Principe de fonctionnement du câble chauffant autorégulant

Application dans l'économie nationale

Pour augmenter la température dans la partie interne de la canalisation d'eau potable fraîche, des composés sont utilisés, dont la sécurité hygiénique est confirmée par un document spécial. Ces câbles sont installés au moyen de presse-étoupes spéciaux et interagissent avec le liquide potable. Ce sont des composés profilés approuvés par des organismes qui contrôlent la sécurité environnementale;

Pour se protéger contre la formation de glace sur les escaliers, les aires de jeux, les parkings, les dispositifs de levage des fauteuils roulants afin d'éviter diverses blessures aux personnes, des systèmes d'augmentation de température appropriés sont également utilisés;

Pour protéger du froid la toiture et ses éléments, pour contrer le givrage des systèmes d'évacuation d'eau de la toiture. L'installation d'un câble peut empêcher la formation d'une croûte de glace et de glaçons. Si ces mesures ne sont pas prises, le toit, les tuyaux d'évacuation d'eau, le réseau de câbles peuvent être endommagés. À partir de la chute de formations de glace du toit, des dommages peuvent être causés à la fois aux biens et à la vie ou à la santé des personnes ;

Dans les industries du gaz, de la chimie et du pétrole pour augmenter la température à l'intérieur des canalisations en atmosphère froide (afin d'éviter leur givrage) ; augmenter la température des tuyaux pour augmenter la perméabilité des substances qui les traversent (afin d'éviter l'apparition de formations très denses et de rétrécissements qui interfèrent avec la perméabilité);

Pour réguler la température des réservoirs avec des produits de l'industrie pétrolière (pétrole, bitume, goudron, etc.). Il en va de même pour les solutions chimiquement actives, les substances, etc. Les mesures de sécurité permettent de prévenir les dommages matériels ;

• Dans l'industrie alimentaire, ils augmentent la température des tuyaux de drainage des groupes frigorifiques, forment l'évaporation dans les groupes frigorifiques, réchauffent les bacs de drainage des compartiments des groupes frigorifiques, augmentent la température des carters des pompes à piston avant leur activation dans conditions froides. De plus, des câbles autorégulants assurent la montée en température des réservoirs individuels de stockage des aliments, d'eau douce et d'incendie ;
• Pour augmenter la température de la surface de la terre dans divers bâtiments agricoles, y compris les serres et les bâtiments d'élevage. Grâce à des systèmes basés sur des connexions électriques capables d'une régulation automatique, il devient possible, à faible coût, de créer des conditions confortables dans de tels bâtiments pendant toutes les saisons de l'année civile, ce qui se reflète bien dans l'industrie agricole dans son ensemble.

Caractéristiques générales et différences d'un câble autorégulateur

Les câbles chauffants autorégulants sont toute une gamme de câbles et rubans chauffants développés grâce aux nanotechnologies semi-conductrices, dont la particularité est une variation indépendante de la puissance dans différentes parties d'un même segment en fonction de la température ambiante. Ils sont populaires lors de l'installation de systèmes antigivrage, du chauffage des tuyaux domestiques, ainsi que des oléoducs et des gazoducs.

Les câbles chauffants pour systèmes antigel doivent répondre à des critères stricts de fiabilité et de durée de vie. En pratique, deux types de câbles électriques sont le plus souvent utilisés pour de telles liaisons : résistifs et autorégulateurs.

Les câbles résistifs à puissance constante sont constitués d'un noyau en cuivre scellé qui résiste à l'ensemble du circuit au courant continu (appelé résistance ohmique) et est recouvert d'une gaine de protection spéciale. Ce noyau joue simultanément le rôle d'un élément incandescent.De telles connexions ont une longueur spécifique et leur capacité à libérer de l'énergie thermique n'est en aucun cas liée à la température de l'air.

