Rkrem.ru

Большая стройка
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Нагревательный кабель: принцип работы, виды, конструкция, монтаж

Назначение нагревательных кабелей позволяет охватывать как разнообразные сферы промышленной деятельности, так и решать различные бытовые задачи. Наиболее часто нагревательный кабель используется для:

  • Обогрева помещений или сооружений с малой кубатурой, включая декоративные комнаты, террариумы, шахты и колодцы;
  • Нагревания всего или только участка трубопровода, водопровода, канализации и других объектов, расположенного на открытом воздухе или в не отапливаемом помещении;
  • Разогрева замороженных объектов при выполнении на них каких-либо технологических операций;
  • Защиты от замерзания воды или для предотвращения скопления влаги;
  • Предотвращения образования льда или отложения снега;
  • Поддержания температуры какого-либо объекта в заданных пределах.

Принцип работы нагревательного кабеля описывается законом Джоуля-Ленца, который гласит, что при протекании электрического тока по любому резистивному элементу, из него будет выделяться тепловая энергия. Данный процесс обуславливается наличием электрического сопротивления у токопроводящего материала, которое возникает из-за взаимодействия заряженных частиц. Эти частицы создают препятствие направленному движению тока, и при их столкновении происходит выделение тепла.

Основываясь на вышеизложенном, можно сказать, что величина тепловой мощности прямопропорциональна сопротивлению нагревательного кабеля и может выражаться формулой:

  • Q – величина выделяемой тепловой энергии;
  • I – величина тока, протекающего по нагревательному кабелю;
  • R – омическое сопротивление элемента;
  • t – время подключения кабеля к электрической сети.

На практике сопротивление конкретного греющего кабеля будет зависеть от материала токоведущих жил, их длины и способа подключения. Все эти параметры обуславливаются конструктивными особенностями различных видов нагревательной кабельной продукции.

Используемые для подогрева токоведущие элементы подразделяются на резистивные (линейные и зональные), саморегулирующие и индуктивные. Все виды нагревательных кабелей отличаются принципом работы и конструкцией. Рассмотрим более детально особенности каждого из них.

Резистивные линейные.

Линейный нагревательный кабель представляет собой конструкцию из обычного провода, концы которого подключаются к источнику электропитания. Таким образом, линейную модель принципиально можно представить в виде последовательно включенного сопротивления резистивного типа, характеризующегося постоянной мощностью нагрева. По количеству жил он подразделяет на одножильный и двухжильный нагревательный кабель.

Одножильный линейный.

Рис. 1: конструкция одножильного линейного кабеля

Посмотрите на рисунок, одножильные марки состоят из нагревательной жилы с высоким удельным сопротивлением, как правило, стали или ее сплавов. Также сюда входит один или несколько слоев термоустойчивой изоляции, которая не деформируется при нагревании. Такой вид нагревательного проводника может оснащаться экраном для удаления помех, создаваемых ним самим и устройства защиты от замыкания на землю.

Его основным преимуществом является простота и неприхотливость в эксплуатации, также он может контактировать с проводящими конструкциями и подвергаться нахлесту. А к недостаткам можно отнести необходимость использования заводской секции установленной длины (отрезать нужный вам кусок нельзя), необходимость подключать концы секции в одной точке к «+» и «–» или к нулю и фазе.

Двухжильный линейный

Рис. 2: конструкция двухжильного линейного кабеля

Конструктивно двухжильные марки имеют два вывода, подключаемые к источнику электроэнергии. В его состав входят те же элементы, что и в одножильный с одним отличием – в нем находятся две параллельно расположенные жилы вместо одной. Что предоставляет дополнительное преимущество – двухжильный нагревательный кабель, в отличии от одножильного, не нужно возвращать вторым концом секции к месту подключения, что предоставляет определенное удобство при обогреве трубопроводов и других протяженных конструкций.

