Нагревательные кабели: Устройство и принцип работы саморегулирующегося греющего кабеля

Устройство и принцип работы саморегулирующегося греющего кабеля

Саморегулирующийся кабель — это усовершенствованный вариант электрического греющего кабеля.

Впервые саморегулируемый нагревательный кабель был разработан специалистами американской компании Raychem Corporation. Выпуск этого кабеля принес компании всемирную известность, поскольку его свойства были сразу оценены там, где необходимо защитить от замерзания используемое оборудование или поддерживать неизменной температуру какого-либо объекта.

В настоящее время саморегулируемый греющий кабель выпускается многими известными мировыми производителями электротехнической продукции, в том числе и российскими предприятиями.

Греющий саморегулируемый кабель широко применяется в различных отраслях промышленности, в строительстве, в жилищно-коммунальной сфере и в быту (например, для обогрева кровли). Такая востребованность изделия обусловлена его уникальными свойствами, а свойства эти определены его конструктивными особенностями и принципом действия.

Устройство

Конструктивно греющий кабель саморегулирующего типа сложнее резистивного кабеля постоянной мощности. Он содержит полимерную матрицу, которая изменяет сопротивление под действием внешней меняющейся температуры, в результате чего изменяется количество выделяемой тепловой энергии.

На рис. 1 представлено схематическое изображение саморегулирующегося греющего кабеля.

Рис. 1

Нагревательная часть кабеля состоит из двух луженых медных жил (1), залитых пластичной смесью графита с полупроводниковым полимером, образующей саморегулирующуюся матрицу (2). Токопроводящие медные жилы замыкаются через матрицу.

Изолирующий слой нагревательной части (3), выполненный  из фторполимерного термопласта, одновременно защищает ее от воды. Экранирующая оплетка из луженой меди (4) служит для заземления кабеля, механической и электрической защиты. Наружная оболочка (5) выполняется, в зависимости от условий эксплуатации нагревательного кабеля, из разных материалов. Для простых условий эксплуатации применяется оболочка из полиолефинового пластиката. Для сложных эксплуатационных условий (агрессивная среда, конденсат, ультрафиолетовое излучение и др.) используется фторполимер.

Обработка матрицы и внешней оболочки саморегулируемого кабеля производится методом радиационного сшивания.

Принцип работы

Полупроводниковая матрица имеет высокий положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС): при увеличении температуры увеличивается ее сопротивление, уменьшается сила тока и выделяемая мощность, то есть количество выделяемого тепла, и наоборот — снижение температуры приводит к увеличению выделяемого тепла. Работает это следующим образом.

Полупроводник саморегулирующейся матрицы содержит проводящие частицы. Условно такая матрица может быть представлена в виде большого числа сопротивлений, включенных параллельно между токопроводящими жилами (рис. 2).

Рис. 2

При подаче на токопроводящие жилы напряжения возникает ток, матрица нагревается, материал ее расширяется, в результате чего нарушаются контакты между отдельными проводящими частицами, что равносильно уменьшению количества параллельно включенных сопротивлений и увеличению общего сопротивление матрицы. В результате уменьшается ток и количество выделяемого тепла. Так поддерживается стабильный температурный режим.

Чем ниже температура участка, тем больше проводящих путей, меньше сопротивление, больше ток и сильнее нагрев (рис. 3).

Рис. 3

На участке 1 с высокой температурой мало проводящих цепочек, велико сопротивление матрицы, величина тока мала и теплоотдача мала также. На участке 2 температура ниже, сопротивление матрицы меньше, больше ток и теплоотдача. На участке 3, где самая низкая температура, больше всего проводящих дорожек, сопротивление мало, ток и выделяемая мощность самые большие.

То есть при изменении температуры обогреваемого участка изменяется сопротивление матрицы соответствующей части кабеля и количество выделяемой тепловой энергии на этом участке.

Преимущества

Главные преимущества саморегулируемого кабеля — энергетическая и экономическая эффективность. Это связано с тем, что при повышении температуры на каком-либо участке автоматически снижается мощность нагрева, а соответственно и потребление электроэнергии.

Кроме того, структура кабеля позволяет при монтаже системы обогрева резать его на куски необходимой длины без ущерба для его физических свойств. Это дает возможность использовать такой нагревательный кабель только на проблемных участках, где особенно велика вероятность замерзания в холодное время года, что позволяет сэкономить средства.

Виды и характеристики

По своему назначению выпускаемые кабели условно делятся на промышленные и общестроительные.

Саморегулируемые кабели промышленного назначения используются для защиты от замерзания, обогрева или поддержания температуры промышленных трубопроводов, резервуаров, емкостей и другого технологического оборудования. на предприятиях добывающей, перерабатывающей, химической, металлургической, легкой и пищевой промышленности, в энергетике и машиностроении. В большинстве случаев эти кабели выпускаются во взрывозащищенном исполнении.

Общестроительный кабель не является взрывозащищенным, поэтому при своей достаточной универсальности не может применяться в зонах с повышенной взрыво- и огнеопасностью. Такие кабели предназначены  для систем обогрева бытовых трубопроводов и антиобледенительных систем кровли, площадок, лестниц и т.п.

