принцип работы, виды, конструкция, монтаж

При необходимости справиться с особо низкими температурами в каких-либо конструктивных элементах построек, системах коммуникаций, предметах бытового благоустройства используется  нагревательный кабель. Данное устройство обеспечивает дополнительный подогрев по всей длине или области прокладки трассы. При этом важно учитывать принцип работы нагревательного элемента и в каких ситуациях его целесообразно применять.

Назначение и принцип работы

Назначение нагревательных кабелей позволяет охватывать как разнообразные сферы промышленной деятельности, так и решать различные бытовые задачи. Наиболее часто нагревательный кабель используется для:

• Обогрева помещений или сооружений с малой кубатурой, включая декоративные комнаты, террариумы, шахты и колодцы;
• Нагревания всего или только участка трубопровода, водопровода, канализации и других объектов, расположенного на открытом воздухе или в не отапливаемом помещении;
• Разогрева замороженных объектов при выполнении на них каких-либо технологических операций;
• Защиты от замерзания воды или для предотвращения скопления влаги;
• Предотвращения образования льда или отложения снега;
• Поддержания температуры какого-либо объекта в заданных пределах.

Принцип работы нагревательного кабеля описывается законом Джоуля-Ленца, который гласит, что при протекании электрического тока по любому резистивному элементу, из него будет выделяться тепловая энергия. Данный процесс обуславливается наличием электрического сопротивления у токопроводящего материала, которое возникает из-за взаимодействия заряженных частиц. Эти частицы создают препятствие направленному движению тока, и при их столкновении происходит выделение тепла.

Основываясь на вышеизложенном, можно сказать, что величина тепловой мощности прямопропорциональна сопротивлению нагревательного кабеля и может выражаться формулой:

Q = I² * R * t

Где:

• Q – величина выделяемой тепловой энергии;
• I – величина тока, протекающего по нагревательному кабелю;
• R – омическое сопротивление элемента;
• t – время подключения кабеля к электрической сети.

На практике сопротивление конкретного греющего кабеля будет зависеть от материала токоведущих жил, их длины и способа подключения. Все эти параметры обуславливаются конструктивными особенностями различных видов нагревательной кабельной продукции.

Виды

Используемые для подогрева токоведущие элементы подразделяются на резистивные (линейные и зональные), саморегулирующие и индуктивные. Все виды нагревательных кабелей отличаются принципом работы и конструкцией. Рассмотрим более детально особенности каждого из них.

Резистивные линейные.

Линейный нагревательный кабель представляет собой конструкцию из обычного провода, концы которого подключаются к источнику электропитания. Таким образом, линейную модель принципиально можно представить в виде последовательно включенного сопротивления резистивного типа, характеризующегося постоянной мощностью нагрева. По количеству жил он подразделяет на одножильный и двухжильный нагревательный кабель.

Одножильный линейный.

Рис. 1: конструкция одножильного линейного кабеля

Посмотрите на рисунок, одножильные марки состоят из нагревательной жилы с высоким удельным сопротивлением, как правило, стали или ее сплавов. Также сюда входит один или несколько слоев термоустойчивой изоляции, которая не деформируется при нагревании. Такой вид нагревательного проводника может оснащаться экраном для удаления помех, создаваемых ним самим и устройства защиты от замыкания на землю.

Его основным преимуществом является простота и неприхотливость в эксплуатации, также он может контактировать с проводящими конструкциями и подвергаться нахлесту. А к недостаткам можно отнести необходимость использования заводской секции установленной длины (отрезать нужный вам кусок нельзя), необходимость подключать концы секции в одной точке к «+» и «–» или к нулю и фазе.

Двухжильный линейный

Рис. 2: конструкция двухжильного линейного кабеля

Конструктивно двухжильные марки имеют два вывода, подключаемые к источнику электроэнергии. В его состав входят те же элементы, что и в одножильный с одним отличием – в нем находятся две параллельно расположенные жилы вместо одной. Что предоставляет дополнительное преимущество – двухжильный нагревательный кабель, в отличии от одножильного, не нужно возвращать вторым концом секции к месту подключения, что предоставляет определенное удобство при обогреве трубопроводов и других протяженных конструкций.

