太阳能热水工程系统:电气部分引起的故障的排除

太阳能热水工程的故障,约80%来自电气故障。但电气故障的处理并不困难,只要找到来源,就可以快速解决。

太阳能热水工程系统:电气部分引起的故障的排除-智恩太阳能控制柜

一、传感器的故障

1、温度传感器

在太阳能热水工程中,为了比较精准探测,一体式的传感器往往只作为温度传感器,水位传感器采用另外一只相同的传感器,也就是说要用两根相同的水位水温传感器。温度传感器碰到的主要问题是由于太阳能水箱一天要经过冷热几次的变化,加上传感器本身有微小的电流传入水中,如果当地的水质不好,虽然传感器的外部是用不锈钢做的,但电位差还是造成传感器杆和螺纹端的腐蚀、穿孔,这样水就进入传感元件接线处,造成传感元件腐蚀断线,或是接线两头产生电阻,改变了传感器的输出值。故障的体现就是水温显示不准。比如50℃的水温,有时却显示30℃。这都说明传感器有问题,要更换。拆下传感器后,就可以清楚地看到腐蚀的痕迹。

2、水位传感器

目前水位传感器主要是两种,一种是导电式的,一种是浮子式的。导电式由于传感器本身依靠微电流来探测水位,因此在它与水箱之间形成电位差,很容易结垢和腐蚀。浮子式的没有电位差,但如果水的质量不好,泥土会附着在浮子上,造成浮子卡住,不能上下浮动。水位传感器的故障现象是:水位显示严重不准或者没有显示。由于错误的传感信号,造成控制仪误动作,最常见的就是无水了,水位传感器却还传递有水信号,结果造成电加热器“干烧”烧毁。导电式传感器处理的办法是更换新的传感器。浮子式的传感器可以将浮子脱下来,清洗干净后仍可以使用。

导电式传感器的寿命一般为1~2年,不同的水质差别很大,有的几个月就出问题了,有的3年以上还好好的。浮子式传感器对水质要求不高,寿命一般在5年以上,但成本比较高。经过十几年的开发应用,导电式和浮子式的内部电路是一样的,它们之间是可以互换的。

二、电加热不起作用

这个故障在太阳能工程中最常见,主要是控制系统故障和电加热系统损坏,表现为在没有太阳时用户加热数小时,温度一点不升,或者与以前加热比较温度上升很慢,这说明电加热损毁了或者部分烧毁了。造成电加热效果不好、部分电加热器烧毁的现象最多。必须注意到,造成电加热器烧毁的原因往往是控制器和传感器的故障弓I起的。

1、控制部分故障

(1)传感器出现故障,在水箱无水的情况下,传递出有水的信号。控制器在无水的信号情况下仍然给出电加热的执行动作(这种情况较少见),造成电加热器“干烧”,一般在数分钟内烧毁。

(2)电路出现短路,现象是整体控制柜空气开关跳闸。电路出现断路则电加热不起作用。一般电加热器烧毁,电热丝烧断的现象较多。为此在检查电加热的同时,应该检查控制系统是否是故障的源头。检查的办法是:将控制电加热器的空气开关断开,将水位传感器(探头)人工设置为低水位状态(可以采用将探头从水箱拔出或者将探头的水位导线切断一根设法创造一个低水位状态,办法有多种。)此时控制器应显示为低水位,如果仍然显示高水位,比如50%以上,则说明传感器故障,应更换传感器。

新的传感器装上以后,在无水的状态下,控制仪仍然显示高水位,则说明控制仪故障,要更换控制仪。将控制系统设置在无水的状态下,分离控制电加热的空气开关(或其他开关),切断电加热的供电线路。然后人工手动启动控制仪电加热功能,用万用表测量电加热端口是否有220V电压,此时好的控制仪端口应该无电压,如果有电压,且在150V以上,则说明控制仪有问题,必须更换新的控制器。如要更完整地检查控制仪,可以将电加热再设置在自动状态,在电加热时间段(设置在缺水状态下),电加热输出端是否有电压输出,如有220V左右的电压则说明控制仪还是有故障的应该更换。

应该指出的是,控制仪的故障是比较少的,控制系统的故障大部分是传感器失灵引起的。

2、电加热器故障

在太阳能热水工程中,电加热系统由于电流大,加热器又处在高热状态,系统一旦有点问题,都会造成电加热系统的损坏,所以电加热器损坏的故障较多。一般1t以上的工程,都安装2个以上的电加热器,多个电加热器同时损坏的情况很少,一般都是其中一两个损坏。