Pour les câbles autorégulants, une matrice conductrice à base d'un polymère carboné agit comme un élément chauffant, capable de changer une caractéristique telle que la conductivité en fonction de la température ambiante. Le câble répartit la puissance de chauffage optimale exactement où et quand elle est nécessaire. Lorsque la température ambiante baisse, plus de chaleur est libérée. A l'inverse, lorsque la température augmente, moins de chaleur est dégagée.

Il n'y a pas d'inconvénients liés à une augmentation excessive de la température ou, au contraire, à son absence. De plus, grâce à la présence d'un dispositif de contrôle automatique, de grandes économies d'énergie sont créées. En particulier, les systèmes d'antigivrage sur des liaisons résistives (à puissance constante) consomment deux fois plus d'énergie que les mêmes structures sur des liaisons de type autorégulant. De plus, les systèmes de traçage thermique à réglage automatique offrent une sécurité maximale et, pour des conditions d'utilisation extrêmes et difficiles, des types spéciaux de connexions électriques sont réalisés conformément aux normes de l'American Institute of Electrical and Electronics Engineers et du Comité européen de normalisation électrotechnique.

Un tel système de chauffage est beaucoup plus parfait et sûr qu'un système résistif et est capable de fournir le mode de chauffage le plus optimal même sans automatisation supplémentaire. Son installation est plus pratique car le câble peut être coupé sur le site d'installation exactement à la longueur nécessaire à des fins spécifiques.

Principe de fonctionnement et conception

Les rubans et câbles auto-ajustables modifient la génération de puissance et de chaleur en fonction de la température de l'atmosphère, c'est-à-dire ils ressentent constamment les changements de température sans aucun capteur supplémentaire. En conséquence, différents points de connexion de câble avec un objet chauffé peuvent avoir une température différente, et les dispositifs et mécanismes adjacents à la connexion augmenteront leur température dans une mesure différente.

Pour fournir une tension sur toute la longueur des rubans autorégulants, sans croisement, une paire de conducteurs multibrins en cuivre est intégrée. Ils sont alimentés par une tension électrique constante. Entre les conducteurs d'électricité est placé l'élément clé du câble - une matrice de polymère de carbone semi-conducteur spécialement conçue avec la désignation PTC (coefficient de température positif - coefficient de température positif). La signification de l'effet PTC est que le nanomatériau de carbone qui compose la matrice, lorsque la valeur seuil est atteinte, change de résistance et libère moins de puissance. Chaque fabricant de câbles autorégulateurs a sa propre technologie secrète ou recette de production matricielle (comme chaque boulanger a une recette pour faire du pain). De plus, la recette de la suie, à partir de laquelle la matrice est fabriquée, diffère pour les différents types de samreg en termes de puissance et de finalité. Au cours du processus de production, le noir de carbone subit un processus de "réticulation" par irradiation avec un accélérateur de particules d'électrons. Ceci est nécessaire pour aider la matrice à conserver ses caractéristiques PTC et la stabilité du polymère lors d'un chauffage et d'un refroidissement répétés.

Il est également connu que dans la structure matricielle, en plus des particules de graphite, de petites nanoparticules métalliques sont ajoutées pour conduire le courant dans toute la structure. La matrice chauffée se dilate, les ponts conducteurs métal-graphite se rompent. En conséquence, la résistance de la section augmente, le courant diminue et la génération de chaleur diminue. Pendant le refroidissement, le processus inverse se produit : la matrice se rétrécit, le nombre de canaux de communication entre les nanoparticules métalliques conductrices augmente, la résistance de l'unité de puissance diminue et la génération de puissance et de chaleur augmente.

Une isolation interne de protection en polyoléfine ou en fluoropolymère protège la matrice de l'usure et de l'humidité, et une tresse métallique supplémentaire remplit en même temps la fonction de protection mécanique et de mise à la terre. La gaine extérieure du câble est également recouverte de polyoléfine ou de fluoropolymère. Si nécessaire, des éléments résistants aux rayonnements UV sont ajoutés à la gaine, si le câble est destiné à être placé en plein soleil.

