用途
　　GTG₃₀工頻感應電磁鍋爐利用電能（尤其是廉價的谷電）對儲水箱中的水進行循環加熱，將電能轉換成熱能儲存起來，以供全天的生活熱水、飲用、采暖及工業使用。
　　適用于酒店、賓館、飯店、學校、住宅小區、部隊、商業中心、辦公樓、企事業單位等。
　　GTG₃₀屬常壓熱水鍋爐，出口壓力＜0.1Mpa，產品性能符合Q/320411AYR001—2010企業標準。

結構
　　GTG₃₀主要由感應加熱的主機、循環水箱、防護外殼組成一體，主機系一種特殊結構的水冷干式短路變壓器，它設置在循環水箱內。電鍋爐與PLC電控箱安裝在同一底座上，固定式結構，見圖8所示。

工作原理
　　短路加熱  由感應短路電流產生焦耳效應的一種電加熱。其工作原理是，根據變壓器原副邊匝數比，使副邊獲得低電壓大電流，在這里副邊為1匝，且短接形成回路，故稱短路加熱。
　　渦流加熱  由感應渦流產生焦耳熱效應的一種電加熱。其工作原理是，交變的磁力線通過導體在導體內產生渦流與磁滯，其中產生焦耳效應的主要是渦流，故稱渦流加熱。
　　短路漏磁  變壓器短路情況下的漏磁見圖1所示（見《工程電磁場》，清華大學出版社－2004.9）。
　　當GTG₃₀的主機接通三相工頻電源，其副邊外殼感應產生短路大電流和相與相之間及三相間的短路大電流。該主機的短路漏磁穿過介質水與循環水箱形成回路，在循環箱體內產生渦流與磁滯使之成為一渦流發熱體。
　　接通電源的是主機，而加熱介質水的是短路與渦流兩個加熱裝置，且漏磁屬無功，因此GTG₃₀的實測能效比突破了不大于1.0的傳統概念。

 圖1   變壓器短路磁場

直接加熱
　　傳統的燃煤、燃油、燃氣及電熱管等鍋爐的加熱方式為火焰或電能加熱管道，再由管道加熱周圍的介質水，這些傳統鍋爐的加熱方式均為間接加熱，其產品熱交換效率必然受到影響。而GTG₃₀副邊短路的主機外殼即為主發熱體，直接設置在循環水中，循環水箱又是副發熱體，兩發熱體共同對流經它們的介質水進行直接加熱，熱交換效果好。

循環加熱
　　在傳熱學中，有一基礎理論：流體流經發熱體表面時，由于粘滯作用，緊貼發熱體表面的流體是靜止的，熱量傳遞只能以導熱的方式進行，離開發熱體表面才發生熱對流；而強迫對流換熱的傳熱系數是自然對流換熱的10～15倍！
　　傳統設備在加熱時，將冷水加熱至設定溫度后翻水再進冷水。而GTG₃₀與儲水箱間加循環水泵，形成介質水在GTG₃₀內的強迫循環，見圖2。循環加熱時，增加的溫度越接近原始溫度，熱傳導效果越好，能效也越高。GTG₃₀加熱時，循環介質水進出口溫升不大于6℃。這樣既保證了變壓器主機的使用壽命，避免了交替冷熱水對不銹鋼縮脹的影響，又大大增加了GTG₃₀的產品能效比及系統能效比。

圖2

開創電氣短路應用新領域
　　特斯拉發明的交流電動機已有一百多年歷史了，現在幾乎所有的工礦企業及家家戶戶都少不了它。其實它的鑄鋁轉子（見圖3）就是電氣領域最為廣泛應用短路的一個典型范例。GTG₃₀、ZJ₂₀同樣也是副邊短路的原理。不同的是：電動機輸出的是動力，而GTG₃₀與ZJ₂₀輸出的是焦耳熱量。
　　眾所周知，電氣中的短路常常是壞事，而在這里卻利用短路來造福人類。

圖3  電動機轉子

開創無功應用新領域

　　GTG₃₀感應加熱的主機系一種特殊結構的水冷干式短路變壓器，直接設置在循環水中。在這里，與眾不同的是主機的不銹鋼防護外殼又是它主發熱的副邊。運行時，副邊感應產生的大電流、原邊銅損、鐵損、雜散損耗及短路漏磁等有功及無功幾乎全部通過介質水轉換成熱能。這種結構為世界首創，絕無僅有。而更具實質意義的是，無功獲得了有效的利用。

能效比≥1.05
　　大家都知道，當電流通過導體時，在導體的四周會產生磁場。同理，GTG₃₀在運行時，設置在循環水箱中的主機，它的副邊短路電流達到1～4.6萬安培，它的每相磁場強度達到（1.4～5.2）×104A/m。如此強大的交變磁場，其漏磁使循環水箱感應產生了很大的渦流。由此，循環水箱成為一副發熱體。
　　簡言之，接通電源的是主機，而加熱介質水的是短路與渦流兩個加熱裝置，且漏磁屬無功，因此GTG₃₀的實測能效比突破了不大于1.0的傳統概念。
　　另外，直接加熱及循環加熱方式使得電能在轉換成熱能時，熱量充分的被介質水吸收。因此，GTG₃₀工頻感應電磁鍋爐的能效比就特別的高了。
　　GTG₃₀的能效比經中國電力科學研究院電力工業電力設備及儀表質量檢驗測試中心測試，“電磁鍋爐能效比為：1.056”。