(1)判断电加热器损坏的检查的方法是使用带钳表的万用电表,检查系统处在电加热状态时电加热器是否有电流通过,如果有电流,证明加热系统正常。如果没有电流,则电加热系统可能损坏。

(2)如果没有带钳表,可用万用电表电阻10Ω挡,量加热器出线端的电阻(此时应脱开加热器的导线),应该在3Ω以下,几乎处在导通的情况下,再量送往加热器两端电线端子的电压,应该在200V左右,如果加热器没有电阻或者阻值在1kΩ以上,可以断定加热器损坏。如果量不到电压,说明加热器以上部分有故障,应进一步查找。

(3)如果没有电压,则应检查控制仪的电加热的输出接口是否有200V左右的电压,如果没有则断定控制仪损坏。如果电压正常,则可以断定线路问题,应对线路进行检修。

3、线路故障

这也是太阳能热水器常见的故障。

(1)造成线路故障的原因常见如下:

①安装时没有固定好,造成线路随风飘动,时间久了,内部线路疲劳断开。

②布线管道排放和密封不好造成进水积水,线路接头处接触不好,造成控制系统的故障。尤其是传感器的线路出现漏电和爬电现象,造成控制系统的故障。

③老鼠的侵害,电线被咬断。

④线路内部接触不良,发热;导线原来存在局部质量问题,电流一大,烧断导线。用于电加热的导线最常出现这种故障。

(2)检查的办法:将两条或两条以上的导线一段线芯连接起来,用万用表低电阻挡(比如lOΩ)测量导线的通断。还有采用大头针循迹的办法找出故障点。

根据通断的情况,采用顺藤摸瓜的办法来找出故障的导线和导线的故障点。导线故障的排除比较简单,不再说明。

由于电加热器系统的故障比较多,因此在设计太阳能热水工程的控制线路时,对电加热器系统最好将电加热器分成几组,每一组用一个空气开关控制,一旦哪一组出现问题,可以立即切断供电,其他组可以继续工作,不至于影响整个系统的正常运行。

三、一些用电器的故障及判断

1、水泵故障

(1)烧毁或者断路太阳能热水工程中的水泵由于频繁使用,或者是淋雨和水淹,容易烧毁。判断的方法是用万用表电阻1kΩ挡(必须先将水泵与电源线脱开),一只表针放在电机的一个出线端,一只表针触到电机的金属表面,这时应该阻值很大,一般在100kΩ以上;如果阻值很小,比如几千欧说明水泵局部有短路,内部绝缘被破坏;将万用表两只表针分别接触水泵电源进线,水泵开关设定在开的状态,这时万用表的数值应在几十欧到200Ω,如果很小,接近于零,说明水泵内部有短路,如果测得电阻值很大,有好几千欧,说明水泵内部导线断了。以上情况都说明水泵坏了,要拿到电机修理店更换内部线圈和作其他的方面的修理。

(2)水泵自动系统的故障在小型太阳能热水系统中,较多的使用一些带自动功能的水泵,比如韩进水泵(韩国产品,国内生产)以及功能相近的产品,这一类水泵价格比较便宜,在小型的工程中经常使用。由于这些水泵配套比较便宜的压力开关和其他配件,可靠性下降,用于家用故障不多,但在小型工程中,使用的时问、启动的次数和输送水量(水量大,结垢加剧)都大大增加,所以比较经常出现故障。

①水泵水流开关损坏由于水流开关工作在热水环境下,比较容易损坏,检查的办法是卸下水流开关,在水泵通电的情况下,用螺丝刀捅进水流开关,给水泵一个泵水的信号,水泵应能马上启动,如不能启动,说明水流开关失效,应该更换水流开关。做这个测试时也要注意开关内磁门的开启度,如果开启达50%以上水泵还不启动,就要考虑水流开关的灵敏度下降了,是否满足设备的运行情况,不行也,要进行更换。