Резистивные зональные

Зональные кабели представляют собой разновидность резистивного, с тем отличием, что имеет более сложную и функциональную структуру. В сравнении с линейным конструктивно он имеет следующую особенность:

Рис. 3: конструкция зонального кабеля

Как видите на рисунке, зональный кабель так же, как и линейный включает в себя две токоведущие медные жилы, внутреннюю изоляцию для каждой жилы, нагревательную проволоку из материала с высоким удельным сопротивлением, внешнюю изоляцию.

Его конструкция отличается наличием окошек во внутренней изоляции, в которых к токоведущему проводнику подсоединяется нагревательная проволока. Сами окошки расположены на расстоянии 1 – 2м друг от друга. Таким образом, между окошками нагревательный элемент подключается параллельно и воспринимает на себя напряжение сети. То есть на каждый из участков проволоки приходиться по 220 В или та величина, которая подается на греющий кабель.

За счет такого конструктивного решения постоянным сопротивлением должна обладать не вся протяженность, а только проволока, расположенная на участке в 1 – 2 м, получившая название зоны (от чего и берет название данный тип кабеля). Благодаря такой конструкции длина секции может подбираться произвольно в зависимости от ваших личных пожеланий.

Читать еще:  Негорючий кабель для проводки в деревянном доме

Саморегулирующиеся кабели

Саморегулирующийся кабель отличается от предыдущих вариантов и конструктивным исполнением, и принципом работы.

Рис. 4: конструкция саморегулирующегося кабеля

Посмотрите на рисунок, здесь показана конструкция саморегулирующегося кабеля, включающая в себя:

  • Внешнюю оболочку, защищающую внутренние элементы от воздействия окружающей среды.
  • Токоведущие жилы, на которые подается напряжение от внешнего источника.
  • Экранирующая оплетка, защищающая окружающие коммуникации от электромагнитного излучения самого кабеля.
  • Слой внутренней изоляции для электрического разделения токоведущих элементов от металлической оплетки для экранированных кабелей или от внешних конструкций при отсутствии экрана.
  • Полупроводниковая матрица, представляющая собой непосредственно сам греющий элемент.

Рис. 5: принцип работы полупроводниковой матрицы

Именно эта часть саморегулирующего кабеля является своеобразным датчиком температуры. Чем больше нагрета окружающая среда, тем меньше проводимость нагревательных элементов, величина протекающего через них тока снижается, равно как и величина выделяемого тепла. В этом и выражается функция саморегуляции уровня температуры.

Основным преимуществом такого нагревательного кабеля является его полная автономность – количество получаемой тепловой энергии самостоятельно подстраивается под температуру среды, в которой он находится. За счет чего разные участки нагревательного кабеля будут иметь нелинейную мощность, выдавая нужную вам температуру в конкретной ситуации. Еще одним преимуществом такого типа нагревательного устройства является его произвольная длина. Но к недостаткам стоит отнести то, что продается он стандартными бухтами и не имеет соединительных элементов в комплектации.

Индуктивные нагревательные кабели

Принцип действия такого типа нагревательного кабеля заключается в наведении ЭДС внутри ферромагнитной среды. Конструктивно он состоит из токоведущей жилы, которая наматывается на ферромагнитный сердечник на подобии катушки. При протекании тока по токоведущей жиле в сердечнике будет наводится эдс. Нагревание происходит за счет электрических потерь от тока в проводнике и от потерь в стали по принципу скин-эффекта.

Главным отличием от других типов нагревательных кабелей является соотношение выделяемой тепловой энергии. Здесь потери в меди составляют всего 20%, в то время как в ферромагнитном материале будут теряться остальные 80%. В зависимости от конкретной марки соотношение потерь может отличаться. За счет чего линейная мощность индуктивного кабеля может быть гораздо ниже при обеспечении той же температуры нагрева.

Конструктивные отличия саморегулирующихся систем

Самреги (сокращенно) не нужно путать с резистивными аналогами – первыми модификациями греющих кабелей.