К основным техническим характеристикам относятся:

• напряжение питания, В;
• номинальная мощность погонного метра, Вт/м;
• удельное сопротивление пускового тока, А;
• сечение токопроводящих жил, мм²;
• максимальная рабочая температура кабеля, °C;
• максимальная температура окружающей среды, °C.

При выборе саморегулируемого греющего кабеля учитываются все параметры и характеристики изделия, а также его условия эксплуатации.

принцип работы, виды, конструкция, монтаж

При необходимости справиться с особо низкими температурами в каких-либо конструктивных элементах построек, системах коммуникаций, предметах бытового благоустройства используется  нагревательный кабель. Данное устройство обеспечивает дополнительный подогрев по всей длине или области прокладки трассы. При этом важно учитывать принцип работы нагревательного элемента и в каких ситуациях его целесообразно применять.

Назначение и принцип работы

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 = I² * R * t

Где:

• 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.

Виды

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.

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.

Особенности монтажа

При прокладке нагревательного кабеля важно соблюдать ряд правил, а именно:

• Температура окружающей среды на этапе монтажа системы обогрева должна быть не ниже +15ºС.
• Фиксацию на поверхности следует производить таким способом, чтобы не повредить конструктивные элементы нагревательных участков (заводскими фиксаторами, специальным скотчем, герметиком, мягкими накладками, хомутами и т. д.).
• При формировании трассы или сетки необходимо обеспечивать достаточную площадь обогрева для конкретного объекта в зависимости от его параметров.
• При поворотах нужно следить, чтобы радиус изгиба не  превышал шести его диаметров.
• После завершения укладки обязательно проверяйте целостность изоляции и жил путем прозвонки и измерения уровня сопротивления.

Теперь рассмотрим несколько практических советов касательно особенностей прокладки в частных ситуациях. Если нагревательный кабель используется для обогрева кровли или других объектов, где он устанавливается под прямыми солнечными лучами, лучше использовать экранированные марки. Так как у моделей с оплеткой используется куда более устойчивая оболочка, чем у кабелей общего назначения.

При обогреве водостоков, необходимо выбирать место расположения в наиболее холодной точке или с наименее прогреваемой стороны. В горизонтальных желобах нагревающий кабель необходимо устанавливать в нижней части желоба, чтобы теплые массы поднимались вверх и плавили лед выше. В вертикальных трубах водосточной системы со стороны стены здания, как показано на рисунке, так как она прогревается хуже всего:

Рис. 6: Пример монтажа в водосточной системе

Так как нагревательный кабель может располагаться в воде, им можно напрямую прогревать водопроводные трубы или системы отопления. Устанавливают его внутри трубы, как показано на рисунке:

Рис. 7: пример прокладки греющего кабеля внутри трубы

Следует отметить, что монтировать  нагревательный проводник внутри канализационных и сточных труб запрещено, так как за него будет цепляться различный мусор. Из-за чего возникнут пробки, ухудшающие проходимость и приводящие к полному перекрытию. Поэтому полимерные и металлические трубы канализации прогреваются посредством установки нагревательных элементов с внешней стороны. Но стоит отметить, что нагревательный провод должен изолироваться от слоя теплоизоляции посредством специальной алюминиевой ленты.

Области применения

Нагревательный кабель применяется для обогрева таких конструктивных элементов:

• теплых полов – как в бытовых (ванных и кухнях), так и в производственных помещениях;
• крыш зданий, где возникает угроза образования сосулек или скопления снежных масс над тротуарами или пешеходной зоной;
• различных трубопроводов в системах водоснабжения, канализации, отопления и т. д.;
• емкостей и резервуаров для хранения жидких веществ;
• систем водоотведения и дренажа;
• подогрева ступенек зданий, тротуаров и технологических проходов;
• нагревательных матов, ковриков и дорожек;
• аквариумов и террариумов для домашних питомцев.

В промышленной сфере нагревающий кабель может иметь и более специфическое применение, примеры некоторых из них и необходимые параметры для их эффективной работы приведены в таблице ниже:

Таблица: область применения нагревающего кабеля

Греющие кабели | nVent RAYCHEM

Выбор фильтров

Закрывать

Применять

Метрика
|

Императорский

Свернуть все
Развернуть все

• Рынки

  • Коммерческий (97)

  • Промышленный (349)

  • Жилой (23)

• Приложения

  • Теплый пол (37)

  • Поддержание потока (79)

  • Предотвращение мороза (127)

  • Поддержание температуры горячей воды (2)

  • Отопление длинного трубопровода (134)

  • Оффшорная/морская подготовка к зиме (180)

  • Защита труб от замерзания (315)

  • Поддержание температуры процесса (287)

  • Обледенение крыш и водосточных желобов (12)

  • Поверхностное таяние снега (126)

  • Обогрев бака (179)

  Посмотреть все

• Опасная зона

  • Нет (2)

  • Да (349)

• Максимальная температура воздействия

  • 65°С (13)

  • 85°С (41)

  • 90°С (12)