Резистивные зональные

Зональные кабели представляют собой разновидность резистивного, с тем отличием, что имеет более сложную и функциональную структуру. В сравнении с линейным конструктивно он имеет следующую особенность:

Рис. 3: конструкция зонального кабеля

Как видите на рисунке, зональный кабель так же, как и линейный включает в себя две токоведущие медные жилы, внутреннюю изоляцию для каждой жилы, нагревательную проволоку из материала с высоким удельным сопротивлением, внешнюю изоляцию.

Его конструкция отличается наличием окошек во внутренней изоляции, в которых к токоведущему проводнику подсоединяется нагревательная проволока. Сами окошки расположены на расстоянии 1 – 2м друг от друга. Таким образом, между окошками нагревательный элемент подключается параллельно и воспринимает на себя напряжение сети. То есть на каждый из участков проволоки приходиться по 220 В или та величина, которая подается на греющий кабель.

За счет такого конструктивного решения постоянным сопротивлением должна обладать не вся протяженность, а только проволока, расположенная на участке в 1 – 2 м, получившая название зоны (от чего и берет название данный тип кабеля). Благодаря такой конструкции длина секции может подбираться произвольно в зависимости от ваших  личных пожеланий.

Саморегулирующиеся кабели

Саморегулирующийся кабель отличается от предыдущих вариантов и конструктивным исполнением, и принципом работы.

Рис. 4: конструкция саморегулирующегося кабеля

Посмотрите на рисунок, здесь показана конструкция саморегулирующегося кабеля, включающая в себя:

• Внешнюю оболочку, защищающую внутренние элементы от воздействия окружающей среды.
• Токоведущие жилы, на которые подается напряжение от внешнего источника.
• Экранирующая оплетка, защищающая окружающие коммуникации от электромагнитного излучения самого кабеля.
• Слой внутренней изоляции для электрического разделения токоведущих элементов от металлической оплетки для экранированных кабелей или от внешних конструкций при отсутствии экрана.
• Полупроводниковая матрица, представляющая собой непосредственно сам греющий элемент.

Рис. 5: принцип работы полупроводниковой матрицы

Именно эта часть саморегулирующего кабеля  является своеобразным датчиком температуры. Чем больше нагрета окружающая среда, тем меньше проводимость нагревательных элементов, величина протекающего через них тока снижается, равно как и величина выделяемого тепла. В этом и выражается функция саморегуляции уровня температуры.

Основным преимуществом такого нагревательного кабеля является его полная автономность – количество получаемой тепловой энергии самостоятельно подстраивается под температуру среды, в которой он находится. За счет чего разные участки нагревательного кабеля будут иметь нелинейную мощность, выдавая нужную вам температуру в конкретной ситуации. Еще одним преимуществом такого типа нагревательного устройства является его произвольная длина. Но к недостаткам стоит отнести то, что продается он стандартными бухтами и не имеет соединительных элементов в комплектации.

Индуктивные нагревательные кабели

Принцип действия такого типа нагревательного кабеля заключается в наведении ЭДС внутри ферромагнитной среды. Конструктивно он состоит из токоведущей жилы, которая наматывается на ферромагнитный сердечник на подобии катушки. При протекании тока по токоведущей жиле в сердечнике будет наводится эдс. Нагревание происходит за счет электрических потерь от тока в проводнике и от потерь в стали по принципу скин-эффекта.

Главным отличием от других типов нагревательных кабелей является соотношение выделяемой тепловой энергии. Здесь потери в меди составляют всего 20%, в то время как в ферромагнитном материале будут теряться остальные 80%. В зависимости от конкретной марки соотношение потерь может отличаться. За счет чего линейная мощность индуктивного кабеля может быть гораздо ниже при обеспечении той же температуры нагрева.

