Что такое нагрев кабеля

Нагревательный кабель: 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 – 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.

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:

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

Источник

Греющие кабели — что учесть при выборе и как правильно установить

Чтобы предотвратить замерзание и обледенение объектов, находящихся вне тёплых помещений, используют водяной или электроподогрев. Во втором случае необходим греющий кабель – проводник, который выделяет тепло во время прохождения по нему тока. Существует несколько разновидностей таких проводов, они различаются конструкционно, по назначению и техническим параметрам – мощности, максимальной температуре нагрева..

Сферы использования

Греющие кабели применяют для различных нужд:

• в строительстве – для прогрева бетонного раствора;
• в промышленности – с целью подогрева цистерн с соляркой, химическими жидкостями;
• в быту – для предотвращения обледенения крыш, лестниц, дорожек.

Возможна прокладка внутри теплиц – так можно сохранить постоянную плюсовую температуру почв. Трубопроводы также нередко оборачивают греющими проводами, особенно те части, которые проходят на улице – небольшой подогрев уменьшает теплопотери.

Классификация

По типу провода для прогрева бывают:

Самые простые по конструкции, главный плюс – небольшая стоимость. Делятся на одножильные, двужильные и двужильные с дополнительной спиралью. Главные минусы – способны поддерживать одинаковую температуру, величина которой зависит от длины провода. При уменьшении её падает сопротивление, что влияет на степень нагрева.

• Саморегулирующиеся

Универсальный кабель, в конструкцию которого включены полупроводники. Они помогают поддерживать определённую температуру в зависимости от внешних условий. Если снаружи обогреваемого объекта температура повышается, то провод уменьшает эффективность прогрева – так происходит экономия электричества.
Главный минус саморегулирующихся кабелей – стоимость в несколько раз выше, чем резистивных. Однако длина провода не влияет на значение температуры прогрева.

По степени нагрева кабели делятся на 3 группы (значения температуры – в градусах):

• высокотемпературный – до 190;
• среднетемпературный – до 120;

• низкотемпературный – до 65.

Существуют нестандартные шнуры – бронированные. В них проводник защищён дополнительной прочной оболочкой. Назначение таких проводов – укладка на открытых площадках. Плюсы – надёжность и долговечность. Минусы – высокая стоимость.

Лучшие варианты

Главные отличия – мощность, устойчивость к нагреву, допустимая длина секции при монтаже с сохранением допустимого температурного режима. Производители также дают разные сроки гарантии на свою продукцию.

Резистивные

Существуют одножильные и двужильные. При выборе первого варианта нужно учесть: такой проводник будет выдавать сильные помехи, поэтому при монтаже возле дома нужно выбирать шнур с экраном.

ПНСВ

Специальный кабель, предназначенный для прогрева бетона. Одножильный, неэкранированный.

Характеристики:

• диаметр – 1,2 мм;
• температура эксплуатации – от -60 до +50 градусов;
• сопротивление проводника – 0,15 Ом/м;
• температура во время монтажа – не ниже -25 градусов;
• примерный расход – 50-60 погонных метров на куб. м раствора.

Ceilhit PV R 0.068 Om/m

Предназначен для поддержания плюсовой температуры пола или грунта под холодильными камерами. Поставляется в катушках или мотках.

Характеристики:

• сопротивление жилы – 0,068 Oм на метр;
• мощность секций – от 1 до 15 Вт на метр;
• напряжение питания – 220-230 В;
• рабочая температура внутренней жилы – до 75 градусов;
• температура оболочки – до 60 градусов;
• радиус изгиба шнура – от 30 мм;
• шаг укладки кабеля – от 60 мм.

Производитель не рекомендует укладывать провод при температуре ниже -5 градусов.

xLayder 40R-20

Готовый комплект для промышленного применения – прогрева бетона. Двужильный, есть экран. Для подключения к сети не требуется внешний трансформатор.

Характеристики:

• длина – 20 м
• мощность – 40 Вт на метр;
• общая масса кабеля – 1,5 кг.

SpyHeat SHFD-13-300

Разработан для прокладки вдоль или внутри трубопроводов различного назначения. Двужильный, экранированный. Встроенный термостат автоматически включает систему при падении температуры ниже +5 градусов. Комплект готов к установке.

Характеристики:

• длина общая – 23 м;
• толщина – 8.5 мм;
• мощность – 300 Вт на метр;
• напряжение – 220 В.

Гарантия производителя – 730 суток.

Freezstop Simple Heat 18-19

Предназначен для обогрева трубопровода. Готов для установки. В комплекте есть терморегулятор, который подаёт питание при охлаждении системы ниже +5 градусов.

Характеристики:

• длина – 19 м;
• мощность – 18 Вт на метр;
• радиус изгиба – от 50 мм;
• температура поверхности – от 65 градусов;
• монтаж осуществляется при температуре от -15 градусов;
• напряжение – 220 В;
• наружная оболочка – эластичный пластик.

Саморегулирующиеся

Чаще всего – двужильные. Недорогие провода поставляются без экранирующей оплётки, что вызывает ограничения – на производстве и строительных площадках их в ряде случаев использовать нельзя.

SRL/GWS/SRF 16-2

Двужильный провод. Создан для подогрева труб, водяных насосов, ёмкостей, водостоков, кровельных поверхностей, теплиц, искусственных и натуральных газонов, лестничных ступеней, пандусов, открытых площадок, стрелочных железнодорожных механизмов, бетона залитого в опалубку, электрических теплых полов.

