Принцип работы саморегулирующегося греющего кабеля

Применение в народном хозяйстве

Для повышения температуры во внутренней части водопровода с пресной питьевой водой применяются соединения, гигиеническая безопасность которых подтверждена специальным документом. Такие кабели устанавливаются посредством особых сальников и взаимодействуют с питьевой жидкостью. Это профильные соединения, одобренные организациями, контролирующими обеспечение безопасности для окружающей среды;

Для защиты от образования ледяного покрытия на лестничных пролетах, площадках, автостоянках, приспособлений для подъема инвалидных колясок во избежание получения людьми различных травм, тоже используют соответствующие системы повышения температуры;

Для защиты от холода кровли и ее элементов, для противодействия обледенению систем удаления воды с крыши. Установка кабеля способна предупредить образование ледяной корки и сосулек. Если не предпринять эти шаги, то может быть нанесен вред крыше, трубам для удаления воды, сети кабеля. От падения ледяных образований с крыши может быть нанесен причинен вред как имуществу, так и жизни или здоровью людей;

В газовых, химических и нефтяных отраслях для повышения температуры внутри труб в холодной атмосфере (для того, чтобы не допустить их обледенения); для повышения температуры труб для повышения проходимости текущих по ним веществ (для того, чтобы не допустить появление очень плотных образований и сужений, мешающих проходимости);

Для регулировки температур резервуаров с продукцией нефтяной промышленности (масло, битум, гудрон и др.). То же самое справедливо для химически активных растворов, веществ и проч. Охранные мероприятия дают возможность предотвратить имущественный ущерб;

В пищевой отрасли повышают температуру водоотводных трубок холодильных установок, образуют в холодильных установках испарение, согревают лотки дренажа из отсеков холодильных установок, повышают температуру картеров поршневых видов помп перед их активацией в холодных условиях. Кроме того, саморегулирующиеся кабели выполняют повышение температуры отдельных резервуаров с запасами продовольствия, пресной водой и противопожарные емкости;
Для увеличения температуры земной поверхности в различных строениях сельхозназначения, включая теплицы и помещений для содержания скота. За счет систем на базе электрических соединений, способных к автоматическому регулированию, появляется возможность, затратив небольшие расходы, сформировать комфортные условия в подобных строениях в течение всех сезонов календарного года, что хорошо отражается на отрасли сельского хозяйства в целом.

Общая характеристика и отличия саморегулирующегося кабеля

Саморегулирующиеся нагревательные кабели – это целая линейка нагревательных кабелей и лент, разработанных благодаря полупроводниковым нанотехнологиям, отличительной особенностью которых является самостоятельное изменение мощности на разных участках одного и того же отрезка в зависимости от окружающей температуры. Они пользуются популярностью при установке систем антиобледенения, обогреве бытовых труб, а также нефте- и газопроводов.

Нагревательные кабели для систем антиобледенения должны соответствовать строгим критериям по уровню надежности и срока службы. На практике в качестве подобных соединений чаще всего применяют два вида электрокабелей: резистивные и саморегулирующиеся.

Резистивные кабели с постоянной мощностью представляют герметичную жилу из меди, имеющую сопротивление всей цепи постоянному току (т.н. омическое сопротивление) и покрытую специальной защитной оболочкой. Данная жила одновременно играет роль элемента накаливания. Подобные соединения обладают конкретной протяженностью, а их способность выделять тепловую энергию никак не связана с температурой воздуха.

У саморегулирующихся кабелей в роли элемента нагрева выступает проводящая матрица на базе углеродного полимера, способного изменять такую характеристику как проводимость в зависимости от температуры окружающей среды. Кабель выделяет оптимальную мощность обогрева точечно именно там и тогда где это необходимо. По мере того как окружающая температура падает, выделяется больше тепла. И наоборот, при повышении температуры выделяется меньше тепла.

Недостатков, связанных с излишним повышением температуры или, наоборот, с его нехваткой тут не бывает. Кроме того, за счет наличия устройства автоматического регулирования создается большая экономия электроэнергии. В частности, системы защиты от образования льда на резистивных соединениях (постоянных по мощности) расходуют вдвое большее количество энергии, чем такие же структуры на саморегулирующемся типе соединений. Вдобавок к этому, системы электрообогрева с автоматической регуляцией обеспечивают максимальную безопасность, а для экстремальных и трудных условий использования производятся особые виды электрических соединений согласно нормам американского института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике и европейского комитета электротехнической стандартизации.

