Что такое одножильный, зональный и саморегулирующийся нагревательные кабели и сфера применения греющих кабелей


Что такое одножильный, зональный и саморегулирующийся нагревательные кабели и сфера применения греющих кабелей 11/01/18

Нагревательный кабель по принципу тепловыделения в целом подразделяются на резистивные (линейные и зональные), а также саморегулирующиеся

 

Нагревательные кабеля это, достаточно необычный класс кабельной продукции, предназначенный не для передачи электрической энергии, а для преобразования ее в тепловую. Главным техническим параметром для нагревательного кабеля есть его удельная тепловая мощность, то есть, величина тепловыделения с одного погонного метра.

 

Кабели с резистивным нагревательным элементом

 

Основой резистивного кабеля является его греющая жила, которая изготавливается из сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Внешне жила защищена сплошной полимерной изоляцией и экранирована алюминиевой фольгой либо же плетенным медным проводом. Вся конструкция помещена во внешнюю изоляцию, которая в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации имеет необходимую устойчивость к ультрафиолетовому излучению, действию низких или высоких температур, агрессивных химических влияний и тому подобное. Все вышеупомянутое по внешней изоляции, оносится ко все типам нагревательных кабелей.

 

В резистивном линейном кабеле выделение теплоты происходит при выполнения работы электрическим током, вследствие преодоления электрического сопротивления проводника (эффект Джоуля-Ленца), так свободные электроны, двигаясь в проводнике, сталкиваются с атомами и молекулами, то есть происходит превращение механической работы в тепловую.

 

 

Подбор материалов для нагревательной жилы и других конструктивных компонентов нагревательного кабеля осуществляется с таким расчетом, чтобы выполнялось полное падение прикладываемого напряжения с одновременным обеспечением отсутствия нагрева кабеля сверх допустимого. Длина нагревательных секций варьируется от одного метра до нескольких километров. При этом следует помнить, что произвольное нарезание резистивных кабелей не допустимо. Также следует помнить, при проектировании или теплотехнических расчетах, что с ростом температуры теплоотдача резистивныхлинейных кабелей, в зависимости от величины температурного коэффициента сопротивления материала, уменьшается.

 

Конструктивно резистивные кабели выполняются одно и двужильными. Разница между ними заключается только в подключении к питанию:

  • В одножильных секциях в соединительную коробку для коммутации заводится два холодных конца (при укладке одножильных нагревательных секций, необходим точный расчет общей и нагревательной площади, чтобы другим холодным концом кабеля вернуться к коробке);
  • В двухжильных секциях для коммутации в соединительную коробку заводится один холодный конец, а другой является концевой муфтой.

 

Отрезные резистивные кабели имеют разное удельное сопротивление нагревательного проводника. Секции нужной мощности и длины подбираются путем программного расчета. При больших объемах нагревательной площади или линейной длины нагрева, отрезной кабель дает возможность рационально решить нестандартные задачи с возможностью подключения питания 220/380 Вольт.

 

 

Минеральные нагревательные кабеля

 

Отдельным видом линейных резистивных греющих кабелей, является кабель с минеральной изоляцией. Этот тип кабелей повышенной механической прочности, с одновременным высоким температурным порогом до 700 °С. Минеральный нагревательный кабель выполнен в виде металлического проводника с высокотемпературной изоляцией из оксида магния, который помещен в сплошную внешнюю оболочку (медно-никелевую, нержавеющую, жаропрочную).

 

Данный вид нагревательных кабелей нашел самое широкое применение в химической, нефтедобывающей и перерабатывающей отрасли. Как правило их используют в системах кабельного обогрева (СКО) при разогреве продукта в трубопроводах, емкостях и резервуарах.

 

Также, этот вид кабелей достаточно часто используют при построении систем поддержания технологической температуры, компенсации тепловых потерь. В целом, можно сказать, что СКО на основе минарального кабеля дают возможность обеспечить непрерывный цикл по транспортировке или хранению сырья, что гарантирует бесперебойный технологический процесс.

 

Структура и устройство греющего минерального элемента

 

Нагревательная жила это проводник, как правило изготовленный из медно-никелевого или нихромового сплава, помещенный в порошковый изолятор (оксид магния). Изолятор в виде порошка обеспечивает высокую стабильность устройства и очень хорошую диэлектричность в широком пределе температур. Порошковый оксид магния признается одним из самых надежных и высокоэффективных изоляторов с высоким, при этом условии, коэффициентом теплопроводности.

 

К преимуществам кабелей с минеральной изоляцией, относят следующее:

  • Максимальная, среди нагревательных кабелей, механическая прочность, обеспечиваемая за счет применения сплошной металлической оболочки;
  • Абсолютная устойчивость воздействию агрессивных сред;
  • Достаточно низкий коэффициент линейного расширения всех составляющих компонентов;
  • Чрезвычайно высокая удельная мощность - до 400 Вт/м.п., и возможность обеспечения разогрева до 700 °С.

 

 

Зональный греющий кабель

 

Зональные нагревательные кабели по принципу тепловыделения такие же, как и линейные, но полностью отличаются по конструктивному исполнению. Так в них, в середине размещении два, изолированных друг от друга проводника тока. В изоляции жил расположены разрывы, при этом смещенные с определенным шагом (как правило 1 метр), в этих разрывах происходит замыкание спирали, с высоким электрическим сопротивлением, которая наматывается поверх двух токопроводников.

 

Преимущества зонального кабеля в том, что он может быть нарезан любой длины, в местах разрыва, минимальная длина греющего элемента при этом составляет один два метра. Максимальная же, длина ограничена сечением токопроводников, то есть их способностью передавать электрический ток, не выходя из строя.