Если кратко, то недостатки резистивного вида, вследствие которых его применяют все реже, следующие:

  • определенная длина, невозможность наращения или укорачивания;
  • постоянное сопротивление по всей длине, что делает невозможной регулировку температуры на отдельных участках;
  • подключение с обоих концов, вызывающее сложности при монтаже;
  • риск перегрева в местах пересечения;
  • отсутствие ремонта как такового, менять приходится всю систему целиком.

Положительная черта резистивного вида – невысокая стоимость, поэтому его применяют там, где нуждаются в обогреве небольшие защищенные участки.

В конструкции саморегулирующего греющего кабеля есть принципиальные отличия:

  • Две жилы из меди с высокой степенью сопротивления. Чем больше сопротивление – тем выше возможности регулировки температуры.
  • Полупроводниковая матрица. Это значимый элемент кабеля, который и делает его саморегулирующимся. Матрица чутко реагирует на окружающую температуру. Как только температура падает, поднимается сопротивление материала, и он начинает выделять больше тепла.
  • Внутренняя изоляция. Качественный материал отличается равномерной структурой и максимальной теплопроводностью.
  • Экранирующая оплетка. Чаще всего она представляет собой медную сетку или экран из алюминия. Для защиты кабеля питание обязательно подключается посредством УЗО.
  • Наружная изоляция. Ее функция – защита всех элементов кабеля. От характеристик внешней изоляции зависит срок службы изделия.

Способность самрега изменять собственное сопротивление (следовательно, и мощность) от колебаний температуры освобождает от покупки дополнительного оборудования – различного рода термостатов с датчиками.

Кабель можно нарезать, а длину готового изделия при необходимости укорачивать или наращивать.

Но главное преимущество самрега – в его «избирательности». Матрица самостоятельно определяет холодные участки и доводит их температуру до оптимального значения.

На достаточно обогретых участках она просто поддерживает нужные параметры (обычно + 3-5 ºС). Это очень удобно, когда необходимо защитить от промерзания кабель, на всем протяжении имеющий различные условия обогрева (например, проходит и через отапливаемое помещение, и через холодный грунт).

По окончании холодного сезона отпадает необходимость обогрева труб, грунта или кровли, поэтому кабель отключают от электропитания. Когда существует вероятность сильных ночных заморозков, можно воспользоваться термостатом, автоматически подключающим систему.

Читать еще:  Как правильно обжать провод для интернета

Преимущества

Кроме главных перечисленных, есть еще несколько «фишек», которые дополняют картину

  • Кабель можно отрезать любой длины, начиная с 20 см. Это никак не повлияет на его свойства. Не будет непрогретых участков, как и участков с повышенной температурой
  • При монтаже можно перекрещивать. Особенно актуально при согревании водопроводных узлов. Кабель в месте скрещивания не перегревается и не выходит из строя
  • Остается работоспособным при обрыве. Если по каким-то причинам оборвется токоведущая жила внутри кабеля, то до этого места он все-равно будет греть
  • В случае обогрева труб саморегулирующим кабелем, есть модификации для размещения внутри трубы, что значительно повышает КПД
  • Не требует теплодатчика и терморегулятора. Подключается напрямую в розетку или к выключателю
  • Простота подключения, есть специальные наборы для подключения к электричеству, внутрь трубы, заделки конца кабеля.

Критерии выбора

Для эффективного подбора системы обогрева, необходимо оценить вид кабеля и его мощность на погонный метр. Правильный расчет позволит избежать переплат за электричество:

  • Для трубных отрезков сечением от 22 до 36 мм выбирают провод мощностью 16 Вт.
  • Если водопровод либо коллектор канализации собраны из труб сечением от 50 до 110 мм, подойдет обогреватель мощностью 24 Вт.
  • Для трубных участков с большим сечением потребуется провод мощностью от 33 Вт.

Нагревание трубопроводов с использованием кабельного элемента будет более результативным, чем при применении стандартных теплоизолирующих материалов.

