wartościach. Oznacza to, że wartości skuteczne prądu w przewodzie neutralnym będą duże. Gdyby w instalacji 3F trzecie harmoniczne (i ich wielokrotności) wynosiły 100% to w przewodzie neutralnym prąd będzie algebraiczną sumą prądów płynących w przewodach fazowych - składowe trzeciej harmonicznej (wszystkich rzędu 3n) prądów fazowych są składowymi symetrycznymi kolejności zerowej i sumują się, zamiast znosić się w wyniku dodawania wektorowego.

Wyznaczenie prądu neutralnego nie jest możliwe, jeżeli nie jest znany kształtu przebiegu prądów obciążenia. Można przyjąć, że prąd w przewodzie N może wynosić:
- Do 1,61 prądu fazowego w przypadku obciążenia takimi odbiornikami, jak komputery.
- Do 1,73 prądu fazowego dla prostowników sterowanych (dużych kątów wysterowania).
Załącznik D normy IEC 60364-5-52 określa odpowiednie współczynniki, które możemy użyć do oszacowania prądu przewodu neutralnego:
- Gdy „potrójne” harmoniczne w przewodach fazowych stanowią do 15%, norma nie zaleca zwiększenia przekroju przewodu neutralnego. Prądu w przewodzie neutralnym może osiągnąć wartość do 45% prądu fazowego.
- Gdy „potrójne” harmoniczne w przewodach fazowych stanowią od 15% do 33%, prąd w przewodzie neutralnym będzie zbliżony do prądu w przewodzie fazowym. W takim wypadku przewód neutralny należy przewymiarować o 20%.
- Gdy „potrójne” harmoniczne w przewodach fazowych stanowią od 33% do 45%, obciążalność kabla należy określić na 135% prądu fazowego plus 20% przewymiarowania.
- Gdy „potrójne” harmoniczne w przewodach fazowych są większe od 45%, wymiar kabla jest determinowany wyłącznie przez prąd neutralny.
Większa niż 10% zawartość harmonicznych wyższych rzędów może spowodować dalsze zmniejszenie dopuszczalnego prądu przewodu N.

Oznacza to, że zastosowanie przewodu 2,5 mm2 będzie właściwe gdy trzecia harmoniczna w przewodzie fazowym nie będzie stanowić więcej niż 33%, a wyższe harmoniczne nie przekroczą 10%. W innych przypadkach lepiej zastosować przewód 4 mm2.

***

Ze swej strony polecam - jeśli jest taka możliwość - pozostanie przy kuchni gazowej. Wprowadzenie nowych liczników energii elektrycznej może mieć znaczący wpływ na sposób użytkowania płyty indukcyjnej, szczególnie gdy nie jest podłączona do instalacji trójfazowej.

Nowe, inteligentne liczniki energii elektrycznej

Dlaczego podchodzę sceptycznie do płyt indukcyjnych:
- Problem z dbaniem o powierzchnie płyty: szkodzi jej np. cukier, kwasek cytrynowy, sól.
- Używanie pola magnetycznego w pobliżu osób.
- Awaryjność.
- Czujnik obecności garnka - potrzebny, by nie stopić obrączki na palcu, gdy ręka znajduje się nad włączonym polem grzewczym (bez garnka).
- Głośność.
- Potrzeba użycia odpowiednich garnków, a szczególnie patelni.

Osoby z rozrusznikami serca, pompkami insulinowymi, aparatami słuchowymi muszą upewnić się, że praca tych urządzeń nie będzie zakłócana przez płytę indukcyjną (zakres częstotliwości 20-100 kHz).

Trzeba jednak zaznaczyć, że płyta indukcyjna efektywniej podgrzewa zawartość garnka, minimalizując straty energii. Moje obserwacje wskazują, że płyta indukcyjna wykorzystuje droższą energię elektryczną, ale jednocześnie jej sprawność jest wyższa (od kuchni gazowej). Biorąc pod uwagę tylko ceny nośnika energii to kuchnia indukcyjna jest droższa w prawdziwym użyciu o około 10% - 20%, tak więc stosunkowo niewiele.

Porównanie zużycia energii przez płytę gazową, ceramiczną i indukcyjną:

Koszt użytkowania płyty indukcyjnej, gazowej i ceramicznej

Porównuję sam koszt nośnika energii, bez porównania kosztów zakupu, podłączenia instalacji, przeglądów, trwałości.

Ważne jest jakich garnków się używa:
- Odpowiednie dno, o odpowiedniej grubości,, zapobiega powstawaniu miejsc o wyższej temperaturze do których przywierają  potrawy.
- Dno garnka musi być idealnie płaskie, bez przetłoczeń, napisów, itp. Tylko to zapewni działanie odpowiednie kontrolowanie temperatury i nie spowoduje przegrzania naczyń.
- Można używać naczyń żeliwnych, ale trzeba uważać by nie porysowały płyty.

