Нагревательные кабели — специфический вид кабельных изделий, преобразующих электрическую энергию в тепловую в целях нагрева и выполняющих функцию приемника электрической энергии, а не передающей линии. Нагревательные кабели значительно отличаются от обычных кабелей и проводов, назначение которых передавать электрическую энергию с наименьшими потерями и с незначительным падением напряжения не длине линии (обычно не более 5%).

Нагревательный кабель используется в виде нагревательных секций, т.е. отрезков определенной длины, причем на этой длине происходит полное падение приложенного напряжения. Следовательно, нагревательную секцию следует рассматривать как обычный приемник электрической энергии (как один из видов электрических нагревательных элементов).

Длина кабельных нагревательных секций обычно колеблется от нескольких метров и до нескольких сотен метров.

Отрицательный для обычных кабелей эффект рассеяния части передаваемой энергии в виде тепла используется как полезный в нагревательных кабелях. Причем преобразование электрической энергии в тепло происходит самым оптимальным и экономичным способом. Преобразование полное, бесшумное, без использования дополнительных веществ (топлива, окислителя).

Нагревательные кабели имеют достаточно развитую номенклатуру и находят применение в самых разнообразных установках и устройствах. Но все же они относятся к своеобразным кабельным изделиям и в специальной литературе практически отсутствуют работы по конструированию, расчету и применению нагревательных кабелей.

Виды кабелей по схеме тепловыделения

Резистивные линейные — нагревательные кабели, в которых выделение тепла происходит за счет эффекта Джоуля-Ленца при прохождении электрического тока по нагревательной жиле. Кабель конструируется таким образом, чтобы в нагревательной жиле имело место полное падение приложенного напряжения, но при этом не происходил перегрев элементов кабеля выше допустимых значений.

Длина нагревательной секции обычно составляет от нескольких до сотен метров. Кабели данного типа могут иметь одну, две или несколько параллельных нагревательных жил, имеющих линейную или спиральную форму. Произвольная резка кабеля по длине недопустима.

Тепловая мощность резистивных линейных кабелей при нагреве незначительно уменьшается, причем величина изменения зависит от величины температурного коэффициента сопротивления материала нагревательной жилы. Наименьшие изменения сопротивления наблюдаются у сплавов высокого сопротивления (ТКр+0,0001), наибольшие у меди (ТКр+0,004)

Резистивные зональные нагревательные кабели по принципу действия не отличаются от предыдущих, но коренным образом отличаются по конструктивному исполнению. Они содержат две параллельных изолированных токопроводящих жилы.

Изоляция токопроводящих жил имеет периодически расположенные «окна», смещенные друг относительно друга с заданным шагом (обычно около 1 м). Поверх этих двух жил накладывается тонкая проволочная спираль из сплава высокого сопротивления.

В «окнах» спираль замыкается на токопроводящие жилы, в результате кабель представляет набор подключенных параллельно к токопроводящим жилам сопротивлений (резисторов). На каждом из них имеет место полное падение приложенного напряжения. Зональный кабель удобен тем, что он может быть разрезан в любом месте. Минимальная длина нагревательной секции — 1,5 — 2 м.

Максимальная длина определяется сечением токопроводящих жил и линейной мощность. Поскольку нагревательный элемент резистивных зональных кабелей выполняется из сплавов высокого сопротивления, их мощность практически не зависит от температуры, поэтому их называют также кабелями постоянной мощности.

Саморегулирующиеся кабели имеют конструкцию, частично сходную с конструкцией резистивных зональных кабелей. Они также содержат две параллельные токопроводящие жилы, но не изолированные. Токопроводящие жилы либо заключены в полимерную проводящую матрицу, либо соединяются через спиральные полимерные проводящие нити.

Эффект саморегулирования достигается за счет того, что тепловыделяющий элемент кабеля, выполненный из полимерного проводящего материала, значительно увеличивает свое сопротивление при нагреве. Величина ТКр проводящего полимера достигает 0,05-0,075, т.е в 12-18 раз больше, чем у меди.

Индуктивные нагревательные кабели в своей конструкции содержат ферромагнитные элементы, а токопроводящие изолированные жилы наложены вокруг ферромагнитных элементов в виде обмотки, индуцирующей в сердечнике переменный магнитный поток. Эффект тепловыделения достигается как за счет резистивных потерь в обмотке, так и за счет резистивных потерь в сердечнике, возникающих от наведенных токов.