 

Также следует отметить, в зональных греющих кабелях, нагревательные спирали выполняются из сплавов большого сопротивления, в таком случае их мощность фактически не зависит от температуры, поэтому зональные нагревательные кабели еще получили название - кабели постоянной мощности.

 

 

Саморегулирующиеся нагревательные кабели

 

 

Саморегулирующиеся нагревательные кабели конструктивно схожи с резистивными зональными кабелями, так они также имеют два параллельных токопроводника, но в них они не изолированы. Между ними расположена полупроводниковая матрица, основным свойством которой является изменение сопротивления в зависимости от температуры. На этом и основывается эффект саморегулирования - при нагревании значительно увеличивается сопротивление. Это уникальное свойство обусловлено тем, что коэффициент температурного сопротивления материала матрицы в десятки раз выше чем в полупроводниках, не говоря уже о проводниках.

 

Простыми словами работу такого кабеля можно описать так - при понижении температуры вокруг кабеля, уменьшается его электрическое сопротивление, следовательно при этом увеличивается ток протекающий через него и мощность обогрева. С увеличением температуры происходит обратный процесс - сопротивление различных участков увеличивается, а выделяемая мощность при этом падает. Но главное при этом, что каждый участок кабеля находится в своих уникальных условиях, нагреваясь или охлаждаясь в зависимости от температуры вокруг него. Можно сказать, что каждый элемент саморегулирующегося кабеля является одновременно терморегулятором и датчиком температуры.

 

К преимуществам систем кабельного обогрева, основанных на саморегулирующихся кабелях, следует отнести их экономичность, безопасность, повышенный срок службы, относительную простоту монтажа и обслуживания, а также возможность их включения в работу без применения дорогостоящих компонентов автоматизации.

 

Также следует отметить, что саморегулирующийся кабель можно нарезать любой длины (от 20 сантиметров). Это дает возможность в процессе монтажа использовать его без остатков, а в дальнейшем, при необходимости наращивать участки необходимой длины.
Как правило такое наблюдается, в системах антиобледенения, где даже при правильно проведенных проектных работах, в процессе эксплуатации выявляются обмерзающие участки.

 

Применение нагревательных кабелей в системах:

 

  • Антиобледенения (анти лед) - это система электрообогрева края кровли, и других конструктивных элементов крыши. Предотвращает образование сосулек в период оттепели на краю кровли, создавая пути для отвода талой воды, уберегает от разрушений фасад дома, а крышу от протечек;
  • Снеготаяния - это система подогрева поверхности открытых спортивных и пешеходных площадок, лестниц, въездов в паркинг, тротуаров и т.д.. Установление системы снеготаяния предотвращает образование гололеда на обогретых участках. Обогрев поверхности пешеходных зон сохраняет не только внешнее покрытие от разрушения, а также уменьшают риски травмирования людей, который повышается при обледенении дорог, лестниц, тротуаров и других пешеходных зон;
  • Обогрев водосточной системы - это система обогрева водосточных желобов, труб и воронок. Установленный нагревательный кабель предотвращает образование обледенения водосточной системы, за счет нагрева создает пути для отвода талой воды. Окупаемость системы ускоряется за счет уменьшения ежегодных расходов по ремонту фасада, частичной или полной замене элементов водосточной системы;
  • Защита трубопроводов с горячей и холодной водой от замерзания - это система обогрева трубопроводов в наземных и подземных магистралях. Автоматические системы электрообогрева трубопровода, обеспечивают бесперебойную подачу водоснабжения в частных и многоквартирных домах в зимний период года;
  • Компенсация тепловых потерь для поддержания технологической температуры продукта в резервуаре или емкости - это система кабельного обогрева состоящая из нагревательных секций с автоматическим управлением. Система обеспечивает, путем нагрева поверхности резервуара, поддержание нужной температуры жидкостей или продукта, для его хранения или перекачки;
  • Разогрев продукта - это СКО (система кабельного обогрева), обеспечивающая, разогрев продукта за определенный промежуток времени до нужной технологической температуры. Управляются системы обогрева контроллерами, которые обеспечивают управление с помощью датчика температуры. Такие системы значительно мощнее, чем системы применяемые для поддержания температуры;
  • Поддержание технологической температуры в трубопроводе - это автоматизированная система обогрева, которая обеспечивает путем нагрева поверхности трубопровода поддержания постоянной технологической температуры продукта, в трубопроводе. Предотвращает закупоривание и образование пробок на участках трубопровода, что уменьшает вероятность появления аварийных ситуаций и остановок линий снабжения (перекачки) продукта;
  • Комфортный подогрев пола - это автоматическая система подогрева поверхности пола, которая состоит из готовых матов или кабелей. Маты могут быть смонтированы в слой плиточного клея, а кабель устанавливается только в цементно-песчаную стяжку глубиной три-пять см. Кабельные системы подогрева пола создают комфортный микроклимат для человека и являются независимыми системами функционирующие в любую пору года, независимо от основного вида отопления;
  • Отопление помещений - это альтернативный вид электрического отопления помещений, домов и коммерческих зданий. Состоят такие системы из резистивных нагревательных кабелей, которые устанавливаются в бетонный пол (является основным источником обогрева помещений), помещения обогревают за счет аккумуляции тепла. Управляются электрические системы отопления - программируемыми терморегуляторами которые имеют возможность управлять независимо температурным режимом в каждом помещении отдельно. Такие системы просты в эксплуатации, но требуют детального теплотехнического расчета энергоэффективности дома и определения тепло потерь.

 

Экономичность и эффективность использования систем электрообогрева в быту и промышленности подтверждена десятками лет эксплуатации.