Отоплителни кабели: видове и приложения

Отоплителни кабели - специфичен вид кабелни продукти, които преобразуват електрическата енергия в топлина за отопление и изпълняват функцията на приемник на електрическа енергия, а не на електропровод. Нагревателните кабели значително се различават от обикновените кабели и проводници, чиято цел е да предават електрическа енергия с най-малка загуба и с лек спад на напрежението, а не дължината на линията (обикновено не повече от 5%).

Нагревателният кабел се използва като отоплителни секции, т.е. сегменти с определена дължина и при тази дължина има пълен спад на приложеното напрежение. Следователно отоплителната секция трябва да се разглежда като конвенционален приемник на електрическа енергия (като един от видовете електрически нагревателни елементи).

Дължината на кабелните секции за отопление обикновено варира от няколко метра до няколкостотин метра.

Ефектът от разсейването на част от предаваната енергия под формата на топлина, която е отрицателна за конвенционалните кабели, се използва като полезна при отоплителните кабели. Освен това преобразуването на електрическата енергия в топлина става по най-оптималния и икономичен начин. Преобразуването е пълно, безшумно, без използването на допълнителни вещества (гориво, окислител).

Отоплителните кабели имат доста развит обхват и се използват в голямо разнообразие от инсталации и устройства. Но въпреки това те се отнасят до специфични кабелни продукти и в специалната литература практически няма работа по проектирането, изчисляването и използването на отоплителните кабели.

Видове кабели според схемата на разсейване на топлината

Резистивен линеен - нагревателни кабели, в които се отделя топлина поради ефекта на Joule-Lenz, когато електрически ток преминава през отоплителното ядро. Кабелът е проектиран по такъв начин, че в отоплителното ядро ​​се наблюдава пълен спад на приложеното напрежение, но кабелните елементи не прегряват над допустимите стойности.

Дължината на отоплителната секция обикновено е от няколко до стотици метра. Кабелите от този тип могат да имат едно, две или повече успоредни нагревателни ядра с линейна или спирална форма. Произволно рязане на кабели по дължината е неприемливо.

Топлинната мощност на резистивните линейни кабели намалява леко по време на нагряване, а величината на промяната зависи от стойността на температурния коефициент на съпротивление на материала на отоплителното ядро. Най-малките промени в съпротивлението се наблюдават в сплави с висока устойчивост (TKr + 0,0001), най-големите в мед (TKr + 0,004)

Резистивен зонален отоплителните кабели не се различават по принцип от предишните, но по същество се различават по своя дизайн. Те съдържат два успоредни изолирани проводника.

Изолацията на проводящите проводници периодично намира „прозорци“, изместени една от друга с дадена стъпка (обикновено около 1 m). Върху тези две ядра се наслагва тънка телена намотка от високоустойчива сплав.

В "прозорците" спиралата се затваря върху проводимите проводници, в резултат на това кабелът представлява набор от съпротивления (резистори), свързани паралелно с проводимите проводници. На всеки от тях има пълен спад на приложеното напрежение. Зоналният кабел е удобен с това, че може да се реже навсякъде. Минималната дължина на отоплителната секция е 1,5 - 2 m.

Максималната дължина се определя от напречното сечение на проводимите проводници и линейната мощност.Тъй като нагревателният елемент на резистивните зонални кабели е направен от сплави с висока устойчивост, тяхната мощност практически не зависи от температурата, поради което те се наричат ​​и постоянни силови кабели.

Саморегулиращи се кабели имат дизайн, частично подобен на дизайна на резистивни зонални кабели. Те също съдържат два успоредни проводника, но не изолирани. Проводниците са или затворени в полимерна проводима матрица, или са свързани чрез спираловидни полимерни проводими нишки.

Ефектът от саморегулирането се постига поради факта, че горивният елемент на кабела, изработен от полимерен проводящ материал, значително увеличава съпротивлението му при нагряване. Стойността на Tcr на проводящия полимер достига 0,05-0,075, т.е. 12-18 пъти повече от тази на медта.

Индуктивни нагревателни кабели в своя дизайн те съдържат феромагнитни елементи, а около феромагнитните елементи са положени проводници с изолация под формата на намотка, предизвикваща променлив магнитен поток в сърцевината. Ефектът на отделяне на топлина се постига както поради резистивни загуби в намотката, така и поради резистивни загуби в сърцевината, произтичащи от индуцирани токове.

Съотношението на тези и други загуби се определя от дизайна на кабела. Загубите в ядрото могат да бъдат 80-20% от общата загуба на кабел. В първия случай загубите в намотката са малки и той леко се нагрява поради собствените си загуби, което позволява да се получи значително по-висока линейна мощност в сравнение с резистивните кабели.