Способы монтажа

Первый способ – укладка греющего провода поверх трубы. Работу выполняют при температуре воздуха выше 15 градусов. После определения длины кабель сначала крепят в нескольких местах клейкой алюминиевой лентой. Обычный скотч использовать нельзя, так как при нагревании он плавится. Место прокладки обычно выбирают произвольно, но мастера советуют сбоку-внизу – примерно на 4 или 8 часов. После укрепления алюминиевой лентой проклеивают весь кабель полностью по всей длине. Это обеспечивает плотное прилегание к трубе.

Можно укладывать параллельно два кабеля, или по спирали из одной катушки. Следить за тем, чтобы шнуры не пересекались – это приведет к перегреванию и поломке системы. После того как греющий провод уложен и укреплен, берут полистирол и складывают обе его половинки вокруг трубы, приматывают изолентой или скотчем. Полистирол самый выносливый материал, который не боится влаги и хорошо переносит смену температур. Проблем с ним не будет в отличие от минеральной ваты, которая через год нахождения в грунте рассыпается.

Для внутреннего монтажа нужно четко определиться с длиной магистрали, подлежащей обогреву. Главное – не повредить защитную оболочку кабеля. У этого способа много недостатков, но если трубопровод уже проложен в земле, другого способа применить греющий кабель просто нет.

Нельзя протягивать кабель через запорную арматуру.

Как это работает?

При подключении кабеля к источнику питания холодная матрица обладает высокой проводимостью и быстро нагревается под действием большого тока. Тепло излучается в пространство. По мере прогрева окружающей среды объём матрицы расширяется, и межмолекулярные связи в полупроводнике ослабляются, что приводит к росту внутреннего сопротивления материала и уменьшению протекающего тока. Соответственно снижается и количество излучаемого тепла.

Таким образом, достигается определённая сбалансированность между температурой матрицы и потребляемой мощностью, чем холоднее кабель, тем больше ток и больше выделяется тепла. При этом если кабель проходит через участки с разной температурой, то и нагрев его на этих участках будет соответственно разный. Это является основным преимуществом устройств данного типа – они греют там, где это действительно нужно и выделяют столько тепла, сколько необходимо для каждого участка.

Cаморегулирующиеся кабели: принцип работы и особенности

  • размер шрифта уменьшить размер шрифта увеличить размер шрифта
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Какой кабель лучше выбрать для обогрева трубы и предотвращения ее замерзания в холодное время года?
Какие преимущества имеют саморегулирующиеся кабели?
Как они устроены и каков их принцип работы?
На все вопросы о саморегулирующихся кабелях (самрегах) мы постараемся ответить в этой статье.

Греющий кабель, который является основным элементом любой системы кабельного обогрева, бывает резистивным и саморегулирующимся. Резистивные кабели дешевле и проще, поэтому их чаще применяют в бытовых условиях, в т.ч. они отлично подходят для организации домашней системы теплого пола и для обогрева труб небольшого диаметра(до 40 мм).

Читать еще:  Как проверить провода зажигания тестером

В то же время для обогрева труб диаметром свыше 40 мм, емкостей, подогрева кровли крыш и водостоков, уличных электрических щитов, примыканий гаражных ворот и т.д. зачастую лучше использовать именно саморегулирующий кабель (самрег).
Саморегулирующийся кабель имеет уникальное свойство реагировать на изменение температуры и нагреваться тогда, когда это необходимо без применения датчиков температуры и электронных регуляторов. Чем же обеспечивается это необычное свойство?

Устройство и принцип работы саморегулирующего кабеля

В основе саморегулирующегося кабеля лежит т.н. саморегулирующаяся проводящая матрица (поз. 1 на рис.) – непрерывный греющий элемент из полимера на углеродной основе, который меняет свои проводящие свойства в зависимости от температуры: с уменьшением температуры на конкретном участке там увеличивается и протекающий через матрицу ток, что приводит к увеличению выделяемой тепловой мощности.
При возрастании всё с точностью до наоборот.