Такая система обогрева гораздо более совершенна и безопасна, чем резистивная и способна даже без дополнительной автоматики обеспечить самый оптимальный режим обогрева. Ее монтаж более удобен так как кабель можно резать на месте установки именно той длины, которая нужна для конкретных целей.

Принцип работы и конструкция

Саморегулирующиеся ленты и кабели изменяет мощность и выделение тепла, учитывая температуру атмосферы, т.е. они постоянно чувствуют перепады температуры без каких-либо дополнительных сенсоров. В итоге различные места соединения кабеля с обогреваемым объектом могут обладать отличающейся температурой, а смежные с соединением устройства и механизмы будут повышать свою температуру в разной мере.

Для подачи напряжения по всей длине саморегулирующихся лент, не пересекаясь, встроена пара медных многожильных проводников. На них подается постоянное электрическое напряжение. Между проводниками электричества размещен ключевым элементом кабеля — специально изготовленная полупроводниковая углеродистая полимерная матрица с обозначением PTC (Positive Temperature Coefficient – Позитивный Температурный Коэффициент). Смысл эффекта PTC состоит в том, что углеродистый наноматериал, составляющий матрицу при достижении порогового значения меняет свое сопротивление и выделяет меньше мощности. У каждого производителя саморегулирующегося кабеля есть своя уникальная секретная технология или рецепт производства матрицы (как рецепт изготовления хлеба у каждого пекаря). Причем рецепт сажи, из которой делается матрица, отличается для различных по мощности и назначению типов самрега. В процессе производства сажа проходит процесс «сшивания» путем облучения ускорителем электронных частиц. Это необходимо, чтобы помочь матрице сохранить характеристику PTC и полимерную устойчивость при многократном нагреве-остывании.

Известно также, что в структуре матрицы помимо частиц графита добавляются мелкие металлические нано-частички для проводимости тока внутри всей структуры. Разогретая матрица расширяется, разрываются проводящие металло-графитовые мостики. В результате увеличивается сопротивление участка, уменьшается ток, уменьшается тепловыделение. При остывании происходит обратный процесс: матрица ужимается, количество каналов связи между токопроводящими металлическими наночастицами становится больше, сопротивление силовой части уменьшается, мощность и выделение тепла возрастает.

Защитная внутренняя изоляция из Полиолефина или Фторполимера защищает матрицу от износа и влаги, а дополнительная оплетка из металла осуществляет функцию механической защиты и заземления одновременно. Наружная оболочка кабеля покрывается также Полиолефином или Фторполимером. При необходимости в состав оболочки добавляются элементы, стойкие к УФ-излучению, если кабель предназначен для размещения на открытом солнце.

При подключении саморегулирующегося электрокабеля к сети начинается накал матрицы по всей протяженности. Затем, в зависимости от величины нагрева, происходит уравновешение, т.е. различные места соединения будут выделять отличающуюся по величине мощность тепловой энергии.

Принцип действия саморегулирующегося кабеля

Цены на обогрев труб в нашем каталоге

Цены на обогрев кровли в нашем каталоге

См. также: Как подобрать кабель для обогрева труб

Принцип действия саморегулируемого нагревательного кабеля

Конструкция саморегулируемого нагревательного кабеля

Саморегулирующие кабели были разработаны преимущественно для целей обогрева водопроводных, канализационных труб, а также водосточных труб и желобов. Первый греющий кабель на основе саморегулируемой матрицы разработала компания Pentair Thermal Management более 30 лет назад и с тех пор распространяет его под брендом RayChem.

Принцип действия саморегулируемого нагревательного кабеля

Отличительной особенностью саморегулируемого греющего кабеля является свойство внутренней термостабилизации, благодаря чему температура тела кабеля всегда постоянна (например, 65, 120 или 190 °С в зависимости от типа кабеля), а мощность условна. По сути, токопроводящая матрица саморегулируемого нагревательного кабеля является термистором PTC (Positive Temperature Coefficient) — резистором с положительным температурным коэффициентом, т.е. его сопротивление быстро возрастает при увеличении температуры.

Материал саморегулирующей полупроводниковой матрицы включает в себя электропроводные частицы, которые находятся ближе друг к другу при низкой температуре и формируют таким образом дорожки проводимости между жилами. Когда температура подымается, частицы отделяются одна от другой благодаря температурному расширению и число дорожек проводимости уменьшается. В результате сопротивление между жилами растет и, соответственно, электрическая мощность падает. Когда температура окружающей среды уменьшается, достигается противоположный эффект.

Иными словами, тепловая мощность саморегулируемого кабеля изменяется в зависимости от температуры. Когда температура обогреваемого им объекта подымается, тепловая мощность кабеля уменьшается, и наоборот. В определенный момент, когда тепловая мощность кабеля становиться равна тепловым потерям нагреваемого объекта, наступает термодинамический баланс. Если температура окружающей среды изменится, то кабель отреагирует на нее, поддержав постоянную температуру нагреваемого объекта.

Таким образом саморегулируемый кабель, в отличие от резистивных типов, никогда не испытывает местных перегревов и не перегорает. Второе преимущество саморегулируемого кабеля в том, что он может быть отрезан любой длины, от 0,5 до 150 метров.

Конструкция саморегулируемого нагревательного кабеля

Нагревательная часть изготовлена из двух луженых медных проводников (A), залитых специальной смесью графита и полупроводниковых полимеров, которые и образуют полупроводниковую саморегулирующуюся матрицу (B). Медные проводники не касаются между собой, а замыкаются через матрицу, которая и является нагревательным элементом. Нагревательная часть изолирована фторополимерным термопластом (C), который является отличной защитой от воды. Далее идет луженый экран (D), для заземления и механической защиты. Материал наружной оболочки (E) имеет несколько видов в зависимости от внешних коррозионно-химических условий эксплуатации модели нагревательного саморегулируемого кабеля. При эксплуатации в простых условиях применяют оболочку из полиолефинового (П) пластиката. В сложных эксплуатационных условиях (конденсат; пары кислот; коррозия, окалины, ультрафиолет) применяется фторополимер (Ф). Для обработки матрицы и внешней оболочки саморегулирующегося кабеля используется технология радиационного сшивания, которая позволяет добиться такого же уровня термоусадки, как и у сшитого полиэтилена.

Ключевые слова: антиобледенение, обогрев труб, саморегулируемый кабель, обогрев крыш

Виды и типы самрегов

В бытовых системах электрообогрева в основном применяется низкотемпературный саморегулирующий кабель, который выдерживает разогрев до 85 C. Среднетемпературные и высокотемпературные кабели имеют значительно большую термостойкость и применяются как правило в добывающей и обрабатывающей промышленности.

По назначению саморегулирующиеся кабели и ленты классифицируют:

Для обогрев бытовых труб;
Для систем антиобледенения (обогрев крыш, водостоков, дорожек, площадок);
Для промышленного обогрева (обогрев нефте- и газопроводов, промышленных емкостей).

По наличию экранирующей оплетки кабели делятся на:

Экранированные – с защитным заземляющим экраном;
Неэкранированные – без защитной оплетки и заземления.

За счет наличия экрана цена кабеля возрастает в 2 раза, поэтому в обычных бытовых местах обогрева, которые не подвергаются механическим воздействиям и мало контактируют с человеком рационально приобрести неэкранированный вариант.

По линейной мощности (мощность на 1 метр погонный) бывают следующих основных видов:

10 Вт/м.пог. – для обогрева внутри труб;
15 Вт/м.пог. – для обогрева внутри и снаружи труб;
24 Вт/м.пог. – обогрев крыш, дорожек, снаружи трубы;
30 Вт/м.пог. – обогрев крыш, труб и систем антиобледенения;
40 Вт/м.пог. – обогрев крыш, водостоков, ендов, систем антиобледенения.

Также существует классификация по типу наружной оболочки:

С пищевой оболочкой – для обогрева внутри водопроводных труб и канализации;
С УФ-защитой – для размещения на крышах и местах, где много излучаемого солнцем ультрафиолета.

Особенности монтажа

Основной частью монтажа саморегулирующегося кабеля является его муфтирование и соединение с силовой частью. Для самостоятельного производства данных работ достаточно строго следовать инструкции, которые вкладываются в монтажные наборы, ну и самое главное, уважительно относиться к такому небезопасному явлению как электричество.