Особенности монтажа

При прокладке нагревательного кабеля важно соблюдать ряд правил, а именно:

• Температура окружающей среды на этапе монтажа системы обогрева должна быть не ниже +15ºС.
• Фиксацию на поверхности следует производить таким способом, чтобы не повредить конструктивные элементы нагревательных участков (заводскими фиксаторами, специальным скотчем, герметиком, мягкими накладками, хомутами и т.д.).
• При формировании трассы или сетки необходимо обеспечивать достаточную площадь обогрева для конкретного объекта в зависимости от его параметров.
• При поворотах нужно следить, чтобы радиус изгиба не  превышал шести его диаметров.
• После завершения укладки обязательно проверяйте целостность изоляции и жил путем прозвонки и измерения уровня сопротивления.

Теперь рассмотрим несколько практических советов касательно особенностей прокладки в частных ситуациях. Если нагревательный кабель используется для обогрева кровли или других объектов, где он устанавливается под прямыми солнечными лучами, лучше использовать экранированные марки. Так как у моделей с оплеткой используется куда более устойчивая оболочка, чем у кабелей общего назначения.

При обогреве водостоков, необходимо выбирать место расположения в наиболее холодной точке или с наименее прогреваемой стороны. В горизонтальных желобах нагревающий кабель необходимо устанавливать в нижней части желоба, чтобы теплые массы поднимались вверх и плавили лед выше. В вертикальных трубах водосточной системы со стороны стены здания, как показано на рисунке, так как она прогревается хуже всего:

Рис. 6: Пример монтажа в водосточной системе

Так как нагревательный кабель может располагаться в воде, им можно напрямую прогревать водопроводные трубы или системы отопления. Устанавливают его внутри трубы, как показано на рисунке:

Рис. 7: пример прокладки греющего кабеля внутри трубы

Следует отметить, что монтировать  нагревательный проводник внутри канализационных и сточных труб запрещено, так как за него будет цепляться различный мусор. Из-за чего возникнут пробки, ухудшающие проходимость и приводящие к полному перекрытию. Поэтому полимерные и металлические трубы канализации прогреваются посредством установки нагревательных элементов с внешней стороны. Но стоит отметить, что нагревательный провод должен изолироваться от слоя теплоизоляции посредством специальной алюминиевой ленты.

Области применения

Нагревательный кабель применяется для обогрева таких конструктивных элементов:

• теплых полов – как в бытовых (ванных и кухнях), так и в производственных помещениях;
• крыш зданий, где возникает угроза образования сосулек или скопления снежных масс над тротуарами или пешеходной зоной;
• различных трубопроводов в системах водоснабжения, канализации, отопления и т.д.;
• емкостей и резервуаров для хранения жидких веществ;
• систем водоотведения и дренажа;
• подогрева ступенек зданий, тротуаров и технологических проходов;
• нагревательных матов, ковриков и дорожек;
• аквариумов и террариумов для домашних питомцев.

В промышленной сфере нагревающий кабель может иметь и более специфическое применение, примеры некоторых из них и необходимые параметры для их эффективной работы приведены в таблице ниже:

Таблица: область применения нагревающего кабеля

Область применения	Требуемая  температура, °С	Удельная мощность, Вт/м2.	Суммарная мощность, кВт
Тепловые барьеры в камерах промышленных холодильников	2-5	3 — 15	0,5-5
Обогрев антенн спутниковой связи	2-5	200-300	2-15
Обогрев ванн обезжиривания	30-50	200-400	0,5-3
Обогреваемые линии изготовления бетонных изделий	40-60	300	20-50
Обогрев плит прессов	40-150	300-1000	2-10

Как устроен резистивный греющий кабель?

Узнайте из чего состоит, как работает, а также какими преимуществами и недостатками обладает резистивный греющий кабель.

