Принцип на работа на саморегулиращ се нагревателен кабел

Приложение в националната икономика

За повишаване на температурата във вътрешната част на тръбопровода за прясна питейна вода се използват съединения, чиято хигиенна безопасност се потвърждава от специален документ. Такива кабели се монтират с помощта на специални жлези и взаимодействат с течност за пиене. Това са профилни съединения, одобрени от организации, които контролират екологичната безопасност;

За предпазване от образуване на лед по стълбища, платформи, паркинги, устройства за повдигане на инвалидни колички с цел предотвратяване на различни наранявания на хората, се използват и подходящи системи за повишаване на температурата;

За предпазване на покрива и неговите елементи от студа, за противодействие на заледяването на системи за отвеждане на водата от покрива. Монтирането на кабел може да предотврати образуването на ледена кора и ледени висулки. Ако тези стъпки не бъдат предприети, може да се повредят покривът, тръбите за отвеждане на водата, кабелната мрежа. От падането на ледени образувания от покрива могат да бъдат нанесени щети както на имуществото, така и на живота или здравето на хората;

В газовата, химическата и нефтената промишленост за повишаване на температурата вътре в тръбите в студена атмосфера (за да се предотврати заледяването им); за повишаване на температурата на тръбите за увеличаване на пропускливостта на веществата, протичащи през тях (за да се предотврати появата на много плътни образувания и стеснения, които пречат на пропускливостта);

За регулиране на температурата на резервоари с продукти от нефтената промишленост (масло, битум, катран и др.). Същото важи и за химически активни разтвори, вещества и др. Мерките за сигурност позволяват предотвратяване на щети на имущество;

В хранително-вкусовата промишленост те повишават температурата на дренажните тръби на хладилните агрегати, образуват изпарение в хладилните агрегати, загряват дренажните тави от отделенията на хладилните агрегати, повишават температурата на картера на буталните типове помпи, преди да бъдат активирани в студени условия. В допълнение, саморегулиращите се кабели извършват повишаване на температурата на индивидуални хранилища, прясна вода и пожарни резервоари;
За повишаване на температурата на земната повърхност в различни селскостопански сгради, включително оранжерии и животновъдни сгради. Благодарение на системи, базирани на електрически връзки, способни на автоматично регулиране, става възможно на ниска цена да се създадат комфортни условия в такива сгради през всички сезони на календарната година, което се отразява добре в селскостопанската индустрия като цяло.

Общи характеристики и разлики на саморегулиращ се кабел

Саморегулиращите се нагревателни кабели са цяла линия от нагревателни кабели и ленти, разработени благодарение на полупроводниковите нанотехнологии, чиято отличителна черта е независима промяна на мощността в различни части на един и същи сегмент в зависимост от температурата на околната среда. Те са популярни при инсталиране на системи против заледяване, отопление на битови тръби, както и нефтопроводи и газопроводи.

Нагревателните кабели за системи против замръзване трябва да отговарят на строги критерии за надеждност и експлоатационен живот. На практика като такива връзки най-често се използват два вида електрически кабели: резистивни и саморегулиращи се.

Резистивните кабели с постоянна мощност представляват запечатана медна жила, която има устойчивост на цялата верига на постоянен ток (т.нар. омично съпротивление) и е покрита със специална защитна обвивка. Това ядро едновременно играе ролята на елемент с нажежаема жичка.Такива връзки имат специфична дължина и способността им да отделят топлинна енергия по никакъв начин не е свързана с температурата на въздуха.

За саморегулиращи се кабели проводимата матрица на основата на въглероден полимер действа като нагревателен елемент, способен да променя такава характеристика като проводимост в зависимост от температурата на околната среда. Кабелът разпределя оптимална отоплителна мощност точно там и когато е необходимо. С понижаване на температурата на околната среда се отделя повече топлина. Обратно, с повишаване на температурата се отделя по-малко топлина.

Няма недостатъци, свързани с прекомерно повишаване на температурата или, обратно, с липсата му. Освен това, поради наличието на устройство за автоматично управление, се създават големи икономии на енергия. По-специално, системите против заледяване на резистивни връзки (с постоянна мощност) консумират два пъти повече енергия от същите структури на саморегулиращ се тип връзки. Освен това самонастройващите се системи за топлинно проследяване осигуряват максимална безопасност, а за екстремни и трудни условия на използване се правят специални видове електрически връзки според стандартите на Американския институт на инженерите по електротехника и електроника и Европейския комитет за електротехническа стандартизация.