Соотношение тех и других потерь определяется конструкцией кабеля. Потери в сердечнике могут составлять 80-20% общих потерь в кабеле. В первом случае потери в обмотке невелики, и она незначительно нагревается за счет собственных потерь, что позволяет получить заметно большую, по сравнению с резистивными кабелями, линейную мощность.

Метод обогрева трубопроводов с помощью «СКИН-эффекта» также может рассматриваться как один из вариантов индуктивного кабеля. В этом случае роль индуктирующей обмотки выполняет изолированная жила большого сечения, а роль индуктора — стальная труба, в которой эта жила расположена. Тепло выделяется как в жиле, так и в трубе за счет наведенных вихревых токов.

Области применения нагревательных кабелей

Устройства, в которых используются нагревательные кабели, могут разительно отличаться друг от друга по размерам, рабочей температуре и тепловой мощности. Поэтому диапазон областей применения нагревательных кабелей очень широк.

Обогреваемые одежда, одеяла, коврики — электрические одеяла и пледы, грелки, сидения с подогревом, обогреваемая одежда и обувь. Как правило, имеют небольшую мощность (10 — 50 Вт) и рабочую температуру, безопасную для человека, т.е. не выше 50° С. В эту же группу могут быть отнесены бытовые нагреватели малой мощности: подогреватели детского питания, размораживатели холодильников, использующие нагревательные кабели.

Системы обогрева помещений — в них нагревательные кабели используются как тепловыделяющий элемент, более или менее равномерно размещенный по площади помещения. В случае необходимости кабели могут монтироваться на стенах и на потолке. Наилучший вариант установки кабелей с точки зрения условий теплоотдачи, накопления тепла, сохранности и безопасности — это установка кабеля в толщу цементной стяжки, укладываемой под декоративным покрытием пола.

Температура на обогреваемой поверхности обычно равна 22 — 26°С, но может достигать 35°С. Удельная мощность систем обогрева через пол варьируется в диапазоне 70-150 Вт/м². Аккумулирующие системы имеют мощность до 200 Вт/м². Суммарная мощность системы может иметь весьма широкие пределы: от 100 Вт до десятков и сотен киловатт.

Антиобледенительные системы для тротуаров, открытых лестниц, пандусов. Как и в предыдущем случае кабели укладываются в толщу бетонной подосновы. Эти системы функционируют только в то время, когда на поверхность указанных объектов выпадает снег или образуется наледь.

Удельная мощность систем обогрева открытых поверхностей варьируется в диапазоне 200-350 Вт/кв.м. Суммарная мощность системы колеблется в пределах от нескольких до десятков сотен киловатт.

Сюда же относятся антиобледенительные системы для спортивных сооружений (футбольных полей, беговых дорожек, ипподромов, теннисных кортов), опасных участков транспортных магистралей (подъемов, спусков, крутых поворотов), взлетно-посадочных полос. Удельная мощность обогрева данных систем может достигать 500Вт/кв.м., а суммарная мощность — нескольких мегаватт.

Антиобледенительные системы для крыш служат для предотвращения: закупоривания льдом путей стока воды, образования сосулек и для удаления снега и льда с опасных участков. Нагревательные кабели размещаются вдоль путей стока воды, в водосточных трубах, на карнизах, водометах, на ендовах и примыканиях.

Используемые в этих системах нагревательные кабели имеют, как правило, линейную мощность 25 и более Вт на метр. Суммарная мощность системы зависит от конструкции и размеров крыши у конкретного здания и колеблется от 1-2 до нескольких сотен киловатт.

Температура на поверхности антиобледенительных систем в отсутствие снега и льда и при отрицательной температуре окружающего воздуха обычно составляет +5 — 7° С. В процессе плавления снега и льда температура поверхности только на доли градуса превышает 0°С. При температуре окружающего воздуха выше +5° С антиобледенительные системы отключаются за ненадобностью.

Системы обогрева трубопроводов и резервуаров. Трубопроводные системы отличаются большой протяженностью и разветвленностью и для их обогрева как нельзя лучше подходят нагревательные кабели. На практике, как правило, имеют место два типа систем обогрева — предотвращающие замораживание и поддерживающие на трубе температуру выше нормальной (выше +20° С). Основное назначение систем обоих типов — компенсация потерь тепла от трубы (или резервуара) в окружающую среду.

