Электродная система - совокупность электродов, определенным образом связанных между собой и питающей сетью, предназначенных для подвода тока к нагреваемой среде. Параметрами электродных систем являются: число фаз, форма, размеры, число и материал электродов, расстояние между ними электрическая схема соединения ("звезда", "'треугольник").
При расчете электродных систем определяют их геометрические параметры, обеспечивающие выделение в нагреваемой среде заданной мощности и исключающих возможность ненормальных режимов.
Минимальное расстояние между электродами:
(3.1)
где U - напряжение холостого хода источника питания, В;
Едоп - допустимая напряженность электрического поля в межэлектродном пространстве, В/см.
В практике для водонагревателей Едоп зависит от удельного сопротивления воды р и принимается в пределах 125...250 В/см,
где Едоп=125 В/см при р20 > 20 Ом м, а Едоп=250 В/см при р20 > 100 Ом м.
Удельное сопротивление воды при температуре 20°С можно определить методом вольтметра и амперметра:
(3.2)
где b - ширина электрода, см;
h - высота электрода, см;
R20 - сопротивление воды, заключенной между электродами
(3.3)
Удельное сопротивление воды при любой температуре t можно определить
(3.4)
где t - температура воды до заметного преобразования, °С.
Любая электродная система характеризуется геометрическим коэффициентом, который для однофазной плоской электродной системы находим как.
(3.5)
Время нагрева воды до температуры t:
(3.6)
где с - удельная теплоемкость воды, с=4190 Дж/кг оС;
tн - начальная температура нагрева воды, °С;
- КПД водонагревателя, =0,92...0,97;
Средняя мощность по технологическим параметрам:
(3.7)
Начальная мощность:
(3.8)
Конечная мощность:
(3.9)
где tK - конечная температура нагрева воды, °С
Плотность тока в конце нагрева находят:
(3.10)
где кн - коэффициент неравномерности плотности тока по поверхности электродов, кн=1,1... 1,4.
рК - удельное сопротивление воды при конечной температуре, Ом см.
Коэффициент полезного действия водонагревателя
(3.11)
где W - расход электроэнергии на нагрев воды, кВт-ч.
Удельный расход электроэнергии на нагрев воды
(3.12)