②压力继电器损坏还有一部分水泵的启动是依靠压力继电器作为开关的,由于太阳能热水工程用水的人较多,水泵供水时动作十分频繁,造成压力继电器触点频繁接触,压力继电器的触点磨损较大,由于电弧的作用造成触点烧黑,产生电阻。此时可用砂纸将触点的烧黑部分磨去,就可以恢复使用。如果这样做还不行,那只有换掉压力继电器。一般压力继电器还分为几个压力段,购买的时候尽量与原产品一致,如果买不到相同型号规格的,可以买相近规格的,换上后,可调整继电器上的螺丝,使水泵正常工作。压力开关见图8-3,开关内部见图8-4,系统原理参考第五章第四节的内容。

③压力罐的故障压力罐见图8-5,其原理见图8-6。压力罐的外壳是钢制的,内部还有一个橡胶的气囊,橡胶气囊充满氮气,作用是使得气囊中保持一定的压力。当系统水压升高时,部分水进入压力罐,当系统压力降低时,这些水又被压出压力罐,压力罐对水系统起到一定的平衡水量和压力的作用,可以避免补水系统频繁启动,对水泵和压力继电器起到保护的作用。压力罐的橡胶气囊还起到隔离水和气罐壁的作用,保护气罐不会被水腐蚀。但是由于国内橡胶的质量与进口产品存在差距,在热水的作用下,橡胶气囊容易老化、破裂,造成压力罐穿孔。还有就是原来充入气囊的氮气泄漏,造成原来设定的压力消失。前面的故障处理的办法就是更换,后面的可以尝试将一定的气体充入压力罐,使其产生一定的压力,一般在0.1~O.2MPa,最大不超过0.5MPa。

2、电磁阀的故障

(1)电磁阀断路见本章第二节。

(2)电磁阀漏水由于工作时间较长,比如2年以上,水质较差,容易在电磁阀阀口结垢,造成电磁阀无法完全关断,漏水将造成水箱冒水,热量大量损失。判断的方法就是在断电的情况下,拆开电磁阀出水口,正常应没有水流出,如果有水流出,则证明电磁阀漏水。修复的办法就是更换电磁阀。在条件不允许的情况下,可以采用清除结垢和泥沙后恢复使用。近期发现一些新品牌的新的电磁阀也出现漏水的现象。

(3)电磁阀堵塞大部分的电磁阀前端都有一个过滤网,将杂质清除、隔离。这个过滤网经常堵塞,故障现象是不进水。清除杂质后,故障消除。

3、定时器的故障

小型太阳能工程中,物美价廉的多段时间控制器用得较多,主要控制:进冷水时间,出热水时间,管道循环和电加热时间。这种时间控制器的稳定性较好,不易出现故障。

(1)控制器屏幕没有显示一般是控制器内部电池没电了。在这种控制器中.

为了在断电时保留原来客户设定的数据,都装有一个可以充电的小电池,来维持内部一些元件的工作,主要是为了保留客户的原始数据,使它在控制器通电后可以按原来设定的时间段动作。但由于电池的容量有限,一旦用户较长时间不给控制器通电,电池的电量就会消耗掉,这时控制器的设定和时钟都会消失,如果能及时通电,小电池的电量就可以及时补充。一般控制器内部数据的保留可以维持在半年以上,各个厂家的产品也有区别。克服的办法就是要经常接通控制器,使小电池及时得到充电。故障的排除办法就是通电,如果小电池没有由于放电过量失效,那么过一会儿时控器就可以恢复。如果小电池坏了,那就直接换掉时控器。当然也可以换掉小电池试试,不过较费工费时。

(2)内部接触器烧毁由于被执行元件水泵、电磁阀短路烧毁,或者线路短路,造成控制器内部接头、继电器内部烧毁,检查的办法就是用万用表量时控器的输出端,在接通的情况下,应有220V的电压;如果没有,则说明内部损坏,要更换时控器。

(3)时控状态设定相反应注意部分时控器的一种情况:当你设定好时间后,在手动设定时,你一定要将当前的手动状态设定与你设定的自动状态一致,然后手动将设定标志移到自动标志下(实际就是设定了自动状态,否则,时控器的动作将可能跟你设定的状态相反)。这个内容在第五章有详细的叙述,不再重复。

(4)上一点讲过这种控制器的时钟和状态是通过内部的充电电池来保持和工作的,而本书介绍的电加热的时间控制器是由系统进入电加热状态来通电工作的,这种控制器应该保留在通电的状态下才能保持内部电池的及时充电。如果用户关闭了控制器的电源或者长期关闭电加热功能,则内部电池放电过量,将会失效,造成时间控制器的故障,修复的办法就是更换时间控制器。我们在设计时装了4个时间控制器,实际上并不是个个都用上的,可以将没用的控制器或作用较小的控制器替换损坏的,达到尽快排除故障的目的。