  • 110 °С (1)

  • 150 °С (4)

  • 200 °С (41)

  • 204°С (18)

  • 250 °С (37)

  • 260°С (26)

  • 550 °С (65)

  • 650°С (78)

  Посмотреть все

  • Максимальная температура воздействия

    • 150 °F (2)

    • 185 °F (41)

    • 194 °F (35)

    • 195 °F (12)

    • 225 °F (10)

    • 230 °F (1)

    • 302 °F (4)

    • 392 °F (41)

    • 400 °F (18)

    • 482 °F (37)

    • 500 °F (26)

    • 1022 °F (65)

    • 1200 °F (78)

    Посмотреть все

    Применить

    Фильтр

    Применен фильтр:

    • Категория:
      Греющие кабели

    Подкатегории

    Саморегулирующийся
    

    Подробности

    Ограничение мощности
    

    Подробности

    Серия с полимерной изоляцией
    

    Подробности

    Серия с минеральной изоляцией
    

    Подробности

    Трассирующая проволока с эффектом кожи
    

    Подробности

    Продукты
    |
    27 результатов (386 позиций)
    

    Саморегулирующийся нагревательный кабель BTV
    

    Для защиты от замерзания и поддержания температуры технологического процесса в трубах/сосудах без необходимости очистки паром. Подходит для опасных зон.

    Подробности

    QTVR Саморегулирующийся нагревательный кабель
    

    Для защиты от замерзания с более высокой выходной мощностью и поддержания температуры технологического процесса в трубах/сосудах без необходимости очистки паром. Подходит для опасных зон.

    Подробности

    XTV Саморегулирующийся нагревательный кабель
    

    Для защиты труб/сосудов от замерзания при температуре до 250 °F/121 °C и подходит для поддержания температуры процесса с требованием очистки паром. Подходит для опасных зон.

    Подробности

    Саморегулирующийся нагревательный кабель XL-Trace Edge
    

    Усовершенствованный коммерческий сорт для защиты труб от замерзания и поддержания температуры, для использования с RayClic или одобренными термоусаживаемыми компонентами.

    Подробности

    Саморегулирующийся нагревательный кабель WinterGard Wet
    

    Для защиты труб от замерзания или защиты от обледенения крыш и водосточных желобов, с термоусаживаемыми компонентами.

    Подробности

    Саморегулирующийся нагревательный кабель IceStop
    

    Саморегулирующийся нагревательный кабель для защиты от обледенения крыш и водостоков.

    Подробности

    HWAT Саморегулирующийся нагревательный кабель
    

    Для быстрого приготовления горячей воды без необходимости рециркуляции.

    Подробности

    Саморегулирующийся нагревательный кабель ElectroMelt
    

    Для предотвращения образования льда и снега на пандусах и других подъездных путях, саморегулирующийся нагревательный кабель.

    Подробности

    Саморегулирующийся нагревательный кабель HTV
    

    Защита от замерзания и высокая температура непрерывной работы до 400°F/205°C. Максимальное воздействие 500°F/260°C. Безопасная и опасная зона.

    Подробности

    Нагревательный кабель с ограничением мощности VPL
    

    Предпочтительная технология для приложений поддержания температуры технологического процесса, требующих высокой выходной мощности при повышенных температурах и необходимости очистки паром. Подходит для опасных зон.

    Подробности

    1

    2

    3

    Следующий

    Электрические нагревательные кабели — Grainger Industrial Supply

    Электрические нагревательные кабели

    73 изделия

    Электрические нагревательные кабели обеспечивают обогрев труб, крыш и водосточных систем, а также укладки под полом. Саморегулирующиеся нагревательные кабели автоматически регулируют тепловую мощность в зависимости от температуры окружающей среды. Они оборачиваются вокруг труб или прикрепляются к краю крыши, чтобы предотвратить повреждение от замерзания или образования льда. Нерегулируемые нагревательные кабели, также известные как кабели постоянной мощности, обеспечивают одинаковое количество тепла независимо от температуры и могут использоваться с термостатами. Они обычно устанавливаются под полом, чтобы обеспечить дополнительное тепло в помещении.

    • Нарезные электрические нагревательные кабели

    • Наборы нарезных электрических нагревательных кабелей

    • Предварительно собранные электрические нагревательные кабели

    • Принадлежности для электрических нагревательных кабелей

    Вырез Электрические нагревательные кабели с разной длиной

    Саморегулирующиеся

    Электрические нагревательные кабели с разной длиной, саморегулирующиеся, отсортированы по Для использования внутри/вне помещений, по возрастанию

    Загрузка. ..

    Обрезка th Комплекты электрических нагревательных кабелей

    Саморегулирующиеся

    Обрезной электрический нагревательный кабель Комплекты Саморегулирующиеся, отсортированные по Для использования внутри/вне помещений, по возрастанию

    Загрузка…

    Предварительно собранные электрические нагревательные кабели

    Нерегулируемые

    Предварительно собранные электрические нагревательные кабели Нерегулируемые, отсортированные по Для использования внутри/вне помещений, по возрастанию

    90 268

    Загрузка. ➜