Principio di funzionamento del cavo scaldante autoregolante

Applicazione nell'economia nazionale

Per aumentare la temperatura nella parte interna della condotta dell'acqua potabile fresca, vengono utilizzati composti la cui sicurezza igienica è confermata da un documento speciale. Tali cavi sono installati per mezzo di appositi pressacavi e interagiscono con il liquido potabile. Si tratta di composti di profilo approvati da organizzazioni che controllano la sicurezza ambientale;

Per la protezione contro la formazione di ghiaccio su rampe di scale, parchi giochi, parcheggi, dispositivi per il sollevamento di sedie a rotelle al fine di evitare infortuni vari alle persone, vengono utilizzati anche opportuni sistemi di aumento della temperatura;

Per proteggere dal freddo la copertura ei suoi elementi, per contrastare il congelamento dei sistemi di rimozione dell'acqua dalla copertura. L'installazione di un cavo può prevenire la formazione di crosta di ghiaccio e ghiaccioli. In caso contrario, il tetto, i tubi di scarico dell'acqua, la rete dei cavi potrebbero subire danni. Dalla caduta di formazioni di ghiaccio dal tetto si possono arrecare danni sia alla proprietà che alla vita o alla salute delle persone;

Nelle industrie del gas, chimica e petrolifera per aumentare la temperatura all'interno dei tubi in atmosfera fredda (per evitare che si formino ghiaccio); aumentare la temperatura dei tubi per aumentare la permeabilità delle sostanze che li attraversano (al fine di prevenire la comparsa di formazioni e restringimenti molto densi che interferiscono con la permeabilità);

Per regolare la temperatura di serbatoi con prodotti dell'industria petrolifera (petrolio, bitume, catrame, ecc.). Lo stesso vale per soluzioni, sostanze, ecc. chimicamente attive. Le misure di sicurezza consentono di prevenire danni alla proprietà;

Nell'industria alimentare aumentano la temperatura dei tubi di drenaggio delle unità frigorifere, formano evaporazione nelle unità frigorifere, riscaldano le vaschette di drenaggio dai vani delle unità frigorifere, aumentano la temperatura dei basamenti delle pompe a pistoni prima che vengano attivate in condizioni di freddo. Inoltre, i cavi autoregolanti eseguono l'aumento della temperatura della conservazione individuale degli alimenti, dell'acqua dolce e dei serbatoi antincendio;
Per aumentare la temperatura della superficie terrestre in vari edifici agricoli, comprese serre e stalle. Grazie a sistemi basati su collegamenti elettrici in grado di regolare automaticamente, diventa possibile, a basso costo, creare condizioni confortevoli in tali edifici durante tutte le stagioni dell'anno solare, il che si riflette bene nell'industria agricola nel suo complesso.

Caratteristiche generali e differenze di un cavo autoregolante

I cavi scaldanti autoregolanti sono un'intera linea di cavi e nastri scaldanti sviluppati grazie a nanotecnologie a semiconduttore, la cui caratteristica distintiva è una variazione indipendente di potenza in diverse parti dello stesso segmento in funzione della temperatura ambiente. Sono popolari durante l'installazione di sistemi antigelo, tubi di riscaldamento domestici e oleodotti e gasdotti.

I cavi scaldanti per sistemi antigelo devono soddisfare severi criteri di affidabilità e durata. In pratica, come tali connessioni vengono spesso utilizzati due tipi di cavi elettrici: resistivi e autoregolanti.

I cavi resistivi a potenza costante sono un nucleo di rame sigillato che ha resistenza per l'intero circuito alla corrente continua (la cosiddetta resistenza ohmica) ed è ricoperto da una speciale guaina protettiva. Questo nucleo svolge contemporaneamente il ruolo di un elemento incandescente.Tali connessioni hanno una lunghezza specifica e la loro capacità di rilasciare energia termica non è in alcun modo correlata alla temperatura dell'aria.