Нагревательные секции монтируются поверх трубы (резервуара) и все вместе закрывается тепловой изоляцией. Линейная мощность систем обогрева трубопроводов обычно равна 10-60 Вт/м. Суммарная мощность системы зависит от длины трубопровода, Удельная мощность систем обогрева резервуаров равна 10-80 на 1 кв.м. Обогреваемой поверхности, а суммарная зависит от размера резервуара.

Назначение систем, предотвращающих замораживание — исключить образование ледяных пробок и разрыв трубопроводов, поэтому на трубе достаточно поддерживать +5° С. Системы поддержания температуры могут весьма значительно различаться по требуемой температуре на трубе (резервуаре): для транспортировки нефти и многих водных растворов достаточно +40° С, а для битума требуется 160-180° С.

Системы обогрева технологического оборудования отличаются большим разнообразием по назначению, требуемым температурам, удельным мощностям и разрабатываются на основе индивидуального подхода.

Назначение системы

Температура, °С

Удельная мощность, Вт/кв.м.

Суммарная мощность, кВт

Тепловые барьеры в камерах промышленных холодильников

Источник

Области применения саморегулирующегося нагревательного кабеля

Условно применение саморегулируемого нагревательного (греющего) кабеля можно разделить на 5 областей:

1 — устройство промышленных системы защиты от промерзания или поддержания заданной температуры продукта в трубопроводах, емкостях и резервуарах с различными температурными характеристиками и параметрами.

2 — антиобледенительные системы для кровли и водостоков. То есть кабель укладывается по краю крыши, в водостоки, и предотвращает образование наледи, сосулек, и замерзания ливневых стоков.

3 — В загородных домах, коттеджах, дачах, сельских домах саморегулирующийся нагревательный кабель используют для защиты водопровода от промерзания зимой. Если не хочется (или нет возможности) глубоко заглублять водопроводную трубу, или в каком-то месте она все равно промерзает, то снаружи по ней прокладывают саморегулирующийся греющий кабель, фиксируют хомутами (или простой изолентой) и, если есть возможность и желание, на трубу одевают утеплитель или просто укутывают каким-нибедь теплоизолирующим материалом. То же самое делают с трубой канализации, если есть необходимость. Если нужно чтобы в морозное время года вне дома был бы кран с холодной или горячей водой, то здесь саморегулирующийся нагревательный кабель просто необходим.

4. Саморегулирующийся нагревательный кабель используют также для теплого пола, причем не только пола, а также ступенек, дорожек, и т.п. В общем 4 область использования самрегов — это заливка их в бетон. Ну, или случается, в землю их закапывают для обогрева грунта теплиц.

5. Эта область использования «неформальная», появилась она под действием двух факторов:

первый — это то, что саморегулирующийся нагревательный кабель никогда, ни при каких условиях: а) не нагреется выше своей максимальной температуры (85 градусов С), даже если его под подушку положить; и б) не перегорит, даже если его завязать в пучок.

второй — В нашей стране народ смекалистый и в заботе об уюте быстро находит применение неиспользованным обрезкам или остаткам кабеля.

Например: лично я положил метра 4 в диван в нишу для хранения подушек и получился теплый диван. И ещё подогреваю подпол в загородном доме в сильные морозы. Саморегулирующийся нагревательный кабель вплетают в деревянные подставки под ноги на выходе из душевой. И т.д.

Источник

Греющий кабель: виды, свойства, применение

Греющий кабель приобрел широкую популярность для решения задачи обогрева помещений и элементов различных конструкций. Основные преимущества применения электрических систем заключаются в:

• высокой надежности;
• универсальности;
• простоте монтажа.

Кабель — проводник электрического тока в оболочке. Он не содержит подвижных деталей, не требует использования теплоносителей в виде жидкости или пара. Выход из строя возможен по единственной причине — при значительном механическом повреждении. Такое понятие, как естественный износ, который рано или поздно приводит к неполадкам в более сложных системах, к кабелю неприменимо.

Высокую скорость и простоту монтажа обеспечивает гибкость проводника, надежная изоляция — возможность использования при неблагоприятных условиях внешней среды. Эксплуатационные характеристики греющего кабеля на порядок превосходят аналогичные показатели других распространенных систем. В некоторых случаях, это единственное доступное техническое решение задачи обогрева, альтернативы которому нет.