Lorsqu'un câble électrique autorégulateur est connecté au réseau, la matrice brille sur toute sa longueur. Ensuite, en fonction de la quantité de chauffage, un équilibre se produit, c'est-à-dire différentes jonctions attribueront une valeur différente capacité d'énergie thermique.

Le principe de fonctionnement d'un câble autorégulateur

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Voir aussi: Comment choisir un câble pour le chauffage des tuyaux

Le principe de fonctionnement du câble chauffant autorégulant

Construction de câble chauffant autorégulateur

Les câbles autorégulants ont été développés principalement pour le chauffage des conduites d'eau, des conduites d'égout, ainsi que des tuyaux de descente et des gouttières. Le premier câble chauffant à matrice autorégulatrice a été développé par Pentair Thermal Management il y a plus de 30 ans et est depuis commercialisé sous la marque RayChem.

Le principe de fonctionnement du câble chauffant autorégulant

Une caractéristique distinctive d'un câble chauffant autorégulateur est la propriété de stabilisation thermique interne, grâce à laquelle la température du corps du câble est toujours constante (par exemple, 65, 120 ou 190 ° C, selon le type de câble), et le pouvoir est conditionnel. En fait, la matrice conductrice d'un câble chauffant autorégulateur est une thermistance PTC (Positive Temperature Coefficient) - une résistance à coefficient de température positif, c'est-à-dire sa résistance augmente rapidement avec l'augmentation de la température.

Le matériau de la matrice semiconductrice autorégulatrice comprend des particules électriquement conductrices qui se rapprochent à basse température et forment ainsi des chemins de conduction entre les brins. Lorsque la température augmente, les particules se séparent les unes des autres par dilatation thermique et le nombre de chemins de conduction diminue. En conséquence, la résistance entre les conducteurs augmente et, par conséquent, la puissance électrique diminue. Lorsque la température ambiante diminue, l'effet inverse est obtenu.

En d'autres termes, la puissance calorifique d'un câble autorégulateur varie avec la température. Lorsque la température de l'objet chauffé par celui-ci augmente, la puissance thermique du câble diminue, et inversement. A un certain moment, lorsque la puissance thermique du câble devient égale aux déperditions thermiques de l'objet chauffé, l'équilibre thermodynamique s'installe. Si la température ambiante change, le câble y répondra en maintenant une température constante de l'objet chauffé.

Ainsi, un câble autorégulateur, contrairement aux types résistifs, ne subit jamais de surchauffe locale et ne brûle pas. Le deuxième avantage d'un câble autorégulateur est qu'il peut être coupé à n'importe quelle longueur, de 0,5 à 150 mètres.

Construction de câble chauffant autorégulateur

La partie chauffante est constituée de deux conducteurs en cuivre étamé (A) remplis d'un mélange spécial de graphite et de polymères semi-conducteurs, qui forment une matrice semi-conductrice autorégulatrice (B). Les conducteurs en cuivre ne se touchent pas, mais sont fermés par une matrice, qui est l'élément chauffant. La partie chauffante est isolée avec du thermoplastique fluoropolymère (C), qui est une excellente protection contre l'eau. Vient ensuite le blindage étamé (D), pour la mise à la terre et la protection mécanique.Le matériau de la gaine extérieure (E) a plusieurs types en fonction des conditions de fonctionnement chimiques de corrosion externes du modèle de câble chauffant autorégulant. Lors d'un fonctionnement dans des conditions simples, une gaine en composé plastique polyoléfine (P) est utilisée. Dans des conditions de fonctionnement difficiles (condensat, vapeurs acides, corrosion, tartre, ultraviolet), un polymère fluoré (F) est utilisé. La technologie de réticulation par rayonnement est utilisée pour traiter la matrice et la gaine extérieure du câble autorégulateur, ce qui permet d'atteindre le même niveau de thermorétraction que celui du polyéthylène réticulé.

Mots-clés : antigivrage, chauffage de tuyauterie, câble autorégulant, chauffage de toiture

Types et types de samregs

Les systèmes de chauffage électriques domestiques utilisent principalement des câbles autorégulants à basse température, qui peuvent supporter un chauffage jusqu'à 85 C. Les câbles à moyenne et haute température ont une résistance à la chaleur nettement plus élevée et sont généralement utilisés dans les industries minières et manufacturières.