（能效比測試報告）

功率因數cosφ≥0.98

　　在工頻感應類電器中，功率因素cosφ是一項重要參數。cosφ越高，電流就越小，用銅量及用鐵量就越少。它不但涉及產品的制造成本，同時還關系到資源的高效利用。為使國產Y系列電動機的cosφ提高兩個百分點，寶鋼集團投資數十億建造了電機硅鋼片冷軋生產線。即使這樣，Y系列2極電機的cosφ最高只能達到0.90，10極電機cosφ僅為0.77。

　　同屬工頻感應的 GTG₃₀，cosφ為什么能高達0.98以上呢？對此，我們借用圖4作簡單地說明。圖4中，在鐵芯、原邊繞組相同的條件下，副邊的包覆系數低，cosφ低；包覆系數高，cosφ高。 GTG₃₀的主機非常巧妙地利用外殼作為副邊，包覆系數幾乎是百分之百，所以功率因數能如此之高。

圖4

磁化功能
>>GTG₃₀的磁化流程
　　GTG₃₀的主機在運行時，每相磁場強度達（1.4～5.2）·104A/m，強大的電磁場使流經它周圍的介質水在被加熱的同時被磁化。

>>磁化水的意義
●防垢
      GTG₃₀在運行時，對流經它周圍的介質水進行磁化，使水分子氫鍵角從105°減小到103°左右，這一微觀結構的變化使水分子產生了一系列電性和磁性的變化。水的物理性能與化學性質也發生了一系列的變化，水的活性溶解度大大提高，水中的CaCO₃、MgCO₃在加熱過程中分解成較為松軟的Ca（HCO₃）₂、Mg（HCO₃）₂，它們不易在壁上積存而被循環的介質水帶走；另外，水的聚合度也提高了，被溶解的固態物質成為更細的顆粒，粒子細化后，不易凝結在壁上，從而達到了加熱水不結垢、加熱油不結碳的良好效果。
●有益人體健康   
　　經過磁化的水，pH值、表面張力、電導率、溶氧量、滲透力等性質都發生了變化。磁化水可增加生物膜的通透性，降低血液粘稠度，保持血液彈性，對結石、皮膚病有預防作用。我國著名醫學家李時珍早在500多年前就指出，經磁化處理過的水具有“去瘡瘺、長肌膚、長飲令人有子、宜入酒”等功效，見《本草綱目》582-586頁。
　　陽光、空氣、水—生命”，我們沒法改變前兩者，但是現在我們卻能改變“水”。

圖5

改變城市能源結構，有利城市環境
      圖6為常州地區2010年最高日負荷曲線。由此可見，峰谷差達1250兆瓦，谷峰比不到0.75。尤其是20～22這個最高峰，這與此時電熱水器的使用不無關系。電網的峰谷差，不僅常州地區，其他地區乃至世界都存在這一問題。谷電這種高級能源不能得到很好的利用，俗稱窩電，實為最大浪費。                                    
      若將廉價的低谷電能轉換成熱能——熱水儲存起來，供居民24小時生活使用。既可平衡電網負荷，又可降低居民生活熱水成本。我國城市居民人口6.91億，每人配置生活熱水功率0.3千瓦，則平衡谷電可達2.07億千瓦。生活熱水，人人要用、天天要用，不但城市居民要用，賓館、學校、部隊、企事業等也要用。這是電力系統谷電消費的一個穩定的潛在大市場。開發好這個大市場，足夠平衡我國21世紀谷電余量。
      GTG₃₀高效地利用谷電蓄熱，當其達到一定規模時，必將改變城市能源結構，減少石化能源的低效使用，有利城市環境。當然更有利電力，有利電網，普惠百姓。

圖6  2010.8.3常州聯絡線總加計算結果

安  全
      GTG₃₀屬常壓熱水鍋爐，出口壓力＜0.1Mpa，使用中無爆炸危險。無需特種設備生產許可及安全檢查程序。
      GTG₃₀采用的是零電壓設計，運行時，副邊三相短路,外殼呈零電位，因此主機工作時副邊外殼不帶電，運行十分安全，另外在控制系統中設有漏電保護裝置，這樣就更增加了電鍋爐的安全性。

圖7

簡單可靠
      每臺感應電鍋爐均配感應加熱的主機及電控箱各一只，模塊化設計，整個系統結構簡單，運行可靠。
      GTG₃₀配套的電控箱所選擇的低壓電器能有效地檢測電氣系統中的短路、過流、漏電等故障信號，以及從各傳感器檢測到的水位、水溫、出進口水溫差、壓力等信號均送到PLC，然后由PLC根據編制的程序發出控制或報警信號，實現無人、安全自動運行。LED屏幕顯示，觸摸按鍵，操作簡單。