Область применения греющего кабеля

Сфера применения греющего кабеля практически не ограничена. Жилые, общественные, промышленные здания и сооружения с одинаковой степенью эффективности могут быть оборудованы кабельными системами. Чаще всего их используют для обогрева:

1. Труб. Преимущество кабеля заключается в том, что он может быть установлен как снаружи, так и внутри водопровода. Для коммуникаций относительно большого диаметра применяется первый вариант монтажа, для труб небольшого сечения — второй.
2. Пола. Система теплый пол — правильный способ обогрева жилых помещений, который обеспечивает высокий уровень комфорта. После равномерного распределения греющего кабеля в толще стяжки получают своеобразную отопительную панель, размер которой равен площади помещения.
3. Кровли. При значительном колебании температуры в зимнее время года особенно остро встает вопрос наледи, которая в случае обрыва угрожает жизни людей. Применение греющего кабеля устраняет необходимость трудоемкой и небезопасной механической очистке скатов кровель и водосточных систем ото льда.
4. Резервуаров и различных емкостей. Предотвращение замерзания технических жидкостей в значительной степени упрощает и ускоряет некоторые производственные процессы. Греющий кабель выступает в роли простого, безопасного и эффективного решения проблемы обогрева промышленных емкостей различного назначения.

Электрообогрев прекрасно зарекомендовал себя в качестве наиболее простого решения задач обогрева в быту и производственной сфере.

Виды греющего кабеля

Существуют два вида греющего кабеля — резистивный и саморегулирующийся. Принцип выделения тепла у них одинаков — нагрев проводника происходит вследствие работы тока. Отличие заключается лишь в способе регулировки мощности, но это важный нюанс, который необходимо учитывать.

Резистивный кабель

Резистивный кабель — обычный проводник в изоляционной оболочке. Решение элементарное, поэтому отличается:

• невысокой стоимостью;
• надежностью;
• неограниченным сроком службы;
• стабильностью характеристик.

Однако у простоты есть и обратная сторона. Например, резистивный кабель продается определенным метражом, при этом укоротить или нарастить его нельзя. Это приведет к изменению сопротивления, снижению производительности или перегрузке системы. Также категорически не допускаются перехлесты. Для управления нагревом необходимо использовать дополнительное оборудование — управляющее реле и датчик температуры.

Существует несколько видов резистивного кабеля, которые отличаются нюансами монтажа и применения:

Одножильный кабель необходимо укладывать в виде замкнутого контура. Требуется таким образом рассчитать его распределение, чтобы второй конец после обхода обогреваемой поверхности вернулся к клеммнику. Двухжильный вариант — замкнутый контур сам по себе, поэтому подключив рабочие контакты к источнику тока, можно укладывать его как угодно. Зональный кабель представляет собой несколько усложненное решение. Между двумя жилами добавляют участки нагревающих спиралей. Такой вариант характеризуется меньшей надежностью, из-за перегорания спиралей может возникнуть холодная зона.

Одножильные и двужильные кабели благодаря высокой надежности и неограниченному сроку эксплуатации можно размещать в толще стяжки, поэтому их активно применяют для обустройства теплого пола.

Саморегулирующийся кабель

Принципиально отличие саморегулирующегося кабеля заключается в использовании полупроводникового материала, электропроводность которого значительно зависит от температуры. Таким образом отпадает необходимость в регулировании мощности или времени работы. Кабель самостоятельно выделяет столько тепла, сколько необходимо для поддержания заданной температуры, причем это может происходить на локальных участках. Достоинства:

• максимальная простота использования;
• высокий КПД;
• возможность укорочения;
• адаптивность.

К сожалению, для саморегулирующегося кабеля характерен один значительный недостаток — срок службы полупроводниковой матрицы составляет от 10 до 15 лет, поэтому его использование в труднодоступных местах не всегда бывает целесообразным. Также следует отметить более высокую стоимость, чем резистивных вариантов, но в процессе эксплуатации вложенные средства окупаются за счет адаптивности, высокого коэффициента полезного действия и, как следствие, снижения энергопотребления.

Особенности монтажа греющего кабеля

При кажущейся простоте использования, выбор вида греющего кабеля и его монтаж лучше доверять специалистам. В этом случае вы можете гарантированно рассчитывать на 100% надежность, работоспособность и максимальную эффективность системы. Важно правильно рассчитать мощность, особенно при обустройстве теплого пола. Необходимо учитывать особенности напольного покрытия, например, популярный ламинат отличается относительно невысокой теплопроводностью, как и некоторые виды линолеума, поэтому этот аспект следует брать во внимание.

Источник