Par destination, les câbles et rubans autorégulants sont classés :

• Pour chauffer les tuyaux domestiques;
• Pour les systèmes anti-givrage (chauffage des toits, gouttières, allées, plateformes) ;
• Pour le chauffage industriel (chauffage des oléoducs et gazoducs, réservoirs industriels).

Selon la présence d'une tresse de blindage, les câbles sont répartis en :

• Blindé - avec un écran de mise à la terre de protection ;
• Non blindé - sans tresse de protection ni mise à la terre.

En raison de la présence de l'écran, le prix du câble augmente de 2 fois, par conséquent, dans les lieux de chauffage domestique ordinaires qui ne sont pas soumis à des contraintes mécaniques et ont peu de contact avec une personne, il est rationnel d'acheter une version non blindée.

En termes de puissance linéaire (puissance pour 1 mètre linéaire), on distingue les principaux types suivants :

• 10W/m - pour le chauffage à l'intérieur des tuyaux ;
• 15W/m - pour chauffer les tuyaux intérieurs et extérieurs ;
• 24W/m - chauffage des toits, des chemins, à l'extérieur du tuyau ;
• 30W/m – chauffage des toitures, tuyauteries et systèmes anti-givrage ;
• 40W/m – chauffage des toitures, gouttières, noues, systèmes anti-givrage.

Il existe également une classification selon le type de coque extérieure :

• Avec un boîtier alimentaire - pour chauffer l'intérieur des conduites d'eau et des égouts;
• Avec protection UV - pour un placement sur les toits et les endroits où il y a beaucoup de rayonnement ultraviolet émis par le soleil.

Caractéristiques de montage

La partie principale de l'installation d'un câble autorégulateur est son couplage et sa connexion à la section de puissance. Pour la production indépendante de ces œuvres, il suffit de suivre strictement les instructions incluses dans les kits d'installation et, surtout, de respecter un phénomène aussi dangereux que l'électricité.

Pour épisser un câble autorégulateur, vous aurez besoin de :

• Un ensemble de cosses thermorétractables et à sertir ;
• Pinces;
• Sèche-cheveux de bâtiment (dans les cas extrêmes, vous pouvez vous débrouiller avec un briquet);
• Couteau de papeterie ou de ménage bien aiguisé, de petite taille;
• Fil d'alimentation (à deux conducteurs - pour un câble sans tresse; à trois conducteurs - pour un câble avec une tresse).

Tout d'abord, vous devez préparer un câble d'alimentation à trois conducteurs (deux conducteurs), en retirant soigneusement une partie de l'isolation extérieure et en retirant une couche d'environ 1 cm de long de l'isolant de chaque fil.L'isolation principale d'environ 5 cm de long est retirée du fil chauffant avec un couteau.l'écran doit être détordu, puis tordu à nouveau en 1 noyau. Il sera utilisé pour la mise à la terre.

En nous éloignant du bord du câble de 2 cm, nous retirons la double couche isolante, sous laquelle se trouve une matrice noire autorégulatrice. Il doit également être découpé avec un couteau bien aiguisé, en ne laissant que 2 fils de cuivre le long, d'environ 1 à 1,5 cm de long, nettoyés.

Sur le câble d'alimentation à trois conducteurs, il est nécessaire de plier le fil jaune-vert dans le sens opposé, qui servira à connecter la terre.Ensuite, la tresse torsadée du fil de terre est connectée au fil jaune-vert et fixée avec une gaine thermorétractable de plus grand diamètre. Pour ce faire, un élément chauffant est placé sur un petit tube coupé et cet endroit est chauffé avec un sèche-cheveux jusqu'à ce que la structure se rétracte complètement.

Les deux autres fils sont connectés à 2 conducteurs en cuivre du câble chauffant. Les fils sont connectés de cette façon : on prend les manchons à sertir du kit d'installation et on pose ces manchons sur les conducteurs en cuivre du câble chauffant d'un côté, et sur la partie dénudée du fil d'alimentation de l'autre, puis on les sertit avec des pinces.

