Kable grzejne: rodzaje i zastosowania

Kable grzewcze - określony rodzaj produktów kablowych, które przekształcają energię elektryczną w ciepło do ogrzewania i pełnią funkcję odbiornika energii elektrycznej, a nie linii przesyłowej. Kable grzejne znacznie różnią się od zwykłych kabli i przewodów, których celem jest przesyłanie energii elektrycznej z najmniejszymi stratami i przy niewielkim spadku napięcia, a nie długości linii (zwykle nie więcej niż 5%).

Kabel grzewczy służy jako odcinki grzewcze, tj. segmenty o określonej długości, a na tej długości następuje całkowity spadek przyłożonego napięcia. Dlatego sekcję grzewczą należy uznać za konwencjonalny odbiornik energii elektrycznej (jako jeden z rodzajów elektrycznych elementów grzewczych).

Długość odcinków grzejnych kabli zwykle wynosi od kilku metrów do kilkuset metrów.

Efekt rozproszenia części przesyłanej energii w postaci ciepła, który jest ujemny dla kabli konwencjonalnych, jest wykorzystywany jako użyteczny w kablach grzewczych. Ponadto zamiana energii elektrycznej w ciepło odbywa się w najbardziej optymalny i ekonomiczny sposób. Konwersja jest kompletna, cicha, bez użycia dodatkowych substancji (paliwa, utleniacza).

Kable grzejne mają dość rozwinięty zakres i są stosowane w wielu różnych instalacjach i urządzeniach. Niemniej jednak odnoszą się one do specyficznych produktów kablowych, aw literaturze praktycznie nie ma prac nad projektowaniem, obliczaniem i stosowaniem kabli grzejnych.

Rodzaje kabli zgodnie ze schematem rozpraszania ciepła

Rezystancyjny liniowy - kable grzejne, w których ciepło jest uwalniane z powodu efektu Joule-Lenza, gdy prąd elektryczny przepływa przez rdzeń grzejny. Kabel jest zaprojektowany w taki sposób, że następuje całkowity spadek przyłożonego napięcia w rdzeniu grzejnym, ale elementy kabla nie przegrzewają się powyżej dopuszczalnych wartości.

Długość sekcji grzewczej wynosi zwykle od kilku do setek metrów. Kable tego typu mogą mieć jeden, dwa lub więcej równoległych rdzeni grzejnych o kształcie liniowym lub spiralnym. Samowolne przecinanie kabli na całej długości jest niedopuszczalne.

Moc cieplna oporowych kabli liniowych nieznacznie maleje podczas ogrzewania, a wielkość zmiany zależy od wartości współczynnika temperaturowego rezystancji materiału rdzenia grzejnego. Najmniejsze zmiany oporności obserwuje się w stopach o wysokiej odporności (TKr + 0,0001), największe w miedzi (TKr + 0,004)

Strefa rezystancyjna kable grzewcze zasadniczo nie różnią się od poprzednich, ale zasadniczo różnią się budową. Zawierają dwa równolegle izolowane przewody.

Izolacja przewodów przewodzących okresowo umieszcza „okna” przesunięte względem siebie o jeden stopień (zwykle około 1 m). Cienka drutowa cewka ze stopu o wysokiej rezystancji jest nałożona na te dwa rdzenie.

W „oknach” spirala zamyka się na przewodach przewodzących, w wyniku czego kabel stanowi zestaw rezystorów (rezystorów) połączonych równolegle z przewodami przewodzącymi. Na każdym z nich występuje całkowity spadek przyłożonego napięcia. Kabel strefowy jest wygodny, ponieważ można go ciąć w dowolnym miejscu. Minimalna długość sekcji grzewczej wynosi 1,5 - 2 m.

Maksymalna długość zależy od przekroju przewodów przewodzących i mocy liniowej.Ponieważ element grzejny kabli strefy rezystancyjnej jest wykonany ze stopów o wysokiej rezystancji, ich moc jest praktycznie niezależna od temperatury, dlatego nazywane są również kablami o stałej mocy.

Kable samoregulujące mają konstrukcję częściowo podobną do konstrukcji kabli strefy rezystancyjnej. Zawierają również dwa równoległe przewody, ale nie izolowane. Przewodniki są albo zamknięte w matrycy przewodzącej polimer, albo połączone za pomocą spiralnych przewodzących nici polimerowych.

Efekt samoregulacji osiąga się dzięki temu, że element paliwowy kabla, wykonany z materiału przewodzącego polimer, znacznie zwiększa jego opór po podgrzaniu. Wartość Tcr przewodzącego polimeru osiąga 0,05-0,075, tj. 12-18 razy więcej niż miedzi.

Indukcyjne kable grzewcze w swojej konstrukcji zawierają elementy ferromagnetyczne, a przewodzące izolowane przewodniki są ułożone wokół elementów ferromagnetycznych w postaci uzwojenia indukującego przemienny strumień magnetyczny w rdzeniu. Efekt uwalniania ciepła osiąga się zarówno ze względu na straty rezystancyjne w uzwojeniu, jak i ze względu na straty rezystancyjne w rdzeniu wynikające z indukowanych prądów.

Stosunek tych i innych strat zależy od konstrukcji kabla. Straty w rdzeniu mogą wynosić 80-20% całkowitej utraty kabla. W pierwszym przypadku straty w uzwojeniu są niewielkie i jest on lekko ogrzewany z powodu własnych strat, co pozwala uzyskać znacznie wyższą moc liniową w porównaniu z kablami rezystancyjnymi.

