Topné kabely: typy a aplikace

Topné kabely - specifický typ kabelových produktů, které přeměňují elektrickou energii na teplo pro vytápění a plní funkci přijímače elektrické energie, nikoli přenosového vedení. Topné kabely se výrazně liší od běžných kabelů a vodičů, jejichž účelem je přenášet elektrickou energii s co nejmenší ztrátou a mírným poklesem napětí, nikoli délkou vedení (obvykle ne více než 5%).

Topný kabel se používá jako topné sekce, tj. segmenty určité délky a v této délce dochází k úplnému poklesu aplikovaného napětí. Proto by topná část měla být považována za konvenční přijímač elektrické energie (jako jeden z typů elektrických topných prvků).

Délka kabelových topných sekcí se obvykle pohybuje od několika metrů do několika set metrů.

Negativní pro konvenční kabely, účinek rozptylu části přenášené energie ve formě tepla se používá jako užitečný v topných kabelech. Kromě toho dochází k přeměně elektrické energie na teplo nejoptimálnějším a nejhospodárnějším způsobem. Konverze je úplná, tichá, bez použití dalších látek (palivo, oxidační činidlo).

Topné kabely mají poměrně rozvinutou řadu a používají se v celé řadě instalací a zařízení. Nicméně se týkají zvláštních kabelových produktů a v literatuře prakticky neexistují práce na návrhu, výpočtu a použití topných kabelů.

Druhy kabelů podle schématu odvádění tepla

Odolný lineární - topné kabely, ve kterých se uvolňuje teplo v důsledku Joule-Lenzova efektu, když elektrický proud prochází topným jádrem. Kabel je konstruován tak, že v topném jádru dochází k úplnému poklesu přiváděného napětí, ale kabelové prvky se nepřehřívají nad přípustné hodnoty.

Délka topné sekce je obvykle od několika do stovek metrů. Kabely tohoto typu mohou mít jedno, dvě nebo více paralelních topných jader majících lineární nebo spirálový tvar. Libovolné stříhání kabelů po celé délce je nepřijatelné.

Tepelný výkon odporových lineárních kabelů se během zahřívání mírně snižuje a velikost změny závisí na hodnotě teplotního koeficientu odporu materiálu topného jádra. Nejmenší změny v odporu jsou pozorovány ve slitinách s vysokým odporem (TKr + 0,0001), největší v mědi (TKr + 0,004)

Odolný zonal topné kabely se v zásadě neliší od předchozích kabelů, ale zásadně se liší konstrukcí. Obsahují dva paralelní izolované vodiče.

Izolace vodivých vodičů má periodicky lokalizovaná „okna“, která se od sebe navzájem posunují v daném kroku (obvykle asi 1 m). Na těchto dvou jádrech je položena tenká drátová cívka z vysoce odolné slitiny.

V „oknech“ spirála uzavírá vodivé dráty, což v důsledku představuje kabel sadu odporů (odporů) připojených paralelně s vodivými dráty. Na každém z nich je úplný pokles přiváděného napětí. Zonální kabel je výhodný v tom, že jej lze kdekoli řezat. Minimální délka topné sekce je 1,5 - 2 m.

Maximální délka je určena průřezem vodivých vodičů a lineárním výkonem.Protože topný prvek kabelů s odporovou zónou je vyroben z vysoce odolných slitin, je jejich výkon prakticky nezávislý na teplotě, proto se také nazývají kabely s konstantním výkonem.

Samoregulační kabely mají konstrukci částečně podobnou konstrukci kabelů s odporovou zónou. Obsahují také dva paralelní vodiče, ale neizolované. Vodiče jsou buď uzavřeny v polymerní vodivé matrici, nebo jsou spojeny prostřednictvím spirálových polymerních vodivých vláken.

Účinek samoregulace je dosažen díky skutečnosti, že palivový prvek kabelu, vyrobený z polymerního vodivého materiálu, výrazně zvyšuje svůj odpor při zahřívání. Hodnota Tcr vodivého polymeru dosahuje 0,05-0,075, tj. 12-18krát více než u mědi.

Indukční topné kabely ve své konstrukci obsahují feromagnetické prvky a kolem feromagnetických prvků jsou položeny vodivé izolované vodiče ve formě vinutí indukujících střídavý magnetický tok v jádru. Účinek uvolňování tepla je dosažen jednak v důsledku odporových ztrát ve vinutí, ale také v důsledku odporových ztrát v jádře způsobených indukovanými proudy.

Poměr těchto a dalších ztrát je určen konstrukcí kabelu. Ztráty v jádru mohou činit 80–20% celkové ztráty kabelů. V prvním případě jsou ztráty ve vinutí malé a mírně se zahřívají díky vlastním ztrátám, což umožňuje získat výrazně vyšší lineární výkon ve srovnání s odporovými kabely.