Такава отоплителна система е много по-съвършена и безопасна от резистивната и е в състояние да осигури най-оптималния режим на отопление дори без допълнителна автоматизация. Монтажът му е по-удобен, тъй като кабелът може да бъде отрязан на мястото на монтажа точно до дължината, която е необходима за конкретни цели.

Принцип на действие и дизайн

Саморегулиращите се ленти и кабели променят генерирането на мощност и топлина според температурата на атмосферата, т.е. те постоянно усещат температурни промени без допълнителни сензори. В резултат на това различните точки за свързване на кабела с нагрят обект могат да имат различна температура, а устройствата и механизмите, съседни на връзката, ще повишат температурата си в различна степен.

За подаване на напрежение по цялата дължина на саморегулиращи се ленти, без пресичане, е вграден чифт медни многожилни проводници. Те се захранват с постоянно електрическо напрежение. Между проводниците на електричеството е поставен ключовият елемент на кабела - специално изработена полупроводникова въглеродна полимерна матрица с обозначението PTC (Positive Temperature Coefficient - Positive Temperature Coefficient). Значението на PTC ефекта е, че въглеродният наноматериал, който изгражда матрицата, когато се достигне праговата стойност, променя своето съпротивление и освобождава по-малко енергия. Всеки производител на саморегулиращи се кабели има своя собствена уникална тайна технология или рецепта за производство на матрица (както всеки пекар има рецепта за приготвяне на хляб). Освен това рецептата за сажди, от които е направена матрицата, се различава за различните видове самрег по отношение на мощност и предназначение. По време на производствения процес саждите преминават през процес на "омрежване" чрез облъчване с ускорител на електронни частици. Това е необходимо, за да се помогне на матрицата да запази своите PTC характеристики и стабилност на полимера при многократно нагряване и охлаждане.

Известно е също, че в структурата на матрицата, освен графитни частици, се добавят малки метални наночастици за провеждане на ток в цялата структура. Нагрятата матрица се разширява, проводимите метал-графитни мостове се разрушават. В резултат на това съпротивлението на секцията се увеличава, токът намалява и генерирането на топлина намалява. По време на охлаждане възниква обратният процес: матрицата се свива, броят на комуникационните канали между проводимите метални наночастици става по-голям, съпротивлението на захранващия блок намалява и генерирането на мощност и топлина се увеличава.

Защитната вътрешна изолация от полиолефин или флуорополимер предпазва матрицата от износване и влага, а допълнителна метална оплетка изпълнява функцията на механична защита и едновременно заземяване. Външната обвивка на кабела също е покрита с полиолефин или флуорополимер. Ако е необходимо, към обвивката се добавят елементи, устойчиви на UV лъчение, ако кабелът е предназначен за поставяне на открито слънце.

Когато към мрежата е свързан саморегулиращ се електрически кабел, матрицата свети по цялата си дължина. Тогава, в зависимост от количеството нагряване, настъпва равновесие, т.е. различните кръстовища ще разпределят различна стойност капацитет на топлинна енергия.

Принципът на действие на саморегулиращ се кабел

Цени на тръбно отопление в нашия каталог

Цени за отопление на покрива в нашия каталог

Вижте също: Как да изберем кабел за отопление на тръби

Принципът на действие на саморегулиращия се нагревателен кабел

Изграждане на саморегулиращ се нагревателен кабел

Саморегулиращите се кабели са разработени предимно за отопление на водопроводи, канализационни тръби, както и водосточни тръби и улуци. Първият саморегулиращ се матричен нагревателен кабел е разработен от Pentair Thermal Management преди повече от 30 години и оттогава се предлага на пазара под марката RayChem.

Принципът на действие на саморегулиращия се нагревателен кабел

Отличителна черта на саморегулиращия се нагревателен кабел е свойството на вътрешна термична стабилизация, поради което температурата на тялото на кабела винаги е постоянна (например 65, 120 или 190 ° C, в зависимост от вида на кабела), а силата е условна. Всъщност проводящата матрица на саморегулиращ се нагревателен кабел е термистор PTC (Positive Temperature Coefficient) - резистор с положителен температурен коефициент, т.е. устойчивостта му нараства бързо с повишаване на температурата.