Per i cavi autoregolanti, una matrice conduttiva a base di un polimero di carbonio funge da elemento riscaldante, in grado di modificare una caratteristica come la conducibilità a seconda della temperatura ambiente. Il cavo assegna la potenza di riscaldamento ottimale esattamente dove e quando è necessario. Quando la temperatura ambiente scende, viene rilasciato più calore. Al contrario, all'aumentare della temperatura, viene rilasciato meno calore.

Non ci sono svantaggi associati ad un aumento eccessivo della temperatura o, al contrario, alla sua mancanza. Inoltre, grazie alla presenza di un dispositivo di controllo automatico, si creano grandi risparmi energetici. In particolare, i sistemi antighiaccio su connessioni resistive (a potenza costante) consumano il doppio dell'energia rispetto alle stesse strutture su connessioni di tipo autoregolante. Inoltre, i sistemi di tracciamento termico autoregolanti garantiscono la massima sicurezza e, per condizioni di utilizzo estreme e difficili, vengono realizzati speciali tipi di collegamenti elettrici secondo gli standard dell'American Institute of Electrical and Electronics Engineers e dell'European Committee for Electrotechnical Standardization.

Un tale sistema di riscaldamento è molto più perfetto e sicuro di uno resistivo ed è in grado di fornire la modalità di riscaldamento più ottimale anche senza automazione aggiuntiva. La sua installazione è più conveniente poiché il cavo può essere tagliato nel sito di installazione esattamente alla lunghezza necessaria per scopi specifici.

Principio di funzionamento e progettazione

Nastri e cavi autoregolanti modificano la produzione di energia e calore in base alla temperatura dell'atmosfera, ad es. avvertono costantemente variazioni di temperatura senza sensori aggiuntivi. Di conseguenza, diversi punti di connessione del cavo con un oggetto riscaldato possono avere una temperatura diversa e dispositivi e meccanismi adiacenti alla connessione aumenteranno la loro temperatura in misura diversa.

Per fornire tensione su tutta la lunghezza dei nastri autoregolanti, senza incroci, è incorporata una coppia di trefoli di rame. Sono alimentati con una tensione elettrica costante. Tra i conduttori dell'elettricità è posto l'elemento chiave del cavo: una matrice di polimero di carbonio semiconduttore appositamente realizzata con la designazione PTC (Positive Temperature Coefficient - Positive Temperature Coefficient). Il significato dell'effetto PTC è che il nanomateriale di carbonio che compone la matrice, quando viene raggiunto il valore di soglia, cambia la sua resistenza e rilascia meno potenza. Ogni produttore di cavi autoregolanti ha la sua tecnologia segreta unica o la sua ricetta per la produzione di matrici (come ogni fornaio ha una ricetta per fare il pane). Inoltre, la ricetta della fuliggine, da cui è composta la matrice, differisce per i diversi tipi di samreg in termini di potenza e scopo. Durante il processo produttivo, il nerofumo subisce un processo di "reticolazione" per irraggiamento con un acceleratore di particelle di elettroni. Ciò è necessario per aiutare la matrice a mantenere le sue caratteristiche PTC e la stabilità del polimero durante il riscaldamento e il raffreddamento ripetuti.

È anche noto che nella struttura della matrice, oltre alle particelle di grafite, vengono aggiunte piccole nanoparticelle metalliche per condurre la corrente all'interno dell'intera struttura. La matrice riscaldata si dilata, i ponti conduttivi metallo-grafite si rompono. Di conseguenza, la resistenza della sezione aumenta, la corrente diminuisce e la generazione di calore diminuisce. Durante il raffreddamento si verifica il processo inverso: la matrice si restringe, il numero di canali di comunicazione tra le nanoparticelle metalliche conduttive aumenta, la resistenza dell'unità di potenza diminuisce e la generazione di energia e calore aumenta.

L'isolamento interno protettivo in poliolefina o fluoropolimero protegge la matrice dall'usura e dall'umidità e una treccia metallica aggiuntiva svolge contemporaneamente la funzione di protezione meccanica e messa a terra. Anche la guaina esterna del cavo è rivestita con Poliolefina o Fluoropolimero. Se necessario, vengono aggiunti alla guaina elementi resistenti ai raggi UV, se il cavo è destinato ad essere posizionato in pieno sole.