Постоянное напряжение по всей длине кабеля обеспечивают два параллельных проводника из большого количества скрученных медных жил (поз. 2). Термопластичная оболочка (поз. 3) предназначена для изоляции, защиты от влаги и истирания, тогда как металлическая оплетка (поз. 4) обеспечивает экранирование, заземление и дополнительную защиту матрицы и проводников от механических воздействий.

Исходя из приведенных особенностей устройства и принципа работы, саморегулирующиеся кабели обладают рядом преимуществ перед резистивными. Остановимся на основных из них.

Экономичность и простота

При понижении внешней температуры саморегулирующий кабель сам регулирует свой тепловой выход, что позволяет экономить потребляемую электроэнергию и часто полностью отказаться от применения термостатов и датчиков температуры, подключая кабель непосредственно к электрической сети.
При том, что саморегулирующиеся кабели стоят дороже резистивных, применение самрегов часто экономически оправдано. Например, при отсутствии в желобе или водостоке льда и воды при использовании кабеля в качестве системы анти-обледенения, мощность потребления уменьшается вдвое.

Надежность, универсальность и простота монтажа

Для обычного резистивного кабеля весьма важна однородность среды по всей длине. При обогреве труб, водосливов и пр. обеспечить этот фактор, ввиду, в частности, засорения, накопления мусора и пр. невозможно, что приводит к локальным перегревам резистивного кабеля и может быть причиной выхода из строя системы обогрева. Саморегулирующийся кабель сам уменьшит температуру в той области, где теплоотвод меньше, сохранив температуру в остальных местах неизменной. Саморегулирующиеся кабели имеют значительно более высокую стойкость к перепадам напряжения и в отличии от резистивных кабелей, не сгорают при его повышении длительное время. Также такие кабели обладают более высокими прочностными характеристиками при усилии на разрыв.
Способность кабеля к саморегулированию позволяет осуществлять его перехлест – это весьма актуально, например, при обогреве трубной запорно-регулировочной аппаратуры.В отличии от резистивных кабелей, длина которых дискретна и определена линейкой (набором) кабелей фиксированной длины, которые нельзя укорачивать, саморегулирующиеся кабели могут нарезаться кусками необходимой длины. Отметим, что максимальная длина кабелей ограничена – обычно она составляет 100-150 м.

Выбор саморегулирующегося кабеля

Оптимальным выбором, по нашему мнению, являются саморегулирующиеся кабели американской компании NELSON-EASYHEAT, одной из компаний международного концерна EMERSON. Эта фирма производит подобные кабели более 40 лет и может гарантировать их надежную, долгую и эффективную работу, основываясь на опыте работы тысяч систем, работающих по всему миру. Широкая номенклатура позволяет подобрать оптимальный кабель для разнообразных применений.

Областями применения саморегулирующихся кабелей NELSON являются объекты, где необходимо поддерживать температуру жидкостей и газов в трубопроводах и емкостях в условиях низких внешних температур. К ним можно отнести системы защиты от замерзания и системы поддержания температуры в таких объектах как трубопроводы, системы противопожарной защиты, системы подачи воды и технических жидкостей, системы антиобледения.

Наиболее востребованным является саморегулирующийся кабель CLT, который поставляется в двух модификациях: CLT-JT и CLT-J.

Саморегулирующийся кабель CLT-JT предназначен для применения в различных условиях, в т.ч. в условиях повышенной влажности благодаря полиолефиновой наружной оболочке.

Кабель CLT-J с фторополимерной изоляцией, подходит для использования в условиях повышенной влажности в контакте с органическими химикалиями, растворителями и т.п., что делает его пригодным для монтажа внутри канализационных труб в целях предотвращения их замерзания.

В системах антиобледенения водостоков также широко применяется кабель NELSON LT-JT, который отличается от CLT более прочной изоляцией.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector