Що таке одножильний, зональний та саморегулюючий нагрівальні кабелі і сфера застосування гріючих кабелів

Нагрівальні кабелі за принципом роботи загалом поділяються на резистивні та саморегулюючі гріючі елементи

 

Нагрівальний кабель це досить незвичний вид кабельних виробів, який не передає електричну енергію, а перетворює її в теплову. Головним параметром нагрівальних кабелів є питома тепловіддача (Вт/м.п.), тобто потужність, що продукується на 1 метр його довжини.

Резистивні одножильні та двужильні кабелі

 

Резистивні кабелі в свою чергу поділяються на лінійні та зональні.

Основним елементом лінійного резистивного нагрівального кабелю є його внутрішня нагрівальна жила, що виготовляється зі спеціальних сплавів з високим електричним опором. Зовні жила захищена оболонкою із полімерного електроізоляційного матеріалу, та суцільного алюмінієвого екрану або із плетеного мідного дроту. Вся конструкція поміщена в зовнішню оболонку, яка в залежності від умов експлуатації має необхідну стійкість до: ультрафіолетового випромінювання, дії низьких чи високих температур, агресивних хімічних сполук тощо. Все вищезгадане щодо зовнішньої ізоляції, є характерним для всіх типів нагрівальних кабелів.

В резистивних лінійних кабелях тепловиділення відбувається, за рахунок виконання роботи електричним струмом при подоланні опору провідника (ефект Джоуля-Ленца), так вільні електрони рухаючись в провіднику, зіштовхуються з атомами та молекулами, при цьому механічна енергія перетворюється в теплову. Підбір матеріалу нагрівальної жили та інших конструктивних елементів здійснюється так, щоб відбувалось повне падіння напруги що прикладається з одночасним забезпеченням відсутності перегріву вище допустимих значень.

Довжини нагрівальних секцій, в залежності від робочих температур та напруги, може бути від одного метру до кількох кілометрів. При цьому слід пам’ятати, що довільне нарізання кабелю не припустиме. Також варто враховувати, при проектуванні чи теплотехнічних розрахунках, що при зростанні температури питоме тепловиділення резистивних лінійних кабелів зменшується, в залежності від величини температурного коефіцієнту опору матеріалу нагрівальної жили.

За конструктивним виконанням резистивні елементи поділяються на одно та двожильні кабелі. Різниця між такими кабелями полягає лише в підключенні до живлення:

• В одножильних секціях в з’єднувальну коробку для комутації заводиться два холодних кінця (при укладанні одножильних нагрівальних секцій, необхідний точний розрахунок загальної та нагрівальної площі, щоб іншим холодним кінцем кабелю повернутися до коробки);
• В двожильних секціях для комутації в з’єднувальну коробку заводиться один холодний кінець, а інший є кінцевою муфтою.

Відрізні резистивні кабелі мають різний питомий опір нагрівального провідника. Секції потрібної потужності і довжини підбираються шляхом програмного розрахунку. При великих обсягах нагрівальної площі або лінійної довжини нагріву, відрізний кабель дає можливість раціонально вирішити нестандартні завдання з можливістю підключення живлення 220/380 Вольт.

Мінеральний гріючий кабель

 

Окремим видом резистивних лінійних нагрівальних кабелів є кабель з мінеральною ізоляцією. Цей тип нагрівальних кабелів представляє собою металевий провідник з ізоляцією із оксиду магнію, що поміщений в суцільну оболонку із мідно-нікелевих сплавів, нержавіючих чи жароміцних сталей. Струмопровідник представляє собою жилу, як правило виготовляється і з міді чи мідних сплавів. Мінеральний ізолятор забезпечує стабільність структури та надзвичайно високі діелектричні властивості в дуже широкому діапазоні температур. Порошковий оксид магнію визнаний самим надійним та високоефективним ізолятором з високим, при цьому коефіцієнтом теплопровідності.

До переваг кабелів з мінеральною ізоляцією, слід віднести:

• Найвищі, серед нагрівальних кабелів, механічні властивості, що забезпечуються завдяки суцільній металевій оболочці;
• Абсолютна стійкість та герметичність в різноманітних агресивних середовищах;
• Низький коефіцієнт лінійного розширення;
• Максимальний захист від електромагнітного випромінення:
• Надзвичайно висока питома потужність до 400 Вт/м.п., та можливість забезпечення розігріву до 700 °С.

 

Зональні нагрівальні кабелі

 

Зональні нагрівальні кабелі по принципу дії такі самі як і лінійні, але повністю відрізняються за виконанням. Так в них, в середині розміщенні два паралельних провідники струму, що ізольовані один від одного. В ізоляції жил розташовані розриви, при цьому зміщенні один від одного з певним кроком (як правило 1 метр), в цих розривах замикається спіраль високого опору, яка намотується поверх двох струмопровідників.

Переваги зонального кабелю в тому, що він може бути нарізаний будь-якої довжини, в місцях розриву, мінімальна довжина при цьому 1 – 2 метра. Максимальна ж, довжина обмежена перерізом струмопровідників, тобто їх здатністю передавати електричний струм не виходячи з ладу. Так як нагрівальні спіралі виконуються із сплавів великого опору, то їх потужність фактично не залежить від температури, тому зональні нагрівальні кабелі ще дістали назву – кабелі постійної потужності.

 

Саморегулюючі нагрівальні кабелі

 

Саморегулюючі нагрівальні кабелі конструктивно схожі з резистивними зональними кабелями, так вони також мають два паралельних струмопровідника, але в них вони не ізольовані. Між ними розміщена напівпровідникова матриця, основною властивістю якої є зміна опору в залежності від температури. На цьому і ґрунтується ефект саморегулювання – при нагріванні значно збільшується опір. Ця унікальна властивість обумовлена тим, що коефіцієнт температурного опору матеріалу матриці в десятки разів вище ніж у напівпровідників, не кажучи вже про провідники.

Простими словами роботу такого кабелю можна описати так - чим нижча температура навколишнього середовища біля кабелю, тим менший його опір, а отже збільшується струм, що протікає через нього та потужність обігріву. Зі збільшенням температури опір різних ділянок підвищується, а потужність при цьому падає. Але головне при цьому, що взаємний вплив сусідніх ділянок мінімальний, тобто кожен, образно кажучи, метр кабелю знаходиться в своїх унікальних умовах, нагріваючись чи охолоджуючись в залежності від температури навколо нього. Можна сказати, що кожен елемент саморегулюючого кабелю є одночасно і терморегулятором і датчиком температури.

До переваг систем кабельного обігріву, що базуються на саморегулюючих кабелях, варто віднести їх довговічність, підвищену безпеку, простоту монтажу та обслуговування та можливість їх включення в роботу без застосування дороговартісних компонентів автоматизації.

Також слід відмітити, що саморегулюючий кабель можна нарізати довільної довжини (від 20 см.). Це дає можливість використовувати його без залишку, а в разі необхідності нарощувати ділянки необхідної довжини. Що часто спостерігається наприклад в системах антиобледеніння водостоків і покрівлі, де навіть при правильно проведених розрахунках та проектних роботах, під час експлуатації виявляються ділянки, що обмерзають.

 

Застосування нагрівальних кабелів в системах:

• Антиобледеніння (антикригові) - це система електрообігріву покрівлі та інших конструктивних елементів даху. Запобігає утворенню бурульок в період відлиги на краю покрівлі, створюючи шляхи для відводу талої води, що вберігає від руйнувань фасад будинку, а дах від протікань;
• Сніготанення - це система підігріву поверхні відкритих спортивних та пішохідних майданчиків, сходів, в’їздів в паркінг, тротуарів тощо. Встановленні системи сніготанення запобігають утворення ожеледиці на обігрітих ділянках. Обігрів поверхні пішохідних зон зберігають не тільки зовнішнє покриття від руйнувань, а також зменшують ризики травмування людей, який підвищується під час обмерзання доріг;
• Обігрів водостічної системи - це система обігріву водостічних жолобів, труб та воронок. Встановлений нагрівальний кабель запобігає обледенінню водостічної системи, за рахунок нагріву створює шляхи для відведення талої води. Окупність системи пришвидшується за рахунок зменшення щорічних витрат з ремонту або повній заміні елементів водостічної системи;
• Захист трубопроводів з гарячою і холодною водою від замерзання - це система обігріву трубопроводів в наземних та підземних магістралях. Автоматичні системи електрообігріву трубопроводу, забезпечують безперебійну подачу водопостачання в приватних та багатоквартирних будинках в зимовий період року;
• Підтримання технологічної температури продукту в резервуарі або ємності - це система електрообігріву яка складається з нагрівальних кабелів та системи керування.Система забезпечує шляхом нагріву поверхні резервуару підтримання потрібної технологічної температури продукту для зберігання або перекачування;
• Розігрів продукту в резервуарах та ємностях - це система кабельного електрообігріву, яка забезпечує розігрів продукту за певний проміжок часу до потрібної технологічної температури. Управляються системи контролерами які забезпечують управління за допомогою датчику температури. Такі системи є значно потужнішими, ніж системи які застосовуються для підтримання температури;
• Підтримання технологічної температури в трубопроводі - це автоматизована система обігріву, яка забезпечує шляхом нагріву поверхні трубопроводу підтримання постійної технологічної температури продукту в трубопроводі. Запобігає закупорюванню трубопроводу, що призводять до аварійних ситуацій та зупинок ліній постачання (перекачування) продукту;
• Комфортний підігрів підлоги - це автоматична система підігріву поверхні підлоги, яка складається з готових матів або нагрівальних секцій. Монтуються нагрівальні мати в будь-якому приміщенні в шар плиткового клею або у вигляді кабелю в цементну піщану стяжку 3-5 сантиметрів. Системи підігріву підлоги створюють комфортний мікроклімат для людини і являються незалежними системами від основного виду опалення що функціонують в будь-яку пору року;
• Опалення приміщень - це альтернативний вид електричного опалення приміщень, будинків та комерційних споруд. Складаються такі системи з резистивних нагрівальних кабелів, які встановлюються в бетонну підлогу (є основним джерелом обігріву приміщень). Керуються електричні системи опалення - програмованими терморегуляторами які мають можливість управляти незалежно температурним режимом в кожному приміщенні окремо. Такі системи є прості в експлуатації, але потребують складного розрахунку на тепловтрати та визначення класу енергоефективності будинку.

Економічність та ефективність використання систем електрообігріву в побуті та промисловості підтверджена десятками років експлуатації.