Quando un cavo elettrico autoregolante è collegato alla rete, la matrice si illumina per tutta la sua lunghezza. Quindi, a seconda della quantità di riscaldamento, si verifica un equilibrio, ad es. giunzioni diverse assegneranno un valore diverso capacità di energia termica.

Il principio di funzionamento di un cavo autoregolante

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Vedi anche: Come scegliere un cavo per il riscaldamento dei tubi

Il principio di funzionamento del cavo scaldante autoregolante

Costruzione di cavo scaldante autoregolante

I cavi autoregolanti sono stati sviluppati principalmente per il riscaldamento di tubazioni dell'acqua, condotte fognarie, nonché pluviali e grondaie. Il primo cavo scaldante a matrice autoregolante è stato sviluppato da Pentair Thermal Management oltre 30 anni fa e da allora è stato commercializzato con il marchio RayChem.

Il principio di funzionamento del cavo scaldante autoregolante

Una caratteristica distintiva di un cavo scaldante autoregolante è la proprietà della stabilizzazione termica interna, grazie alla quale la temperatura del corpo del cavo è sempre costante (ad esempio 65, 120 o 190 ° C, a seconda del tipo di cavo), e il potere è condizionato. Infatti, la matrice conduttiva di un cavo scaldante autoregolante è un termistore PTC (Positive Temperature Coefficient), un resistore con un coefficiente di temperatura positivo, ad es. la sua resistenza aumenta rapidamente con l'aumentare della temperatura.

Il materiale della matrice semiconduttrice autoregolante comprende particelle elettricamente conduttive che sono più vicine tra loro a bassa temperatura e quindi formano percorsi di conduzione tra i trefoli. Quando la temperatura aumenta, le particelle si separano l'una dall'altra a causa dell'espansione termica e il numero di percorsi di conduzione diminuisce. Di conseguenza, la resistenza tra i conduttori aumenta e, di conseguenza, la potenza elettrica diminuisce. Quando la temperatura ambiente diminuisce, si ottiene l'effetto opposto.

In altre parole, la resa termica di un cavo autoregolante varia con la temperatura. Quando la temperatura dell'oggetto riscaldato da esso aumenta, la potenza termica del cavo diminuisce e viceversa. Ad un certo momento, quando la potenza termica del cavo diventa uguale alle dispersioni termiche dell'oggetto riscaldato, si instaura l'equilibrio termodinamico. Se la temperatura ambiente cambia, il cavo risponderà mantenendo una temperatura costante dell'oggetto riscaldato.

Pertanto, un cavo autoregolante, a differenza dei tipi resistivi, non subisce mai surriscaldamenti locali e non si brucia. Il secondo vantaggio di un cavo autoregolante è che può essere tagliato a qualsiasi lunghezza, da 0,5 a 150 metri.

Costruzione di cavo scaldante autoregolante

La parte riscaldante è costituita da due conduttori in rame stagnato (A) riempiti con una speciale miscela di grafite e polimeri semiconduttori, che formano una matrice semiconduttrice autoregolante (B). I conduttori in rame non si toccano, ma sono chiusi attraverso una matrice, che è l'elemento riscaldante. La parte riscaldante è isolata con fluoropolimero termoplastico (C), che è un'ottima protezione contro l'acqua. Segue lo schermo stagnato (D), per la messa a terra e la protezione meccanica.Il materiale della guaina esterna (E) ha diversi tipi a seconda delle condizioni operative chimiche esterne di corrosione del modello di cavo scaldante autoregolante. Quando si opera in condizioni semplici, viene utilizzata una guaina in composto plastico poliolefinico (P). In condizioni operative difficili (condensa, vapori acidi, corrosione, incrostazioni, ultravioletti), viene utilizzato un fluoropolimero (F). La tecnologia di reticolazione a radiazione viene utilizzata per elaborare la matrice e la guaina esterna del cavo autoregolante, che consente di ottenere lo stesso livello di termoretrazione di quello del polietilene reticolato.

