Câbles chauffants: types et applications

Câbles chauffants - un type spécifique de produits de câbles qui convertissent l'énergie électrique en chaleur pour le chauffage et remplissent la fonction d'un récepteur d'énergie électrique plutôt que d'une ligne de transmission. Les câbles chauffants sont sensiblement différents des câbles et fils ordinaires, dont le but est de transmettre l'énergie électrique avec le moins de perte et avec une légère chute de tension et non la longueur de la ligne (généralement pas plus de 5%).

Le câble chauffant est utilisé comme sections chauffantes, c'est-à-dire segments d'une certaine longueur, et à cette longueur, il y a une chute complète de la tension appliquée. Par conséquent, la section de chauffage doit être considérée comme un récepteur conventionnel d'énergie électrique (comme l'un des types d'éléments chauffants électriques).

La longueur des sections de chauffage par câble varie généralement de plusieurs mètres à plusieurs centaines de mètres.

Négatif pour les câbles conventionnels, l'effet de dissipation d'une partie de l'énergie transmise sous forme de chaleur est utilisé comme utile pour chauffer les câbles. De plus, la conversion de l'énergie électrique en chaleur se fait de la manière la plus optimale et la plus économique. La conversion est complète, silencieuse, sans utilisation de substances supplémentaires (carburant, comburant).

Les câbles chauffants ont une gamme assez développée et sont utilisés dans une grande variété d'installations et d'appareils. Mais néanmoins, ils concernent des produits de câbles particuliers et dans la littérature spéciale, il n'y a pratiquement aucun travail sur la conception, le calcul et l'utilisation des câbles chauffants.

Types de câbles selon le schéma de dissipation thermique

Résistif linéaire - câbles chauffants dans lesquels de la chaleur est dégagée sous l'effet Joule-Lenz lorsque le courant électrique traverse le noyau chauffant. Le câble est conçu de manière à ce qu'une chute complète de la tension appliquée se produise dans le noyau chauffant, mais les éléments du câble ne surchauffent pas au-dessus des valeurs admissibles.

La longueur de la section de chauffage est généralement de quelques à plusieurs centaines de mètres. Les câbles de ce type peuvent avoir un, deux ou plusieurs noyaux chauffants parallèles ayant une forme linéaire ou en spirale. Une coupe arbitraire de câble sur la longueur est inacceptable.

La puissance thermique des câbles linéaires résistifs diminue légèrement pendant le chauffage, et l'amplitude du changement dépend de la valeur du coefficient de température de résistance du matériau du noyau chauffant. Les plus petits changements de résistance sont observés dans les alliages à haute résistance (TKr + 0,0001), les plus importants dans le cuivre (TKr + 0,004)

Zonal résistif les câbles chauffants ne diffèrent pas en principe des précédents, mais diffèrent fondamentalement dans leur conception. Ils contiennent deux conducteurs isolés parallèles.

L'isolation des conducteurs conducteurs a périodiquement localisé des «fenêtres» déplacées les unes des autres avec un pas donné (généralement environ 1 m). Une mince bobine de fil d'alliage à haute résistance est superposée au-dessus de ces deux noyaux.

Dans les "fenêtres", la spirale se ferme sur les fils conducteurs, en conséquence, le câble représente un ensemble de résistances (résistances) connectées en parallèle aux fils conducteurs. Sur chacun d'eux, il y a une baisse complète de la tension appliquée. Le câble zonal est pratique car il peut être coupé n'importe où. La longueur minimale de la section de chauffage est de 1,5 à 2 m.

La longueur maximale est déterminée par la section des conducteurs conducteurs et la puissance linéaire.Étant donné que l'élément chauffant des câbles de zone résistive est constitué d'alliages à haute résistance, leur puissance est pratiquement indépendante de la température, ils sont donc également appelés câbles à puissance constante.

Câbles autorégulants ont une conception partiellement similaire à celle des câbles de zone résistifs. Ils contiennent également deux conducteurs parallèles, mais non isolés. Les conducteurs sont soit enfermés dans une matrice conductrice polymère, soit connectés via des fils conducteurs en spirale polymère.

L'effet de l'autorégulation est obtenu du fait que l'élément combustible du câble, en matériau conducteur polymère, augmente considérablement sa résistance à la chaleur. La valeur Tcr du polymère conducteur atteint 0,05-0,075, soit 12 à 18 fois plus que celle du cuivre.

Câbles chauffants inductifs dans leur conception, ils contiennent des éléments ferromagnétiques et des conducteurs isolés conducteurs sont disposés autour des éléments ferromagnétiques sous la forme d'un enroulement induisant un flux magnétique alternatif dans le noyau. L'effet de dégagement de chaleur est obtenu à la fois en raison de pertes résistives dans l'enroulement et en raison de pertes résistives dans le noyau résultant de courants induits.

Le rapport entre ces pertes et d'autres est déterminé par la conception du câble. Les pertes dans le noyau peuvent représenter 80 à 20% de la perte totale du câble. Dans le premier cas, les pertes dans l'enroulement sont faibles, et il est légèrement chauffé du fait de ses propres pertes, ce qui permet d'obtenir une puissance linéaire nettement supérieure par rapport aux câbles résistifs.