Материалът на саморегулиращата се полупроводникова матрица включва електропроводими частици, които са по-близо една до друга при ниска температура и по този начин образуват проводими пътища между нишките. Когато температурата се повиши, частиците се отделят една от друга поради термично разширение и броят на проводимите пътища намалява. В резултат на това съпротивлението между проводниците се увеличава и съответно електрическата мощност намалява. При понижаване на температурата на околната среда се постига обратен ефект.

С други думи, топлинната мощност на саморегулиращия се кабел варира в зависимост от температурата. Когато температурата на нагрятия от него обект се повиши, топлинната мощност на кабела намалява и обратно. В определен момент, когато топлинната мощност на кабела стане равна на топлинните загуби на нагретия обект, се установява термодинамично равновесие. Ако температурата на околната среда се промени, кабелът ще реагира на това, като поддържа постоянна температура на нагретия обект.

По този начин саморегулиращият се кабел, за разлика от резистивните типове, никога не изпитва локално прегряване и не изгаря. Второто предимство на саморегулиращия се кабел е, че може да се нарязва на всякаква дължина, от 0,5 до 150 метра.

Изграждане на саморегулиращ се нагревателен кабел

Нагревателната част е направена от два калайдисани медни проводника (А), пълни със специална смес от графит и полупроводникови полимери, които образуват саморегулираща се полупроводникова матрица (В). Медните проводници не се допират един до друг, а са затворени през матрица, която е нагревателният елемент. Нагревателната част е изолирана с флуорополимерен термопласт (C), който е отлична защита срещу вода. Следва калайдисания щит (D), за заземяване и механична защита.Материалът на външната обвивка (E) има няколко вида в зависимост от външните корозионно-химични работни условия на модела саморегулиращ се нагревателен кабел. При работа в прости условия се използва обвивка от полиолефин (P) пластмасова смес. При трудни условия на работа (кондензат, киселинни пари, корозия, котлен камък, ултравиолетови лъчи) се използва флуорополимер (F). Технологията на радиационно омрежване се използва за обработка на матрицата и външната обвивка на саморегулиращия се кабел, което позволява да се постигне същото ниво на топлинно свиване като това на омрежения полиетилен.

Ключови думи: против заледяване, тръбно отопление, саморегулиращ се кабел, отопление на покрива

Видове и видове самреги

Домашните електрически отоплителни системи използват основно нискотемпературен саморегулиращ се кабел, който издържа на нагряване до 85 С. Среднотемпературните и високотемпературните кабели имат значително по-висока топлоустойчивост и обикновено се използват в минната и производствената индустрия.

По предназначение саморегулиращите се кабели и ленти се класифицират:

За отопление на битови тръби;
За системи против заледяване (отопление на покриви, улуци, пътеки, платформи);
За промишлено отопление (отопление на нефто- и газопроводи, промишлени резервоари).

Според наличието на екранираща оплетка кабелите се разделят на:

Екраниран - със защитен екран за заземяване;
Неекраниран - без защитна оплетка и заземяване.

Поради наличието на екрана цената на кабела се увеличава 2 пъти, следователно в обикновени домашни отоплителни места, които не са подложени на механично натоварване и имат малък контакт с човек, е рационално да закупите неекранирана версия.

По отношение на линейната мощност (мощност на 1 линеен метър) има следните основни видове:

10 W/m - за отопление на вътрешни тръби;
15 W/m - за отопление на вътрешни и външни тръби;
24 W/m - отопление на покриви, пътеки, извън тръбата;
30 W/m – отопление на покриви, тръби и системи против заледяване;
40 W/m – отопление на покриви, улуци, долини, системи против заледяване.

Има и класификация според вида на външната обвивка:

С обвивка за храна - за отопление на вътрешни водопроводи и канализация;
С UV защита - за поставяне на покриви и места, където има много ултравиолетова радиация, излъчвана от слънцето.

Монтажни характеристики

Основната част от монтажа на саморегулиращ се кабел е неговото свързване и свързване към силовата секция. За независимо производство на тези произведения е достатъчно стриктно да следвате инструкциите, които са включени в комплектите за монтаж, и най-важното да зачитате такова опасно явление като електричеството.