Parole chiave: antigelo, riscaldamento tubazioni, cavo autoregolante, riscaldamento tetto

Tipi e tipi di samreg

I sistemi di riscaldamento elettrico domestici utilizzano principalmente cavi autoregolanti a bassa temperatura, che possono resistere a un riscaldamento fino a 85 °C. I cavi a media e alta temperatura hanno una resistenza al calore significativamente maggiore e sono solitamente utilizzati nell'industria mineraria e manifatturiera.

In base allo scopo, i cavi e i nastri autoregolanti sono classificati:

Per il riscaldamento di tubazioni domestiche;
Per sistemi antigelo (riscaldamento di tetti, grondaie, vialetti, piattaforme);
Per il riscaldamento industriale (riscaldamento di oleodotti e gasdotti, serbatoi industriali).

In base alla presenza di una treccia schermante, i cavi si suddividono in:

Schermato - con uno schermo protettivo di messa a terra;
Non schermato - senza treccia protettiva e messa a terra.

A causa della presenza dello schermo, il prezzo del cavo aumenta di 2 volte, quindi, nei normali luoghi di riscaldamento domestico che non sono soggetti a sollecitazioni meccaniche e hanno scarso contatto con una persona, è razionale acquistare una versione non schermata.

In termini di potenza lineare (potenza per 1 metro lineare), ci sono le seguenti tipologie principali:

10 W/m2 - per il riscaldamento di tubazioni;
15 W/m2 - per il riscaldamento di tubazioni interne ed esterne;
24 W/m2 - riscaldamento di tetti, percorsi, fuori condotta;
30 W/m2 – riscaldamento di tetti, tubazioni e sistemi antigelo;
40 W/m2 – riscaldamento di tetti, grondaie, valli, sistemi antigelo.

Esiste anche una classificazione in base al tipo di calotta esterna:

Con un involucro alimentare - per il riscaldamento all'interno di tubi dell'acqua e fognature;
Con protezione UV - per il posizionamento su tetti e luoghi dove c'è molta radiazione ultravioletta emessa dal sole.

Caratteristiche di montaggio

La parte principale dell'installazione di un cavo autoregolante è il suo accoppiamento e collegamento alla sezione di potenza. Per la produzione indipendente di queste opere, è sufficiente seguire rigorosamente le istruzioni incluse nei kit di installazione e, soprattutto, rispettare un fenomeno così pericoloso come l'elettricità.

Per giuntare un cavo autoregolante, avrai bisogno di:

Una serie di termoretraibili e terminali a crimpare;
Pinze;
Costruire un asciugacapelli (in casi estremi, puoi cavartela con un accendino);
Cancelleria o coltello domestico affilato, di piccole dimensioni;
Cavo di alimentazione (a due fili - per un cavo senza treccia; a tre fili - per un cavo con treccia).

Innanzitutto, è necessario preparare un cavo di alimentazione a tre fili (due fili), rimuovendo con cura una parte dell'isolamento esterno e rimuovendo uno strato lungo circa 1 cm dall'isolante di ciascun filo.L'isolamento principale lungo circa 5 cm viene rimosso dal filo di riscaldamento con un coltello lo schermo deve essere districato e quindi attorcigliato di nuovo in 1 nucleo. Sarà utilizzato per la messa a terra.

Facendo un passo indietro di 2 cm dal bordo del cavo, rimuoviamo il doppio strato isolante, sotto il quale è presente una matrice nera autoregolante. Va inoltre ritagliato con un coltello affilato, lasciando che vi scorrano solo 2 fili di rame, lunghi circa 1 - 1,5 cm, puliti.

Sul cavo di alimentazione a tre fili è necessario piegare in senso opposto il filo giallo-verde, che servirà per collegare la massa.Quindi la treccia intrecciata del filo di terra viene collegata al filo giallo-verde e fissata con una guaina termorestringente di diametro maggiore. Per fare questo, un elemento riscaldante viene posizionato su un tubicino tagliato e questo posto viene riscaldato con un asciugacapelli fino a quando la struttura non si restringe completamente.