La méthode de chauffage des canalisations utilisant «l'effet SKIN» peut également être considérée comme l'une des options pour le câble inductif. Dans ce cas, le rôle de l'enroulement par induction est joué par un noyau isolé de grande section, et le rôle de l'inducteur est le tuyau en acier dans lequel ce noyau est situé. La chaleur est générée à la fois dans le cœur et dans le tuyau en raison des courants de Foucault induits.

Applications pour câbles chauffants

Les appareils qui utilisent des câbles chauffants peuvent différer considérablement en taille, en température de fonctionnement et en chaleur. Par conséquent, la gamme d'applications pour les câbles chauffants est très large.

Vêtements chauffants, couvertures, tapis - couvertures et couvertures électriques, coussins chauffants, sièges chauffants, vêtements et chaussures chauffants. En règle générale, ils ont une petite puissance (10 - 50 W) et une température de fonctionnement sans danger pour l'homme, c'est-à-dire ne dépassant pas 50 ° C. Ce groupe peut comprendre les appareils de chauffage domestique de faible puissance: appareils de chauffage pour bébé, dégivreurs pour réfrigérateurs utilisant des câbles chauffants.

Systèmes de chauffage de pièce - les câbles chauffants y sont utilisés comme élément combustible, répartis plus ou moins uniformément sur toute la surface de la pièce. Si nécessaire, les câbles peuvent être montés sur les murs et au plafond. La meilleure option pour l'installation de câbles en termes de transfert de chaleur, de stockage de chaleur, de sûreté et de sécurité est d'installer le câble dans l'épaisseur d'une chape de ciment, posée sous un revêtement de sol décoratif.

La température sur la surface chauffée est généralement de 22 à 26 ° C, mais peut atteindre 35 ° C. La puissance spécifique des systèmes de chauffage par le sol varie dans la plage de 70 à 150 W / m². Les systèmes de stockage ont une puissance allant jusqu'à 200 W / m². La puissance totale du système peut avoir des limites très larges: de 100 watts à des dizaines et des centaines de kilowatts.

Systèmes de dégivrage pour trottoirs, escaliers ouverts, rampes. Comme dans le cas précédent, les câbles sont posés dans l'épaisseur de la base en béton. Ces systèmes ne fonctionnent qu'à un moment où la neige tombe à la surface de ces objets ou des formes de glace.

La puissance spécifique des systèmes de chauffage pour surfaces ouvertes varie dans la plage de 200 à 350 W / m2. La capacité totale du système varie de plusieurs à plusieurs dizaines de centaines de kilowatts.

Cela comprend également les systèmes d'antigivrage pour les installations sportives (terrains de football, tapis roulants, hippodromes, courts de tennis), les sections dangereuses des autoroutes (ascensions, descentes, virages serrés), les pistes. La puissance de chauffage spécifique de ces systèmes peut atteindre 500 W / m², et la puissance totale - plusieurs mégawatts.

Systèmes de dégivrage de toiture servent à prévenir: le colmatage de la glace sur les voies d'écoulement de l'eau, la formation de glaçons et à éliminer la neige et la glace des zones dangereuses. Les câbles chauffants sont placés le long des voies de drainage de l'eau, dans les tuyaux de drainage, sur les avant-toits, les canons à eau, les vallées et les jonctions.

Les câbles chauffants utilisés dans ces systèmes ont, en règle générale, une puissance linéaire de 25 watts ou plus par mètre. La capacité totale du système dépend de la conception et de la taille du toit d'un bâtiment particulier et varie de 1-2 à plusieurs centaines de kilowatts.

La température à la surface des systèmes d'antigivrage en l'absence de neige et de glace et à une température ambiante négative est généralement de +5 à 7 ° C.Pendant la fonte de la neige et de la glace, la température de surface n'est que d'une fraction de degré supérieure à 0 ° C. Si la température ambiante est supérieure à + 5 ° C, les systèmes d'antigivrage sont désactivés car inutiles.

Systèmes de chauffage pour pipelines et réservoirs. Les systèmes de tuyauterie sont longs et ramifiés, et les câbles chauffants sont les mieux adaptés à leur chauffage. En pratique, en règle générale, il existe deux types de systèmes de chauffage - empêchant le gel et maintenant la température du tuyau au-dessus de la normale (au-dessus de + 20 ° C). Le principal objectif des deux types de systèmes est de compenser la perte de chaleur du tuyau (ou du réservoir) dans l'environnement.

Les sections de chauffage sont montées sur le dessus du tuyau (réservoir) et fermées ensemble par une isolation thermique. La puissance linéaire des systèmes de chauffage des pipelines est généralement de 10 à 60 W / m. La capacité totale du système dépend de la longueur de la canalisation.La puissance spécifique des systèmes de chauffage des réservoirs est de 10 à 80 pour 1 m2. La surface chauffée et le total dépendent de la taille du réservoir.

Le but des systèmes antigel est d'empêcher la formation de bouchons de glace et la rupture des pipelines, donc il suffit de maintenir + 5 ° C sur le tuyau. ° C, et pour le bitume nécessite 160-180 ° C.

Systèmes de chauffage pour équipements technologiques Ils se distinguent par une grande variété d'objectifs, de températures requises, de capacités spécifiques et sont développés sur la base d'une approche individuelle.