Une fois que les deux fils principaux sont solidement fixés avec des bagues isolées, une gaine thermorétractable d'un diamètre inférieur est placée sur le joint et chauffée avec un sèche-cheveux ou un briquet jusqu'à ce qu'elle soit réduite en volume. Pendant le processus de chauffage, la colle est libérée du tube, ce qui vous permet de fixer solidement la connexion filaire.

L'autre extrémité du ruban auto-ajustable doit également être isolée avec le reste de thermorétractable. Pour ce faire, vous devez couper le câble en deux dans le sens de la longueur de 0,5 à 1 cm, en essayant de ne pas exposer les fils de cuivre le long du câble. Ensuite, l'une des moitiés résultantes doit être coupée avec un couteau et l'autre laissée sous cette forme. Ceci est fait afin d'exclure la fermeture des fils de cuivre les uns aux autres. Ensuite, une gaine thermorétractable est placée à l'extrémité du câble et chauffée avec un sèche-cheveux. Vous pouvez également sertir la pointe avec une pince pour un collage serré.

La connexion de l'élément chauffant est terminée et vous pouvez l'installer comme élément principal du système antigivrage.

Conseils de sélection

Lorsque vous choisissez un câble autorégulateur, vous n'avez pas toujours besoin de vous concentrer sur le prix. Vous devez réfléchir à l'usage que vous en ferez et dans quelles conditions il sera exploité. Voici quelques choses à savoir avant d'acheter :

• Alimentation par câble. Pour chauffer les tuyaux de l'extérieur, des câbles de 16-30 W / m.r.m. sont généralement utilisés, si le câble chauffe le tuyau de l'intérieur, alors 10-15 W de puissance linéaire suffisent. Pour les toits et les drains, des samregs d'une puissance de 30 à 40 W / m.r.m. sont généralement utilisés;
• Coque anti-UV. Si le câble sera exposé au soleil et qu'il sera affecté par les rayons UV, vous devez acheter un câble avec protection UV.
• Tresse de masse. Les câbles autorégulateurs sont vendus avec ou sans tresse de masse (blindage). Le prix d'un câble sans "terre" est environ 1,5 à 2 fois moins cher. Il est conseillé de l'utiliser pour chauffer des tuyaux qui pénètrent dans le sol, des puits, sur des toits. Le plus important est d'épisser ce câble avec un joint adhésif fiable pour assurer la protection contre les infiltrations d'eau. Un câble avec écran est cependant plus sûr, mais beaucoup plus cher, ce qui n'est pas toujours justifié, d'autant plus qu'ils ont la même matrice chauffante autorégulatrice. Il détermine la durabilité du câble et à cet égard, le même câble en termes de durée de vie différera sérieusement en prix;

puissance de démarrage. Lorsqu'un câble autorégulateur est allumé, sa consommation électrique est supérieure à celle nominale. Pour un fil autorégulateur de bonne qualité, la puissance augmente de 20 à 50 %, pour un samreg de qualité inférieure (généralement fabriqué en Chine), la puissance de démarrage peut parfois « s'envoler ». Ceci indique l'instabilité de la matrice et sa fragilité. En outre, un câble de qualité inférieure nécessite des machines électriques plus puissantes ;