Резистивный греющий кабель отличается от других нагревательных элементов незначительными габаритами и простотой в установке. В качестве греющего элемента в устройстве используется проводник, который обладает высоким сопротивлением. В этой статье мы рассмотрим устройство и принцип работы резистивного нагревательного кабеля. Содержание:

Конструктивные особенности

Как устроен проводник? В основу его конструкции входят стальные жилы (одна или две) в зависимости от этого резистивный нагревательный кабель разделяется на два вида: с одной и с двумя жилами. Токопроводящую жилу изолируют специальным материалом. В некоторых видах в конструкцию входит два слоя изоляции. На изолирующий материал наносится защитный экран из металла (экранизирующая оплетка). Ее назначение – это защита от механических повреждений, а также использование в качестве заземления. Для полноценной защиты применяется наружная защитная оболочка.

Резистивный греющий кабель с одной жилой обладает одной нагревательной токопроводящей жилой, которая занимает всю длину конструкции. Применение такого устройства считается самым оптимальным по затратам, так как он устойчив к воздействию высоких температур пластика. Электропитание подводится с двух сторон приспособления. Такая схема может образовывать некоторые границы в плане монтажа, так как возникает надобность возвращать греющий проводник к точке его соединения. Также возникает необходимости использовать дополнительные системы питания.

Конструкция с двумя жилами включает два провода: нагревательный и токопроводящий. Электрический ток подается на один конец провода, а на другой конец устанавливается муфта. При составлении проекта этот вариант конструкции использовать гораздо комфортнее.

Принцип работы

Принцип действия конструкции описывает закон Джоуля-Ленца, в котором говорится, что при равномерной силе электрического тока по всей длине цепи, в любом участке будет выделяться тепло. Чем выше сопротивление на этом участке, тем сильнее тепло. Другими словами принцип работы похож на электрический нагреватель: по проводнику протекает ток, который выделяет тепло. Оно будет сильнее, если сопротивление проводника и сила электрического тока будет больше.

Поэтому, резистивный нагревательный кабель содержит греющий элемент, который состоит из сплавов с незначительным поперечным сечением и с высоким сопротивлением. Продается он определенной длины, каждый кусок проводника обладает постоянным сопротивлением и способностью выделять одинаковое количество тепла.

Принцип работы одножильного проводника состоит в следующем: так как подключение к электроэнергии происходит с двух концов, то резистивный греющий кабель протягивается петлей так, чтобы два конца изделия находились в одном месте. Такое подключение изображено на схеме ниже (слева):

Принцип действия двухжильного резистивного кабеля отличается от предыдущего. Применение двух жил позволяет не подводить два конца изделия в одно место. На правой схеме указано правильное подключение.

Как правило, такой принцип работы дает возможность применить устройство в домашнем хозяйстве и обогревать трубы незначительных размеров. А для того чтобы работа происходила правильно, допустимо применение труб, диаметром не больше 40 мм.

Преимущества и недостатки

Принцип действия резистивного кабеля предполагает свои плюсы и минусы. Достоинства изделия следующие:

• доступная стоимость;
• несложное устройство;
• при правильном монтаже служит несколько десятков лет;
• значительные показатели удельного сопротивления;
• при длительном использовании сохраняется стабильность параметров.

Резистивный греющий проводник также обладает и своими недостатками. К ним относят:

• невозможность удлинить или укоротить устройство, так как длина у него фиксированная;
• в случае выхода из строя, необходимо полностью менять греющий кабель, варианта замены определенного участка нет;
• если нагревательный элемент находится рядом с другим подобным, или провода переплетаются, то это приводит к их перегреву, а также к нарушению изоляции и замыканию.

Вот мы и рассмотрели устройство, принцип работы, а также основные плюсы и минусы резистивного греющего кабеля. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и понятной!

Наверняка вы не знаете:

• Расход электроэнергии теплого пола
• Как сделать обогрев кровли и водостоков
• Ошибки при укладке теплых полов

Нравится0)Не нравится0)