Характеристики:

• напряжение электропитания – 220-240 Вольт;
• размеры (ширина х толщина) – 11 x 5 мм;
• температура воздействия – до 85 градусов;
• температура нагрева: до 66 градусов;
• класс электрооборудования – Т6;
• тип оболочки – полиолефин;
• радиус изгиба – до 25 мм;
• мощность – 16 Вт на метр;
• длина секции – до 70 м.

Гарантия производителя – 24 месяца.

NONAME SRL 16-2 120004

Универсальный двужильный провод. Медные жилы покрыты слоем олова, сечение – 0,75 кв. мм. Назначение – для обогрева трубопроводов.

Характеристики:

• размеры провода (ширина х толщина) – 8,11 х 3,22 мм;
• мощность – 16 Вт на метр;
• Напряжение сети: 220

240 В

сопротивление изоляции – от 103 МОм на метр;

радиус изгиба – от 25 мм;

экран – нет;

оболочка – модифицированный полиолефин.

Гарантия производителя – 6 месяцев.

STB 16-2

Применяют для монтажа на ёмкости, трубопроводы. Для применения в быту. Экранирующий слой отсутствует.

Характеристики:

• допустимая температура воздействия на поверхность провода – до 85 градусов
• температура монтажа – не ниже -10 градусов;
• температура нагрева – до 65 градусов;
• мощность средняя – 16 Вт на метр;
• длина монтажа системы – до 140 м;
• радиус изгиба – от 50 мм.

Гарантия производителя – 6 месяцев.

DINSO PFP-10PR

Предназначен для обогрева пола, кровли. Особенности – минимальное энергопотребление, есть защитная оплётка из меди, покрытой тонким слоем олова. Оболочка – не боится сильного нагрева, не выделяет вредных веществ. Минус – неэкранированный.

Характеристики:

• мощность – 10 Вт на метр;
• напряжение – 220 Вольт;
• радиус изгиба – от 25 мм;
• рабочая температура – до 65 градусов;
• допустимая для нагрева температура – 85 градусов.

Гарантия производителя – 10 лет.

SRL 40-2CR UV

Защитит от замерзания стены, кровлю, водосточные системы. Есть экранирование и дополнительная оболочка для предотвращения механических повреждений.

Характеристики:

• напряжение – 220-240 В;
• температура нагрева проводника – до 65 градусов;
• мощность – до 40 Вт на метр;
• температура воздействия на поверхность – до 85 градусов;
• размеры (ширина х толщина) – 11 x 5 мм;
• длина в комплекте – 200 м;
• изоляция наружная – полиолефин.

Способы монтажа: почему возникают неисправности

При необходимости укладывания на плоские поверхности, кабель предварительно разматывается, если работы проводятся при низких температурах, то необходимо занести провода в помещение и подождать, пока кабель не станет эластичным.

Для закрепления на плоскости используют пластиковые хомуты, стяжки, кронштейны. В бетонных изделиях придётся заранее просверлить отверстия для последующего закручивания анкеров или установки пластиковых дюбелей.

Если в процессе укладывания приходится соединять фрагменты шнура, то обязательно использовать термоусадочные муфты (трубки). Их размещают на проводе до скручивания контактов, затем надвигают на оголённый фрагмент и подогревают строительным феном или газовой горелкой. Так обеспечивается полная герметичность соединения.

Терморегулятор устанавливают возле электрощита, к нему подключают греющий кабель. Для обеспечения безопасности может использоваться устройство для автоотключения, которое срабатывает при коротком замыкании или перегреве.

Если нужно обеспечить обогрев труб, то следует выбрать один из двух вариантов:

1. Размещение кабеля снаружи.
2. Укладка провода внутри.

Осуществить монтаж при выборе первого способа проще, но есть риск повреждения кабеля во время установки, эффективность нагрева самой жидкости будет ниже. Чтобы повысить температуру, придётся оборачивать трубу изоляцией.

Если провод требуется уложить внутри, то важно выбрать подходящий диаметр шнура, иначе напор воды значительно уменьшится. Главный минус такого монтажа – сложность работы, необходимость использования сальников и специальных шнуров.

Монтаж греющего кабеля для пола.

Кабель перестал греть, возможные причины:

1. Неполадки вызваны самим шнуром. Необходимо измерить его сопротивление с помощью электрического тестера (мультиметра). Значение не должно быть равно нулю.
2. Напряжение в доме ниже номинального. В этом случае кабель не сможет эффективно работать.
3. Сработало или неисправно устройство автоматического отключения. Проверить состояние блока, если необходимо – устранить короткое замыкание.
4. Окислились и повреждены контакты в щите. Следует восстановить соединения, предварительно зачистив их. Для защиты от окисления используют специальные лаки.

Итоги: как правильно выбрать

Чтобы обеспечить эффективный и экономичный обогрев объекта, нужно учесть его габариты, условия, при которых кабель будет работать, мощность провода, рабочую температуру. Качество изоляции также следует учитывать. Для наружного монтажа обязательно использовать шнур с прочной оплёткой. А чтобы предотвратить наводки на электроприборы возле жилых помещений, кабель должен быть снабжён экраном, который также позволит заземлить систему..

Видео-совет: как рассчитать мощность греющего кабеля

Источник