Metodę ogrzewania rurociągów za pomocą „efektu SKIN” można również uznać za jedną z opcji kabla indukcyjnego. W tym przypadku rolę uzwojenia indukcyjnego pełni izolowany rdzeń o dużym przekroju, a rolą cewki indukcyjnej jest stalowa rura, w której znajduje się ten rdzeń. Ciepło jest wytwarzane zarówno w rdzeniu, jak i w rurze na skutek indukowanych prądów wirowych.

Aplikacje do kabli grzejnych

Urządzenia wykorzystujące kable grzejne mogą znacznie różnić się rozmiarem, temperaturą roboczą i mocą cieplną. Dlatego zakres zastosowań kabli grzejnych jest bardzo szeroki.

Ogrzewane ubrania, koce, dywany - koce elektryczne i koce, podkładki grzewcze, podgrzewane siedzenia, podgrzewane ubrania i buty. Z reguły mają małą moc (10-50 W) i bezpieczną dla ludzi temperaturę roboczą, tj. nie wyższa niż 50 ° C. Do tej grupy mogą należeć domowe grzejniki o niskiej mocy: podgrzewacze do żywności dla niemowląt, odmrażacze do lodówek za pomocą kabli grzejnych.

Systemy ogrzewania pomieszczeń - w nich kable grzewcze są stosowane jako element paliwowy, mniej więcej równomiernie rozmieszczony na powierzchni pomieszczenia. W razie potrzeby kable można zamontować na ścianach i suficie. Najlepszą opcją do instalacji kabli pod względem wymiany ciepła, magazynowania ciepła, bezpieczeństwa i ochrony jest instalacja kabla o grubości jastrychu cementowego, ułożonego pod dekoracyjną wykładziną podłogową.

Temperatura na ogrzewanej powierzchni wynosi zwykle 22 - 26 ° C, ale może osiągnąć 35 ° C. Moc właściwa systemów ogrzewania podłogowego zmienia się w zakresie 70-150 W / m². Systemy magazynowe mają moc do 200 W / m². Całkowita moc systemu może mieć bardzo szerokie ograniczenia: od 100 watów do dziesiątek i setek kilowatów.

Systemy odladzania chodników, otwartych schodów, ramp. Podobnie jak w poprzednim przypadku, kable układa się na grubości betonowej podstawy. Systemy te działają tylko w czasie, gdy śnieg pada na powierzchnię tych obiektów lub formy lodowe.

Specyficzna moc systemów grzewczych na otwartych powierzchniach waha się w przedziale 200-350 W / m2. Całkowita pojemność systemu wynosi od kilku do kilkudziesięciu setek kilowatów.

Obejmuje to również systemy przeciwoblodzeniowe obiektów sportowych (boiska do piłki nożnej, bieżnie, tory wyścigowe, korty tenisowe), niebezpieczne odcinki autostrad (podjazdy, zjazdy, ostre zakręty), pasy startowe. Konkretna moc grzewcza tych systemów może osiągnąć 500 W / m2, a całkowita moc - kilka megawatów.

Systemy odladzania dachu służą do zapobiegania: zatkaniu lodu ścieżek przepływu wody, tworzeniu się sopli i usuwaniu śniegu i lodu z obszarów niebezpiecznych. Kable grzewcze są układane wzdłuż ścieżek odwadniających, w rurach odpływowych, na okapie, armatkach wodnych, w dolinach i skrzyżowaniach.

Kable grzejne stosowane w tych systemach mają z reguły moc liniową 25 lub więcej watów na metr. Całkowita pojemność systemu zależy od projektu i wielkości dachu konkretnego budynku i wynosi od 1-2 do kilkuset kilowatów.

Temperatura na powierzchni systemów przeciwoblodzeniowych przy braku śniegu i lodu oraz przy ujemnej temperaturze otoczenia wynosi zwykle +5 - 7 ° C. Podczas topnienia śniegu i lodu temperatura powierzchni jest tylko o ułamek stopnia wyższa niż 0 ° C. Jeśli temperatura otoczenia jest wyższa niż + 5 ° С, systemy przeciwoblodzeniowe są wyłączane jako niepotrzebne.

Systemy grzewcze dla rurociągów i zbiorników. Systemy rur są długie i rozgałęzione, a kable grzejne najlepiej nadają się do ich ogrzewania. W praktyce z reguły istnieją dwa rodzaje systemów grzewczych - zapobieganie zamarzaniu i utrzymywanie temperatury na rurze powyżej normy (powyżej + 20 ° C). Głównym celem obu rodzajów systemów jest kompensacja strat ciepła z rury (lub zbiornika) do otoczenia.

Sekcje grzewcze są zamontowane na rurze (zbiorniku) i razem zamknięte izolacją termiczną. Moc liniowa systemów grzewczych rurociągów wynosi zwykle 10–60 W / m. Całkowita pojemność systemu zależy od długości rurociągu, a moc właściwa systemów ogrzewania zbiorników wynosi 10–80 na 1 m2. Ogrzana powierzchnia i suma zależą od wielkości zbiornika.

Celem systemów przeciwzamrożeniowych jest zapobieganie tworzeniu się zatyczek lodowych i pękaniu rurociągów, dlatego wystarczy utrzymać + 5 ° C na rurze. Systemy utrzymywania temperatury mogą się bardzo różnić pod względem wymaganej temperatury na rurze (zbiorniku): +40 wystarcza do transportu oleju i wielu roztworów wodnych ° C, a dla asfaltu wymaga 160-180 ° C.

Systemy grzewcze do urządzeń technologicznych Wyróżniają się one różnorodnymi celami, wymaganymi temperaturami, specyficznymi wydajnościami i są opracowywane na podstawie indywidualnego podejścia.