Для муфтирования саморегулирующегося кабеля вам потребуется:

Комплект термоусадок и обжимных клемм;
Плоскогубцы;
Строительный фен (в крайнем случае можно обойтись зажигалкой);
Канцелярский либо остро заточенный бытовой нож, небольших размеров;
Силовой провод (двухжильный – для кабеля без оплетки; трехжильный – для кабеля с оплеткой).

Сперва необходимо подготовить трехжильный (двухжильный) силовой кабель, аккуратно сняв часть наружной изоляции и сняв слой с изолятора каждого провода длиной около 1 см. С нагревательного провода ножом снимается основная изоляция длиной около 5 см. Переплетенную между собой и намотанную на внутреннюю часть кабеля проволочную оплетку экрана нужно раскрутить, а затем снова скрутить в 1 жилу. Она будет использована для заземления.

Отступив от края кабеля на 2 см, снимаем двойной изоляционный слой, под которым находится саморегулирующаяся матрица черного цвета. Ее нужно также вырезать острым ножом, оставив очищенными только идущие вдоль нее 2 медные жилы, длиной около 1 – 1,5 см.

На силовом трехжильном кабеле необходимо согнуть желто-зеленый провод в противоположную сторону, который будет использоваться для подключения заземления. Затем скрученная оплетка заземляющего провода соединяется с желто-зеленым проводом и фиксируется термоусадочной трубкой большего диаметра. Для этого на срезанную небольшую трубочку надевают нагревательный элемент и это место прогревает феном конструкцию до полной усадки.

Два других провода соединяются с 2-мя медными жилами нагревательного кабеля. Соединение проводов осуществляется таким образом: берем обжимные гильзы из комплекта для монтажа и одеваем эти гильзы с одной стороны на медные жилы греющего кабеля, а с другой — на оголенную часть силового провода и затем обжимаются плоскогубцами.

После того, как два основных провода надежно закреплены изолированными втулками, на стык надевают термоусадочные трубки меньшего диаметра и нагревают феном либо зажигалкой до уменьшения в объеме. В процессе нагрева из трубки выделяется клей, что позволяет надежно зафиксировать проводное соединение.

Второй конец саморегулирующей ленты также нужно изолировать с помощью оставшихся термоусадок. Для этого нужно сделать разрезать кабель вдоль пополам 0,5-1 см, стараясь не оголять медные жилы вдоль кабеля. Затем одну из получившихся половинок нужно срезать ножом а другую оставить в таком виде. Это делается с целью исключить замыкание медных жил между собой. Далее на конец кабеля одевается термоусадка и нагревается феном. Можно также обжать кончик плоскогубцами для плотного склеивания.

Подключение нагревательного элемента завершено, и вы можете устанавливать его в качестве главного элемента антиобледенительной системы.

Советы по выбору

Выбирая себе саморегулирующийся кабель, не всегда нужно ориентироваться на цену. Нужно учитывать для чего вы его будете использовать и в каких условиях он будет эксплуатироваться. Вот некоторые моменты, которые нужно знать перед покупкой:

Мощность кабеля. Для обогрева труб снаружи обычно используют кабели 16-30 Вт/м.пог., если кабель будет обогревать трубу изнутри, то 10-15 Вт линейной мощности вполне хватит. Для крыш и водостоков обычно используют самреги мощностью 30-40Вт/м.пог;
УФ-защитная оболочка. Если кабель будет лежать на открытом солнце и на него будет воздействовать УФ-излучение, то нужно покупать кабель с УФ-защитой;
Заземляющая оплетка. Саморегулирующиеся кабели продаются как с заземляющей оплеткой (экраном), так и без. Цена кабеля без «земли» примерно в 1,5-2 раза дешевле. Его целесообразно применять для обогрева труб, уходящих в землю, скважин, на крышах. Самое главное – это смуфтовать данный кабель надежной клеевой заделкой, чтобы обеспечить защиту от проникновения воды. Кабель с экраном более безопасен, однако, но значительно дороже, что не всегда оправдано, тем более что саморегулирующаяся нагревательная матрица у них одинаковая. Она определяет долговечность работы кабеля и в этом плане одинаковый по срокам службы кабель будет серьезно отличаться в цене;