За да свържете саморегулиращ се кабел, ще ви трябва:

Комплект термосвиваеми и кримпвани клеми;
Клещи;
Изграждащ сешоар (в екстремни случаи можете да се справите със запалка);
Канцеларски принадлежности или остро заточен домакински нож, малък размер;
Захранващ проводник (двужилен - за кабел без оплетка; трижилен - за кабел с оплетка).

Първо, трябва да подготвите трижилен (двужилен) захранващ кабел, като внимателно отстраните част от външната изолация и отстраните слой с дължина около 1 см от изолатора на всеки проводник. Отстранява се основната изолация с дължина около 5 см. от нагревателния проводник с нож.екранът трябва да се развърти и след това отново да се усука в 1 ядро. Ще се използва за заземяване.

Отдръпвайки се от ръба на кабела с 2 см, премахваме двойния изолационен слой, под който има саморегулираща се черна матрица. Също така трябва да се изреже с остър нож, като по него минават само 2 медни проводника с дължина около 1 - 1,5 см, почистени.

На трижилния захранващ кабел е необходимо да огънете жълто-зеления проводник в обратна посока, който ще се използва за свързване на земята.След това усуканата оплетка на заземяващия проводник се свързва към жълто-зеления проводник и се фиксира с термосвиваема тръба с по-голям диаметър. За да направите това, върху отрязана малка тръба се поставя нагревателен елемент и това място се нагрява със сешоар, докато структурата се свие напълно.

Другите два проводника са свързани към 2 медни проводника на нагревателния кабел. Проводниците са свързани по този начин: вземаме гилзите за нагъване от инсталационния комплект и поставяме тези втулки върху медните проводници на нагревателния кабел от едната страна и върху голата част на захранващия проводник от другата и след това ги кримпваме с клещи.

След като двата основни проводника са здраво закрепени с изолирани втулки, върху съединението се поставя термосвиваема тръба с по-малък диаметър и се нагрява със сешоар или запалка до намаляване на обема. По време на нагряване от тръбата се отделя лепило, което ви позволява да фиксирате надеждно кабелната връзка.

Другият край на саморегулиращата се лента също трябва да бъде изолиран с останалото термосвиване. За да направите това, трябва да отрежете кабела наполовина по дължина 0,5-1 см, като се опитвате да не излагате медните проводници покрай кабела. След това едната от получените половинки трябва да се нареже с нож, а другата да се остави в тази форма. Това се прави, за да се изключи затварянето на медните проводници един към друг. След това върху края на кабела се поставя термосвиване и се нагрява със сешоар. Можете също така да натиснете върха с клещи за плътно залепване.

Свързването на нагревателния елемент е завършено и можете да го инсталирате като основен елемент на системата против заледяване.

Съвети за избор

Когато избирате саморегулиращ се кабел, не винаги е необходимо да се фокусирате върху цената. Трябва да прецените за какво ще го използвате и при какви условия ще работи. Ето някои неща, които трябва да знаете, преди да купите:

Захранване на кабела. За нагряване на тръби отвън обикновено се използват кабели от 16-30 W / m.r.m., ако кабелът загрява тръбата отвътре, тогава са достатъчни 10-15 W линейна мощност. За покриви и канали обикновено се използват самреги с мощност 30-40 W / m.r.m.;
UV защитна обвивка. Ако кабелът ще лежи на открито слънце и ще бъде засегнат от UV лъчение, тогава трябва да закупите кабел с UV защита;
Мляна плитка. Саморегулиращите се кабели се продават със или без заземителна оплетка (екран). Цената на кабел без "земя" е около 1,5-2 пъти по-евтина. Препоръчително е да се използва за тръби за отопление, които влизат в земята, кладенци, на покриви. Най-важното е да свържете този кабел с надеждно залепващо уплътнение, за да осигурите защита срещу проникване на вода. Кабелът с екран обаче е по-безопасен, но много по-скъп, което не винаги е оправдано, особено след като имат една и съща саморегулираща се нагревателна матрица. Той определя издръжливостта на кабела и в тази връзка един и същ кабел по отношение на експлоатационния живот ще се различава сериозно в цената;

стартова мощност. При включване на който и да е саморегулиращ се кабел неговата консумация е по-висока от номиналната. За качествен саморегулиращ се проводник мощността се увеличава с 20-50%, за нисък клас samreg (обикновено произведен в Китай), стартовата мощност може да „излети“ на моменти. Това показва нестабилността на матрицата и нейната крехкост. Също така, нискокачествен кабел изисква по-мощни машини за захранване;