由于多段时间控制器的生产厂家较多,质量有一定的差别,发生的故障也较多。这种控制器由于使用量大,价格比较低廉。所以本书建议一般采用4个时间控制器的方案,如出现某一比较重要的时间控制器损坏,可以用另外暂不用的或者功能次要的时间控制器来替换(参见本书可替换的原理),达到及时修复的目的。

4、温差控制器

温差控制器在初始设置时比较复杂,使用者要详细阅读使用说明书,掌握正确、灵活的使用方法。温差控制器的故障可以直接从表观上看出来,比如显示失常,无法调整,循环无法进行等。用万用表测量它的输出端,如在正常应该循环的情况下长时间无电压输出,则应该更换温差控制器。

更换了温差控制器后,要注意暂时不要将输出接上,因为一旦循环开始,如果在太阳辐射强烈的情况下,就会造成炸管故障。更换循环控制器最好在晚上进行。

5、接触器和小型继电器

(1)接触器接触器的故障往往在太阳能工程使用一年以后才会出现,常见的有线圈烧毁和触点烧坏等,接触器也是太阳能热水工程中经常动作的部件,一天动作达几十次之多,所以要尽量配套好一点的。一般的选用正泰、天正、华通等浙江的正品就行了,价格比较低,也可以胜任一般场合的使用,性价比较高。进口的如法国的“TE”,德国的“西门子”质量较好,一般可以使用5年以上,但价格较高。当一个系统使用国产的接触器一直出现故障时,就必须考虑加大接触器的容量和选用进口接触器了。

①线圈烧毁如果接触器长时间频繁动作,就会造成线圈过热,出现烧毁现象,这种现象经常出现在集热循环接触器身上。如果接触器本身质量不好,也会出现烧毁现象,排除故障的办法就是更换接触器。

检查的办法就是用万用表欧姆挡,测量接触器线圈的电阻,如果阻值很大,在100kΩ以上,则说明线圈烧毁断路了;如果阻值很小,比如几欧以下,则说明线圈短路了。同时在通电的情况下用交流250V以上的挡位测量线圈接头的电压,如果测得220V左右的电压,而接触器没有吸合,则说明接触器线圈坏了。从外观上看,也能看到线圈烧毁的痕迹。通电情况下,用螺丝刀压下接触器的动作块,系统恢复正常,也说明线圈有问题了。对于真空管工程,这个检查手段应该在没有太阳光时才能使用,不然就会炸管。

②触点烧坏触点烧坏有两种情况,一种是烧粘住了,这时即使控制器给出断路信号,接触器的供电也不间断;一种是由于触点接合时,会产生打弧现象,如果触电的接触精度不够或者触点的材质不好,打弧时就会在接触面上产生烧焦点,烧焦点的电阻很大,就会影响电流的通过。这样的接触动作多了,就会造成触点接触不好,时通时断,接触器不断传出电弧的声音和电弧的亮光。此时建议更换接触器,如果电流比较大的接触器,价值较高,可以拆开接触器,用砂纸将触点上的烧焦点磨去,就可以再使用了。用于控制电加热的接触器,流过的电流大,就存在触点烧焦的问题。

③机械磨损卡住这种现象经常发生在质量较差的接触器上。由于经常动作,造成接触器骨架磨损,磨损到一定的程度,在动作的过程中就卡住了。

(2)小型继电器在太阳能热水控制系统里,小型继电器往往作为改变控制电压和加大控制器控制电流的作用,比如:家用控制器电磁阀输出电压为直流12V,而在太阳能热水工程中,用于控制进水电磁阀或者水泵的往往是220V的交流电,功率也较大,一般达到几百瓦,这时,选用一个5~10A的小型继电器就比较合适;一般的选用欧姆龙型的,MY规格的透明小继电器比较合适。常用的有MY-5、MY-10型等,国内制作的,价格较低,一般可以满足使用。

①触点烧毁小型继电器的故障经常出现的是触点烧毁连接在一起。

②磁化小型继电器是通过线圈吸合簧片来达到通电的目的,由于质量的问题,往往造成吸合线圈磁芯被磁化,此时动作簧片就被吸住了,造成失效。小型继电器由于外壳是透明的,损坏可以直接从外部看出来,一般不需用仪表检查。排除故障的办法就是更换。