Пусковая мощность. При включении любого саморегулирующегося кабеля его потребляемая мощность выше номинальной. У хорошего качественного саморегулирующегося провода мощность возрастает на 20-50%, у низкосортного самрега (как правило китайского производства) пусковая мощность может «взлететь» в разы. Это говорит о нестабильности матрицы и ее недолговечности. Также низкосортный кабель требует более мощные автоматы для запитки;

Воздушные полости. При покупке необходимо сжать пальцами кабель и провести ими по его длине. Некачественный кабель изготавливается не по стандартам и у него внутри будут нащупываться воздушные полости. Будет ощущение что вешняя оболочка отстает от внутренних частей кабеля. И, наоборот, если в процесс производства отлажен, соблюдена технология, то внешняя оболочка плотно сидит на кабеле, составляет с ним единое целое;
Толщина. Саморегулирующийся кабель как правило имеют ширину около 1 см и толщину 3-4 мм. На рынках Минска и в Областях продавцы, стараясь привлечь покупателя «красной» ценой, подсовывают китайский кабель. Доходит до того, что его ширина составляет немногим более 0,5 см. При такой толщине площадь выделяемого тепла гораздо ниже и такой самрег гораздо менее эффективен. А если матрица, которая в 2 раза меньше по размеру, выделяет аналогичное тепло, то срок ее работы недолговечен. К тому же есть вероятность что со временем питающие жилы могут замкнуться друг с другом из-за того, что в каких-то местах греющая матрица подплавиться или разрушится.

Достоинства и недостатки саморегулирующихся систем обогрева

Достоинства:

Отсутствие перегрева. Саморегулируемые термокабели можно перекрыть друг другом без любого риска перегреть их. Их пересечение друг с другом не наносит никакого вреда

Это имеет немаловажное значение для регулировочнозапорных механизмов, например, когда нужно обмотать задвижку на трубе. Также случается, что греющий кабель в системах антиобледенения закрывается грязью, листьями и прочим мусором

В этом случае обычный резистив сгорит в то время как самреги будут надежно работать;

Удобство нарезки. Такие кабели можно отрезать из общей бухты по не обходимой длине сразу на месте «в поле». Это дает дополнительную гибкость, когда планы не соответствуют ситуации «реальной жизни» на месте. Подобные соединения можно делить на куски необходимой протяженности с предельной длиной до 0,7 — 0,15 км (в зависимости от типа самрега). В отличие от них, резистивные кабели обладают четко установленной длиной;

Саморегулировка. В процессе эксплуатации не требуется устанавливать сложные многоканальные терморегуляторы, т.к. кабель резко снижает мощность после достижения определенной пороговой температуры. Этот режим идеален для антиобледенительных систем, где зачастую очень сложно по всей длине сечения поддерживать нужную температуру. Самрег же сам находит подходящую температуру под каждую зону;

Экономия электричества. За счет точечного выделения тепла там, где это требуется и минимального тепловыделения в местах, не требующих обогрева, саморегулирующий кабель гораздо экономнее резистивного. В системах антиобледенения резистивный кабель подключается как правило к одному термодатчику и выделяет тепло там, где находится датчик и требуется обогрев, так и в местах, где это не нужно.

Недостатки:

Пусковая мощность. При установке надо иметь в виду, что начальное напряжение может быть больше рабочего номинального напряжения максимум вдвое, а питающая сеть должна с этим справиться. Аналогичная ситуация складывается и с подбором регулирующей аппаратуры подходящей мощности;

Ограниченное тепловыделение. Повысить температуру в комнате посредством этого соединения за короткий срок невозможно. При нагреве комнаты, мощность кабеля падает, и он перестает так же интенсивно нагревать окружающее помещение;
Сравнительно высокая стоимость. Цена в расчете на 1 метр погонный саморегулирующегося кабеля в 2-3 раза выше чем у кабеля постоянной мощности. Это может сразу отпугнуть потребителя, не разобравшегося в вопросе. Если же посчитать экономию электроэнергии и остальные плюсы, то такое превышение цены вполне оправданно;
Относительно небольшая длина одного участка. В зависимости от типа кабеля, максимальный отрезок саморегулирующегося кабеля не может превышать 65-120 метров. У резистивов длина в разы выше. Это накладывает задачи по установке дополнительных точек запитки;
Ограниченный срок службы. Такой кабель в среднем служит около 10-15 лет. Далее его матрица начинает деградировать и существенно снижать мощность вплоть до 0.

Понравилось? Оцените статью!