въздушни кухини. Когато купувате, трябва да притиснете кабела с пръсти и да ги прокарате по дължината му. Кабелът с ниско качество не е направен по стандартите и вътре в него ще се усещат въздушни кухини. Ще има усещане, че външната обвивка изостава от вътрешните части на кабела. И, напротив, ако производственият процес е отстранен, технологията се следва, тогава външната обвивка седи плътно върху кабела, съставлява едно цяло с него;
Дебелина. Саморегулиращият се кабел обикновено е широк около 1 см и дебелина 3-4 мм.На пазарите в Минск и в регионите продавачите, опитвайки се да привлекат купувач с „червена“ цена, плъзгат китайски кабел. Стига се до факта, че ширината му е малко повече от 0,5 см. При такава дебелина площта на генерираната топлина е много по-ниска и такъв самрег е много по-малко ефективен. И ако матрицата, която е 2 пъти по-малка по размер, излъчва подобна топлина, тогава животът й е краткотраен. Освен това има вероятност с течение на времето захранващите проводници да се затварят един с друг поради факта, че на някои места нагревателната матрица се стопи или срутва.

Предимства и недостатъци на саморегулиращите се отоплителни системи

предимства:

Без прегряване. Саморегулиращите се термични кабели могат да се припокриват един с друг без риск от прегряване. Тяхното пресичане едно с друго не вреди

Това е от немалко значение за регулиращи и заключващи механизми, например, когато е необходимо да се увие клапан върху тръба. Също така се случва нагревателният кабел в системите против заледяване да е покрит с мръсотия, листа и други отпадъци.

В този случай обичайният резистор ще изгори, докато samregs ще работят надеждно;

Лекота на рязане. Такива кабели могат да бъдат отрязани от общ отвор до необходимата дължина веднага на място „на полето“. Това дава допълнителна гъвкавост, когато плановете не отговарят на ситуацията на "реалния живот" на място. Такива връзки могат да бъдат разделени на парчета с необходимата дължина с максимална дължина до 0,7 - 0,15 km (в зависимост от вида на samreg). За разлика от тях, резистивните кабели имат добре дефинирана дължина;

Самонастройка. По време на работа не се изисква инсталиране на сложни многоканални терморегулатори, т.к кабелът рязко намалява мощността след достигане на определена прагова температура. Този режим е идеален за системи против заледяване, където често е много трудно да се поддържа желаната температура по цялата дължина на участъка. Самрегът намира подходяща температура за всяка зона;

Спестяване на електроенергия. Поради точковото отделяне на топлина, където е необходимо, и минималното отделяне на топлина на места, които не изискват отопление, саморегулиращият се кабел е много по-икономичен от резистивния. В системите против заледяване, резистивен кабел обикновено е свързан към един температурен сензор и генерира топлина там, където сензорът е разположен и е необходимо отопление, и на места, където не е необходимо.

недостатъци:

стартова мощност. При инсталиране трябва да се има предвид, че първоначалното напрежение може да бъде максимум два пъти работното номинално напрежение и захранващата мрежа трябва да се справи с това. Подобна ситуация се развива и при избора на управляващо оборудване с подходяща мощност;

Ограничено разсейване на топлината. Невъзможно е да се повиши температурата в стаята с тази връзка за кратко време. Когато стаята се нагрява, мощността на кабела спада и той престава да загрява околното помещение също толкова интензивно;
Сравнително висока цена. Цената на 1 метър на саморегулиращ се кабел е 2-3 пъти по-висока от тази на постоянен захранващ кабел. Това може незабавно да изплаши потребител, който не разбира проблема. Ако изчислим спестяванията на енергия и други предимства, тогава такова превишаване на цената е напълно оправдано;
Сравнително малка дължина на една секция. В зависимост от вида на кабела, максималната дължина на саморегулиращия се кабел не може да надвишава 65-120 метра. Резисторите са многократно по-дълги. Това налага задачата за инсталиране на допълнителни захранващи точки;
Ограничен експлоатационен живот. Такъв кабел средно издържа около 10-15 години. Освен това, неговата матрица започва да се разгражда и значително намалява мощността до 0.