Gli altri due fili sono collegati a 2 conduttori in rame del cavo scaldante. I fili sono collegati in questo modo: prendiamo i manicotti a crimpare dal kit di installazione e mettiamo questi manicotti sui conduttori di rame del cavo scaldante da un lato e sulla parte nuda del cavo di alimentazione dall'altro, quindi li crimpariamo con le pinze.

Dopo che i due fili principali sono stati fissati saldamente con boccole isolate, sul giunto viene applicata una guaina termorestringente di diametro inferiore e riscaldata con un asciugacapelli o un accendino fino a ridurre il volume. Durante il processo di riscaldamento, la colla viene rilasciata dal tubo, il che consente di fissare saldamente la connessione cablata.

Anche l'altra estremità del nastro autoregolante deve essere isolata con il termoretraibile rimanente. Per fare ciò, è necessario tagliare il cavo a metà per la lunghezza di 0,5-1 cm, cercando di non esporre i fili di rame lungo il cavo. Quindi una delle metà risultanti deve essere tagliata con un coltello e l'altra lasciata in questa forma. Questo viene fatto per escludere la chiusura dei fili di rame tra loro. Successivamente, il termoretraibile viene applicato all'estremità del cavo e riscaldato con un asciugacapelli. Puoi anche crimpare la punta con una pinza per un legame stretto.

Il collegamento dell'elemento riscaldante è completato e puoi installarlo come elemento principale del sistema antigelo.

Suggerimenti per la selezione

Quando si sceglie un cavo autoregolante, non è sempre necessario puntare sul prezzo. Devi considerare per cosa lo utilizzerai e in quali condizioni verrà utilizzato. Ecco alcune cose da sapere prima di acquistare:

Cavo di alimentazione. Per riscaldare i tubi dall'esterno, vengono solitamente utilizzati cavi da 16-30 W / m.r.m., se il cavo riscalda il tubo dall'interno, sono sufficienti 10-15 W di potenza lineare. Per tetti e scarichi vengono solitamente utilizzati samreg con una potenza di 30-40 W / m.r.m.;
Guscio protettivo dai raggi UV. Se il cavo giace al sole aperto e sarà influenzato dai raggi UV, è necessario acquistare un cavo con protezione UV;
Treccia di terra. I cavi autoregolanti sono venduti con o senza treccia di messa a terra (schermo). Il prezzo di un cavo senza "terra" è circa 1,5-2 volte più economico. Si consiglia di utilizzarlo per tubi di riscaldamento che vanno nel terreno, pozzi, sui tetti. La cosa più importante è giuntare questo cavo con un sigillo adesivo affidabile per garantire la protezione contro l'ingresso di acqua. Un cavo con schermo è invece più sicuro, ma molto più costoso, cosa non sempre giustificata, soprattutto perché hanno la stessa matrice riscaldante autoregolante. Determina la durata del cavo e, a questo proposito, lo stesso cavo in termini di vita utile differirà notevolmente nel prezzo;

potenza di partenza. Quando un qualsiasi cavo autoregolante viene acceso, il suo consumo energetico è superiore a quello nominale. Per un filo autoregolante di buona qualità, la potenza aumenta del 20-50%, per un samreg di bassa qualità (solitamente prodotto in Cina), la potenza di avviamento a volte può "volare verso l'alto". Ciò indica l'instabilità della matrice e la sua fragilità. Inoltre, un cavo di bassa qualità richiede macchine più potenti;