Методът за отопление на тръбопроводи, използващ "ефект КОЖА", също може да се счита за една от опциите за индуктивния кабел. В този случай ролята на индукционната намотка се играе от изолирана сърцевина с голямо напречно сечение, а ролята на индуктора е стоманената тръба, в която се намира това ядро. Топлината се генерира както в сърцевината, така и в тръбата поради индуцирани вихрови токове.

Приложения за отоплителни кабели

Устройствата, които използват отоплителни кабели, могат да бъдат драстично различни по размер, работна температура и топлинна мощност. Следователно, обхватът на приложения за отоплителни кабели е много широк.

Отоплени дрехи, одеяла, килими - електрически одеяла и одеяла, подложки за отопление, отопляеми седалки, отопляеми дрехи и обувки. По правило те имат малка мощност (10 - 50 W) и работна температура, безопасна за хората, т.е. не по-висока от 50 ° С. Тази група може да включва нагреватели за битова енергия с ниска мощност: нагреватели за бебешка храна, хладилни размразители, които използват отоплителни кабели.

Системи за отопление на помещенията - в тях отоплителните кабели се използват като горивен елемент, разпределени повече или по-малко равномерно по площта на помещението. Ако е необходимо, кабелите могат да бъдат монтирани на стените и тавана. Най-добрият вариант за инсталиране на кабели по отношение на топлопреминаване, съхранение на топлина, безопасност и сигурност е да инсталирате кабела в дебелината на циментова замазка, положена под декоративно подово покритие.

Температурата на загрятата повърхност обикновено е 22 - 26 ° C, но може да достигне 35 ° C. Специфичната мощност на системите за подово отопление варира в диапазона от 70-150 W / m². Системите за съхранение имат мощност до 200 W / m². Общата мощност на системата може да има много широки граници: от 100 вата до десетки и стотици киловати.

Системи за обезледяване на тротоари, открити стълби, рампи, Както в предишния случай, кабелите се полагат в дебелината на бетонната основа. Тези системи функционират само в момент, когато върху повърхността на тези обекти пада сняг или образува лед.

Специфичната мощност на отоплителните системи за открити повърхности варира в диапазона от 200-350 W / кв.м. Общият капацитет на системата варира от няколко до десетки стотици киловати.

Това включва също системи против заледяване на спортни съоръжения (футболни игрища, пътеки за бягане, състезателни пътеки, тенис кортове), опасни участъци от магистрали (изкачвания, спускания, резки завои), писти. Конкретната мощност на отопление на тези системи може да достигне 500W / кв.м, а общата мощност - няколко мегавата.

Системи за обезледяване на покриви служат за предотвратяване: ледено запушване на пътеки за воден поток, образуване на ледени буци и отстраняване на сняг и лед от опасни зони. Нагревателните кабели се поставят по пътищата на водния поток, в водосточни тръби, стрехи, водни оръдия, долини и кръстовища.

Отоплителните кабели, използвани в тези системи, имат като правило линейна мощност от 25 или повече вата на метър. Общият капацитет на системата зависи от дизайна и размера на покрива на определена сграда и варира от 1-2 до няколкостотин киловата.

Температурата на повърхността на противообледенителни системи при липса на сняг и лед и при отрицателна температура на околната среда обикновено е +5 - 7 ° С. По време на топенето на снега и леда повърхностната температура е само част от градус по-висока от 0 ° С. Ако температурата на околната среда е над + 5 ° С, противообледенителните системи се изключват като ненужни.

Отоплителни системи за тръбопроводи и резервоари, Тръбопроводните системи са дълги и разклонени, а отоплителните кабели са най-подходящи за отоплението им. На практика като правило има два вида отоплителни системи - предотвратяване на замръзване и поддържане на температурата на тръбата над нормалната (над + 20 ° C). Основната цел на двата типа системи е да компенсират загубите на топлина от тръбата (или резервоара) в околната среда.

Отоплителните секции са монтирани отгоре на тръбата (резервоара) и заедно затворени с топлоизолация. Линейната мощност на отоплителните системи на тръбопроводите обикновено е 10-60 W / m. Общият капацитет на системата зависи от дължината на тръбопровода.Особената мощност на отоплителните системи на резервоара е 10-80 на 1 кв.м. Загрятата повърхност и общата зависи от размера на резервоара.

Целта на системите против замръзване е да елиминират образуването на ледени тапи и разкъсване на тръбопроводи, следователно е достатъчно да се поддържа + 5 ° C. Системите за поддържане на температурата могат да варират много в необходимата температура в тръбата (резервоара): +40 е достатъчно за транспортиране на масло и много водни разтвори ° C, а за битум изисква 160-180 ° C.

Отоплителни системи за технологично оборудване Те се отличават с голямо разнообразие от цели, необходими температури, специфични мощности и се разработват на базата на индивидуален подход.