Warto zwrócić uwagę, że awarie płyt mogą wynikać:

1. Z marnej jakości użytych podzespołów.
2. Błędów w projekcie płyty indukcyjnej
3. Niewłaściwego montażu.

Ad. 3 - prawidłowy montaż płyty indukcyjnej

Podzespoły elektroniczne płyty indukcyjnej zawierają elementy wrażliwe na temperaturę - ich trwałość zależy w dużej mierze od temperatury pracy. Gdy umieścimy płytę nad piekarnikiem, to ciepło z pracującego piekarnika (ale też pralki lub zmywarki) będzie zwiększać niepotrzebnie temperaturę pracy elektroniki płyty indukcyjnej. Może to być przyczyną awarii.

Kolejnym zagadnieniem jest wilgoć. Ważne jest by urządzenie zainstalowane pod płytą nie powodowało zawilgocenia płyty. Płyty nie wolno zalać kipiącą potrawą, nie wolno jej czyścić parowo.

Trzeba zwrócić uwagę, na przepływ powietrza chłodzącego płytę, by zaciągane przez płytę powietrze nie było powietrzem wydmuchiwanym np.: przez wentylację piekarnika.
Należy też pamiętać, że płyta indukcyjna wymaga odpowiedniego przepływu powierza chłodzącego jej elektronikę. Ważne jest więc zachowanie podanych w instrukcji wolnych przestrzeni, np.: pod płytą indukcyjną.
W instrukcji montażu trzeba sprawdzić (najlepiej przed kupnem płyty) jak wygląda obieg powietrza chłodzącego. Zazwyczaj powietrze pobierane jest z poziomu podłogi, pomiędzy ścianą, a szafkami. Zapewnienie dopływu powietrza wymaga zazwyczaj usunięcia maskownicy pomiędzy szafkami, a podłogą (na szerokość płyty).
Odprowadzane powietrza często zrealizowane jest pod płytą, skierowane w stronę kuchni. Należy zapewnić, by powietrze "zimne" i "ciepłe" nie mieszały się.

Odprowadzenie powietrza chłodzącego elektronikę może być zrealizowane w rożny sposób:

Jeśli piekarnik ma funkcję czyszczenia pyrolitycznego nie można montować go pod płytą indukcyjną (przynajmniej nie bezpośrednio). Również piekarniki z systemem czyszczenia katalitycznego wytwarzają wyższą temperaturę. Lodówka również nie lubi takiego gorącego sąsiedztwa.

Najlepiej, gdy pod płytą indukcyjną będą tylko szafki, a urządzenia typu: piekarnik, zmywarka czy pralka zainstalujemy w innym miejscu.

***

Zabezpieczenie płyty indukcyjnej:

Obwód elektryczny zasilający płytę indukcyjną musi być zabezpieczony wyłącznikami nadmiarowoprądowymi (nazywanymi popularnie S-kami) lub bezpiecznikami topikowymi.
Płyty podłączone pod dwie lub trzy fazy należy zabezpieczyć wyłącznikami nadmiarowoprądowymi zespolonymi.

Uważam, że należy zastosować też wyłączniki RCD (różnicowoprądowe, zwane popularnie różnicówkami) co podniesie bezpieczeństwo przeciwporażeniowe i przeciwpożarowe.
Należy pamiętać, że nie stosuje się jednego RCD (np.: 30 mA) do zabezpieczenia całego mieszkania czy domu. Instalacje trzeba podzielić na obwody i odpowiednio dobrać ilość wyłączników różnicowoprądowych.

Jak zmierzyć prąd upływu

Należy zastosować odpowiedni wyłącznik różnicowoprądowy, dostosowany do odbiornika z zasilaczami impulsowymi. Wyłączniki RCD zabezpieczające obwód z płytą indukcyjną muszą mieć charakterystykę A lub B, a nie AC.

Oznaczenia wyłączników różnicowoprądowych (RCD)

• Płyty podłączane pod jedną fazę można zabezpieczyć RCD (wyłącznikiem różnicowoprądowym) jednofazowym.
• Płyty podłączane pod dwie lub trzy fazy można zabezpieczyć RCD (wyłącznikiem różnicowoprądowym) trójfazowym. Jeżeli kuchnia jest 2F (dwufazowa) to trzecia faza przy takim zabezpieczeniu trójfazowym może być wykorzystana do podłączenia piekarnika.

Oczywiście są to ogólne uwagi i należy dobór zabezpieczeń zlecić elektrykowi.

***

Powiązane tematy:

Jakie napięcie w "gniazdku" mieści się w normie?
Zużycie prądu przez suszarkę do ubrań i pralkę
Zużycie prądu przez urządzenia domowe i ich współczynnik mocy cos phi (cosφ)

Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)

Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe - wstęp.

Centrum Zarządzania Światem - zasilanie

Filtry sieci energetycznej

Separator galwaniczny dla TV, radia i Internetu w sieci TV kablowej
Oświetlenie LED łazienki (małej)

Oświetlenie LED w kuchni

Modernizacja oświetlenia głównego w dużym pokoju i przedpokoju

Pulsowanie (migotanie) różnych źródeł światła: świetlówki kompaktowe (CFL), żarówki, lampy LED, itp.

Spadek napięcia w zależności od długości przewodu (przedłużacza)

Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą spadku napięcia (metodą techniczną)

Update: 2016.06.21
Create: 2014.12.14