四、空气能热水器的常见故障

空气能作为太阳能的辅助加热设备已经应用越来越多了,由于空气能的原理和修理的内容比较多,有其他专门的书籍介绍,这里只是列举出它经常碰到的问题,作简单的介绍。

1、空气能的运行次序

空气能正常工作的顺序是:通电后风扇运动,水泵循环开始,经过3~4min延时,压缩机才启动。这是因为空气能在工作中一旦停机,内部的压力仍然存在,此时如果启动压缩机,压缩机的启动力矩很大,造成无法启动和压缩机电机烧毁。

由于这种电源突然停止的情形很难判断,所以一般空气能,空调机都将延时启动压缩机作为常规的动作。了解了这一规律,就不会在机器的延时启动还未开始时误断定机器有故障,匆忙停机检查。

2、传感器损坏

传感器是一个高技术要求的产品,进口的价格较贵,一般空气能厂都采用国产的传感器。但国内产品还不是十分过关,所以故障也比较多。空气能机主要的传感器如下。

(1)高低压传感器主要是检查在制冷通道中,压力是否在要求的范围内。如果不在要求的范围内,就指示系统停机。当然,如果传感器本身故障,判断错误也会造成系统停机。一般工程用的空气能控制仪表都有显示压缩机的高低压,可以从高低压表中看出目前高压值和低压值。一般的控制仪也有故障提示,比如ER一01等,用代码显示是何种故障,此时如果在表上看出高低压正常,而显示器显示错误误,那就证明高压或者低压传感器损坏,应该更换。更换高低压传感器要通过气焊更换,应请具有空调维修经验的师傅解决。一般高压的停机值是大于2.8MPa,低压停机值小于0.05MPa。

(2)温度传感器空气能控制系统一般设有水温传感器,空气温度传感器,还有蒸发器温度传感器等,一旦某一传感器出现故障,空气能就会停机,显示器就会显示故障名称。此时要观察该传感器的情况,一般这类温度传感器都是热敏电阻做的,如果没有外部的原因,比如插头接触不良,导线断路、短路,被水侵蚀等,它自然损坏的概率很小;如果无法恢复,那只有更换。其中故障比较多的是水温传感器,经常由于安装的温度探头被水腐蚀,漏水,使它长期被水侵蚀损坏。

(3)水位传感器有水位浮子开关和水压力开关等。浮子开关的故障是被泥土等杂质附着在中心杆上,造成浮子上下动作的阻碍。清理掉泥污,传感器就正常了。压力开关作用是判断热泵工作时,热水的循环水管中是否有正常的水流动,如果有,则压力传感器闭合(原理与水流开关一样),如果没有水流过,就会造成热交换端过热,压力升高,机器损坏。这个传感器原理简单,但由于在较高温度下工咋,所以也经常出现损坏或老化等故障。

3、压力过高停机

当机子管道堵塞或者换热条件差,就会产生高压。一般控制部分都设置在1h内,出现3次压力高信号,机子停机。这时要求人工重新启动,对于新的工程,如果出现这种情况,就要观察水的循环是否太慢,如果太慢,就要更换功率流量大一点的循环水泵。对于旧的机器,就要考虑水泵的磨损是否造成循环越来越慢,需要更换新的水泵。带有控制显示器的机子,控制显示器自动出现高压故障的编号。有的还带有高压表,这时都可以看到设备的高压部分的情况。

4、压力过低停机

这也是热泵最常见的故障。一般的情况是系统出现泄漏,由于空气能热水器的工作温度较高,比如,介质经压缩机压缩后的介质温度达到85℃,压力达到2.5MPa,这都高于一般空调的最高温度和最高压力20%以上,因此,机器的故障也多,机器更容易产生泄漏点。故障表现是机器的制热能力越来越差,最后开机1min不到,机器就停了。这种停机状态下,用压力表测试管道的压力值,(机器一股也带有低压压力表),一般不到0.05MPa。修复的办法就是用洗洁精水寻找漏气的地点,进行补漏。如果没有查漏补漏的经验,可以请修空调的师傅帮忙,将漏气点补上。

实际上,空气能的故障较多,它的维修需要专门一本书才能讲清楚,本书仅介绍了一些最经常的故障和简单的解决办法。如果经过一定的努力,故障没有修复,就要请对空调机理熟悉的空调维修师傅来解决问题。