• cavités d'air. Lors de l'achat, vous devez serrer le câble avec vos doigts et les faire passer sur toute sa longueur. Un câble de mauvaise qualité n'est pas fabriqué selon les normes et des cavités d'air se feront sentir à l'intérieur. Il y aura un sentiment que la gaine extérieure est en retard sur les parties intérieures du câble. Et, au contraire, si le processus de production est débogué, la technologie est suivie, alors la gaine extérieure repose fermement sur le câble, forme un tout avec lui;
• Épaisseur. Le câble autorégulateur mesure généralement environ 1 cm de large et 3 à 4 mm d'épaisseur.Sur les marchés de Minsk et dans les régions, des vendeurs, essayant d'attirer un acheteur avec un prix "rouge", glissent un câble chinois. Cela vient du fait que sa largeur est d'un peu plus de 0,5 cm.Avec une telle épaisseur, la surface de chaleur générée est beaucoup plus faible et un tel samreg est beaucoup moins efficace. Et si la matrice, qui est 2 fois plus petite, émet une chaleur similaire, sa durée de vie est de courte durée. De plus, il est possible qu'avec le temps, les fils d'alimentation se referment du fait qu'à certains endroits, la matrice chauffante fond ou s'effondre.

Avantages et inconvénients des systèmes de chauffage autorégulés

Avantages :

Pas de surchauffe. Les câbles thermiques autorégulateurs peuvent être superposés sans risque de surchauffe. Leur intersection les unes avec les autres ne fait pas de mal

Ceci n'est pas sans importance pour les mécanismes de réglage et de verrouillage, par exemple lorsqu'il est nécessaire d'enrouler une vanne sur un tuyau. Il arrive également que le câble chauffant des systèmes d'antigivrage soit recouvert de saleté, de feuilles et d'autres débris.

Dans ce cas, la résistance habituelle grillera tandis que les samregs fonctionneront de manière fiable ;

Facilité de coupe. De tels câbles peuvent être coupés d'une travée commune à la longueur requise immédiatement sur place "sur le terrain". Cela donne une flexibilité supplémentaire lorsque les plans ne correspondent pas à la situation "réelle" sur site. Ces connexions peuvent être divisées en morceaux de la longueur requise avec une longueur maximale de 0,7 à 0,15 km (selon le type de samreg). En revanche, les câbles résistifs ont une longueur bien définie ;

Auto-ajustement. Pendant le fonctionnement, il n'est pas nécessaire d'installer des régulateurs de température multicanaux complexes, car le câble réduit brusquement la puissance après avoir atteint un certain seuil de température. Ce mode est idéal pour les systèmes d'antigivrage, où il est souvent très difficile de maintenir la température souhaitée sur toute la longueur de la section. Samreg trouve lui-même une température appropriée pour chaque zone ;

Économiser de l'électricité. En raison du dégagement de chaleur ponctuel là où il est nécessaire et du dégagement de chaleur minimal dans les endroits qui ne nécessitent pas de chauffage, un câble autorégulateur est beaucoup plus économique qu'un câble résistif. Dans les systèmes antigivrage, un câble résistif est généralement connecté à un capteur de température et génère de la chaleur là où le capteur est situé et où le chauffage est nécessaire, et dans les endroits où il n'est pas nécessaire.

Défauts:

puissance de démarrage. Lors de l'installation, il faut garder à l'esprit que la tension initiale peut être au maximum le double de la tension nominale de fonctionnement, et le réseau d'alimentation doit y faire face. Une situation similaire se développe avec la sélection d'équipements de contrôle de puissance appropriée;

• Dissipation thermique limitée. Il est impossible d'augmenter la température dans la pièce avec cette connexion en peu de temps. Lorsque la pièce est chauffée, la puissance du câble chute, et il cesse de chauffer tout aussi intensément la pièce environnante ;
• Coût relativement élevé. Le prix au mètre courant d'un câble autorégulateur est 2 à 3 fois plus élevé que celui d'un câble à puissance constante. Cela peut immédiatement effrayer un consommateur qui ne comprend pas le problème. Si nous calculons les économies d'énergie et autres avantages, un tel excès de prix est tout à fait justifié;
• Longueur relativement petite d'une section. Selon le type de câble, la longueur maximale d'un câble autorégulateur ne peut pas dépasser 65 à 120 mètres. Les résistances sont plusieurs fois plus longues. Cela impose la tâche d'installer des prises de courant supplémentaires;
• Durée de vie limitée. Un tel câble dure en moyenne environ 10 à 15 ans. De plus, sa matrice commence à se dégrader et à réduire considérablement la puissance jusqu'à 0.