Metodu vytápění potrubí pomocí „SKIN efektu“ lze také považovat za jednu z možností indukčního kabelu. V tomto případě hraje roli indukčního vinutí izolované jádro velkého průřezu a role induktoru je ocelová trubka, ve které je toto jádro umístěno. Teplo je vytvářeno jak v jádru, tak v potrubí díky indukovaným vířivým proudům.

Aplikace pro topné kabely

Zařízení používající topné kabely se mohou výrazně lišit co do velikosti, provozní teploty a tepelného výkonu. Rozsah aplikací pro topné kabely je proto velmi široký.

Vyhřívané oblečení, přikrývky, koberce - elektrické přikrývky a přikrývky, topné podložky, vyhřívaná sedadla, vyhřívané oblečení a obuv. Zpravidla mají malý výkon (10 - 50 W) a provozní teplotu, která je bezpečná pro člověka, tj. Ne vyšší než 50 ° C. Do této skupiny mohou patřit nízkoenergetické ohřívače pro domácnost: ohřívače dětské výživy, rozmrazovače pro chladničky používající topné kabely.

Vytápění místností - v nich se topné kabely používají jako palivový článek, víceméně rovnoměrně rozmístěné po celé místnosti. V případě potřeby lze kabely namontovat na stěny a na strop. Nejlepší možností instalace kabelů z hlediska přenosu tepla, skladování tepla, bezpečnosti a zabezpečení je instalace kabelu v tloušťce cementového potěru, položeného pod dekorativní podlahovou krytinu.

Teplota na zahřátém povrchu je obvykle 22 - 26 ° C, ale může dosáhnout 35 ° C. Specifický výkon systémů podlahového vytápění se pohybuje v rozmezí 70 - 150 W / m². Úložné systémy mají výkon až 200 W / m². Celkový výkon systému může mít velmi široké limity: od 100 wattů do desítek a stovek kilowattů.

Odmrazovací systémy pro chodníky, otevřené schody, rampy. Stejně jako v předchozím případě jsou kabely pokládány v tloušťce betonové základny. Tyto systémy fungují pouze v době, kdy na povrch těchto předmětů nebo ledových tvarů padá sníh.

Specifický výkon topných systémů pro otevřené povrchy se pohybuje v rozmezí 200 - 350 W / m2. Celková kapacita systému se pohybuje od několika do desítek stovek kilowattů.

Patří sem také systémy proti námraze pro sportovní zařízení (fotbalová hřiště, běžecké tratě, závodní dráhy, tenisové kurty), nebezpečné úseky dálnic (stoupání, klesání, ostré zatáčky), dráhy. Specifický topný výkon těchto systémů může dosáhnout 500 W / m² a celkový výkon - několik megawattů.

Systémy odmrazování střechy slouží k prevenci: ucpávání ledových cest, vytváření rampouchů a odstraňování sněhu a ledu z nebezpečných oblastí. Topné kabely jsou umístěny podél vodních toků, v odtokových potrubí, na okapech, vodních kanálech, na údolích a křižovatkách.

Topné kabely používané v těchto systémech mají zpravidla lineární výkon 25 nebo více wattů na metr. Celková kapacita systému závisí na konstrukci a velikosti střechy konkrétní budovy a pohybuje se mezi 1–2 až několika stovkami kilowattů.

Teplota na povrchu systémů proti námraze v nepřítomnosti sněhu a ledu a při záporné teplotě okolí je obvykle +5 - 7 ° C. Během tání sněhu a ledu je povrchová teplota pouze zlomkem stupně vyšším než 0 ° C. Pokud je okolní teplota nad + 5 ° С, jsou systémy ochrany proti námraze vypnuty jako zbytečné.

Topné systémy pro potrubí a nádrže. Potrubní systémy jsou dlouhé a rozvětvené a topné kabely jsou pro jejich vytápění nejvhodnější. V praxi existují zpravidla dva typy topných systémů - zabraňující zamrzání a udržování teploty na potrubí nad normální hodnotou (nad + 20 ° C). Hlavním účelem obou typů systémů je kompenzovat tepelné ztráty z potrubí (nebo nádrže) do životního prostředí.

Topné sekce jsou namontovány na horní straně potrubí (nádrže) a společně uzavřeny tepelnou izolací. Lineární výkon topných systémů potrubí je obvykle 10-60 W / m. Celková kapacita systému závisí na délce potrubí, měrný výkon systémů vytápění nádrží je 10-80 na 1 m2. Vyhřívaná plocha a celková hodnota závisí na velikosti nádrže.

Účelem nemrznoucích systémů je vyloučit tvorbu ledových zátek a prasknutí potrubí, proto stačí udržovat na potrubí + 5 ° C. Systémy udržování teploty se mohou velmi lišit v požadované teplotě na potrubí (nádrž): +40 stačí k přepravě oleje a mnoha vodných roztoků ° C, a pro bitumen vyžaduje 160 - 180 ° C.

Topné systémy pro technologická zařízení Vyznačují se širokou škálou účelů, požadovanými teplotami, specifickými kapacitami a vyvíjejí se na základě individuálního přístupu.