cavità d'aria. Al momento dell'acquisto, è necessario spremere il cavo con le dita e farle scorrere lungo la sua lunghezza. Un cavo di bassa qualità non è realizzato secondo gli standard e al suo interno si sentiranno cavità d'aria. Ci sarà la sensazione che la guaina esterna sia in ritardo rispetto alle parti interne del cavo. E, al contrario, se si esegue il debug del processo di produzione, si segue la tecnologia, quindi la guaina esterna aderisce saldamente al cavo, forma un tutt'uno con esso;
Spessore. Il cavo autoregolante è generalmente largo circa 1 cm e spesso 3-4 mm.Nei mercati di Minsk e nelle regioni, i venditori, cercando di attirare un acquirente con un prezzo “rosso”, fanno scivolare un cavo cinese. Si tratta del fatto che la sua larghezza è di poco superiore a 0,5 cm Con un tale spessore, l'area di calore generata è molto più bassa e un tale samreg è molto meno efficace. E se la matrice, che è di dimensioni 2 volte più piccole, emette calore simile, la sua vita è di breve durata. Inoltre, esiste la possibilità che nel tempo i cavi di alimentazione si chiudano l'uno con l'altro a causa del fatto che in alcuni punti la matrice riscaldante si scioglie o collassa.

Vantaggi e svantaggi degli impianti di riscaldamento autoregolanti

vantaggi:

Nessun surriscaldamento. I cavi termici autoregolanti possono essere sovrapposti tra loro senza rischio di surriscaldamento. La loro intersezione tra loro non fa male

Ciò non è di poca importanza per i meccanismi di regolazione e bloccaggio, ad esempio quando è necessario avvolgere una valvola su un tubo. Succede anche che il cavo scaldante nei sistemi antigelo sia ricoperto di sporco, foglie e altri detriti.

In questo caso, il solito resistore si brucerà mentre i samreg funzioneranno in modo affidabile;

Facilità di taglio. Tali cavi possono essere tagliati da una baia comune alla lunghezza richiesta immediatamente sul posto "sul campo". Ciò offre ulteriore flessibilità quando i piani non si adattano alla situazione della "vita reale" in loco. Tali connessioni possono essere suddivise in pezzi della lunghezza richiesta con una lunghezza massima fino a 0,7 - 0,15 km (a seconda del tipo di samreg). Al contrario, i cavi resistivi hanno una lunghezza ben definita;

Autoregolazione. Durante il funzionamento, non è necessario installare complessi regolatori di temperatura multicanale, perché il cavo riduce bruscamente la potenza dopo aver raggiunto una certa temperatura di soglia. Questa modalità è ideale per i sistemi antigelo, dove spesso è molto difficile mantenere la temperatura desiderata lungo l'intera lunghezza della sezione. La stessa Samreg trova una temperatura adatta per ciascuna zona;

Risparmio di elettricità. A causa del rilascio di calore puntuale dove è richiesto e del rilascio di calore minimo in luoghi che non richiedono riscaldamento, un cavo autoregolante è molto più economico di uno resistivo. Nei sistemi antigelo, un cavo resistivo è solitamente collegato a un sensore di temperatura e genera calore dove si trova il sensore ed è richiesto il riscaldamento e in luoghi dove non è necessario.

Screpolatura:

potenza di partenza. Durante l'installazione, è necessario tenere presente che la tensione iniziale può essere un massimo del doppio della tensione nominale di esercizio e che la rete di alimentazione deve farcela. Una situazione simile si sviluppa con la scelta di apparecchiature di controllo di potenza adeguata;

Dissipazione del calore limitata. È impossibile aumentare la temperatura nella stanza con questa connessione in breve tempo. Quando la stanza viene riscaldata, la potenza del cavo diminuisce e smette di riscaldare altrettanto intensamente la stanza circostante;
Costo relativamente alto. Il prezzo per 1 metro lineare di un cavo autoregolante è 2-3 volte superiore a quello di un cavo di alimentazione costante. Questo può spaventare immediatamente un consumatore che non comprende il problema. Se calcoliamo il risparmio energetico e altri vantaggi, un tale eccesso di prezzo è abbastanza giustificato;
Lunghezza relativamente piccola di una sezione. A seconda del tipo di cavo, la lunghezza massima di un cavo autoregolante non può superare i 65-120 metri. I resistori sono molte volte più lunghi. Ciò impone il compito di installare punti di alimentazione aggiuntivi;
Durata di servizio limitata. Un tale cavo, in media, dura circa 10-15 anni. Inoltre, la sua matrice inizia a degradarsi e a ridurre significativamente la potenza fino a 0.