壽命長
      GTG₃₀感應加熱的主機是在保證變壓器的使用壽命不少于20年的基礎上制訂的。對此有一“6度定則”，即繞組溫升超過絕緣標準6℃，壽命縮短一半；繞組溫升低于絕緣標準6℃，壽命則延長一倍。由此可見，GTG₃₀主機的壽命遠超過國家標準。
      考慮到各地水質的千差萬別，GTG₃₀的主機外殼、內膽、管道法蘭均采用優質不銹鋼制作，采用專業的焊接工藝，每臺設備在出廠前均經過承壓試驗，且循環加熱的運行設計模式避免了冷熱水交替對不銹鋼縮脹的影響。所以說本產品在正常使用條件下其使用壽命達到鍋爐標準10年是完全有保證的。
 

高效保溫
      選擇合理的儲水溫度作為臨界保溫點，既免去反復加熱的浪費，又縮短了再次加熱的時間，可實現高效目的。
      GTG₃₀的循環水箱容積≤250L，采用6cm厚硅酸鋁纖維板保溫層，對熱量起到反射作用，有效避免熱量損失，確保實測≥1.05的積極效果。

主要技術參數（三相，fe50Hz，Ue400V）

表1

*推薦選用的熱水管道泵，流量Q≥表1中的循環水量，揚程H≥12m；確保GTG₃₀運行時進出口水溫差不大于3.5℃。

外型及安裝尺寸

圖8  GTG₃₀-70～1500kw

表2

循環加熱系統

圖 9  GTG₃₀循環加熱系統
 

PLC自動程序控制
●啟停程序：開機先開循環泵后開主機，關機先停主機后停循環泵，啟停均有延時程序。
●水溫自控：出口水溫加熱到設定溫度上限自動停機，到設定溫度下限自動開機，設定溫度控制誤差≤±2℃。
●溫差自控：出進口水溫差自動控制，溫差超過7℃自動停機，低于6℃自動開機。
●液位自控：儲水箱液位自控。
●壓力自控：進水口壓力大于正常值0.02MPa自動開機，小于正常值0.02MPa自動關機。
●時段自控：24h任意設定時段（如谷電時段），運行自控。
●漏電自控：主機漏電流大于等于400mA自動切斷電源。
●數字顯示：出口溫度、出進口溫差、進口壓力、每天運行時間、累計運行時間、漏電故障顯示等。

選型計算
>>GTG₃₀的功率選型

●生活熱水（水的比熱、比重均按1計，這里略）

P×η×T×860 = G×△t×K×1000　　　　　　　　　　（公式一）

式中:

P —— GTG30的電功率，單位：kw

η —— 產品能效比，按1.056計

T —— 加熱時間（谷電按7.9h計），單位：h

G —— 加熱水量，單位：m³

△t—— 儲水箱初、終水溫差，單位：℃

K —— 熱損失系數，取1.05～1.2

●采暖

P×η×T1= S×Q×T2÷1000　　　　　（公式二）

式中:

P   —— GTG30的電功率，單位：kw

η   —— 產品熱效率，按1.056計 

T1  —— 加熱時間（谷電按7.9h計），單位：h

S    —— 采暖面積，單位：m²

Q   —— 采暖熱負荷，單位：w/m²

T2  —— 采暖時間，單位：h

    進儲水箱冷水溫度按實際工況定，其加熱水溫一般為：生活熱水65℃、采暖90℃、飲用水95℃。在這里，若加熱水量G、采暖面積S、采暖時間T₂確定，則鍋爐電功率P就很方便計算出來。

>>水箱容積選型
    儲水箱為常壓設計，不銹鋼材質，16小時的保溫應符合熱損失不大于6%的要求。
    若功率P已知，則加熱水量G可根據公式一計算出來。
    儲水箱容積按加熱水量G的1.05～1.2倍計。
    為保證24小時供水溫度及流量的穩定性，部分生活熱水項目，需加設供熱水箱一只，容積為儲水箱容積的20％

>>循環加熱水泵選型參見表1。

>>系統其他設備按具體項目情況設計。

經濟對比
>>1m³熱水能耗成本比較
    （以自來水年均溫度18℃，加熱水溫至58℃，4萬kcal）

    表3

注：1、上述“省錢”、“節能”為GTG₃₀與其他設備對比數據。
       2、上述能源單價為江蘇常州2012年8月統計數據，各地價格有所差異。
　　其中：服務于居民生活的電熱鍋爐谷電價0.2528元/Kwh，時間：0：00～8：00。
　　         居民谷電價：0.3583元/kwh，時間21：00～8：00。
　　由此可見，之所以出現圖6中20：00～22：00全天用電最高峰，與此時居民使用電熱水器有關。
>>系統能效比即實測使用熱量與輸入能量之比。GTG₃₀系統能效比是蒸汽加熱的10倍，運行成本不到1/10。
>>其他供熱設備如熱泵機組、太陽能機組，因其受天氣波動影響較大，為維持系統穩定，另需配套電或氣加熱設備。因我國幅員遼闊，差異較大，在此不做詳細說明。