Нагрівальний провід: області застосування і способи монтажу


Нагрівальна секція для обігріву водопроводу

Наша сьогоднішня тема – електронагрівальні дроти. Ми з’ясуємо, які різновиди кабелю, що гріє можна зустріти в продажу, де застосовуються системи кабельного обігріву та як вони монтуються. Приступимо.

Принцип дії

Як відомо, при протіканні електричного струму через провідник з ненульовим опором виділяється тепло. Його кількість пропорційно опору провідника і квадрату величини струму.

Загальна кількість теплоти може бути розраховане по формулі Джоуля-Ленца Q = I2 * R * t, в якій:

  • Q – шукану кількість теплоти в джоулях;
  • I – струм в провіднику в амперах;
  • R – повний опір провідника в Омасі;
  • t – час вимірювань в секундах.


Приклад застосування формули

Практичне наслідок: щоб зменшити виділення тепла на провіднику, потрібно мінімізувати поточний через нього струм. Зробити це без втрати потужності можна, збільшивши напругу. Саме тому все ЛЕП – високовольтні.


Типове напруга ЛЕП – 220-500 тисяч вольт

Однак провідник, що розігрівається при протіканні струму, може бути використаний і як джерело тепла. За цим принципом працюють всі прилади прямого нагріву: електроплити, обігрівачі, бойлери тощо

Гріє кабель – окремий випадок такого приладу. Його особливість – нагрів до порівняно невисоких температур (зазвичай в межах 40 ° С).


Типова температура кабельного теплої підлоги

Втім, як ми побачимо пізніше, з цього правила є винятки.

Грубий розрахунок температури нагріву провідників може бути виконаний за формулою Q = c * m * (t2-t1), де:

  • Q – виділяється на провіднику за одиницю часу теплота (вона розраховується за наведеною вище формулою Джоуля-Ленца);
  • с – питома теплоємність матеріалу провідника (для міді при кімнатній температурі вона дорівнює 380 Дж / (кг * С));
  • m – маса провідника в кілограмах;
  • t2 – шукана температура після протікання струму;
  • t1 – початкова температура провідника.

Зверніть увагу: схема розрахунку не враховує випромінюваного провідником при нагріванні і розсіюється за рахунок конвекції тепла. Реальна температура буде нижче розрахункової, причому різниця буде рости в міру нагрівання і збільшення тепловиділення дроти.


У міру нагрівання провідник розсіює все більше тепла

Давайте виконаємо розрахунок для наступних умов: мідний дріт з опором 10 Ом і масою 0,5 кг нагрівається поточним через нього струмом в 10 А протягом 20 секунд. Температура в приміщенні дорівнює +20 градусам.

Підставляємо всі величини в формулу: 102 * 10 * 20 = 380 * 0,5 (t2-20). Вирішивши нескладне рівняння, ми отримаємо 85 градусів за шкалою Цельсія.

різновиди

Які види гріючих дротів пропонує сучасний ринок?

Прикріплене відео розповість вам більше про те, як влаштований і де застосовується провід нагрівальний саморегулюючий.

одножильний резистивний

Найпростіший конструктивно і найдешевший гріючий кабель – одножильний резистивний. Він являє собою звичайний провід в ізоляції з єдиною токоведущей жилою.

Це рішення має кілька специфічних особливостей, які роблять його застосування в побутових цілях досить незручним:

  • Кабель повинен утворювати замкнутий контур, оскільки обидва його кінця повинні підключатися до харчування;


До харчування підключаються обидва кінці дроту

  • Він завжди працює на номінальній потужності. Зменшити тепловиділення можна лише зниженням напруги живлення;
  • Перехлест дроти призводить до його перегріву (оскільки виділяється в одній точці кількість тепла подвоюється), що часто стає причиною руйнування ізоляції і короткого замикання;
  • Кабель не можна різати. Зменшення довжини провідника при постійній напрузі харчування призведе до зменшення його повного опору і пропорційного зростання поточного через нього струму. Оскільки тепловиділення пропорційно квадрату струму, перегрів укороченого кабелю гарантований.

Давайте познайомимося з парою зразків одножильних кабелів:

зображення опис


провід ПНСВ

Провід нагрівальний ПНСВ використовується для прогріву бетону при негативних температурах. Він монолітиться і не використовується повторно, тому в числі пріоритетів виробника – мінімальна ціна погонного метра. ПНСВ використовує токоведущую жилу з обпаленого стали в поліетиленовій оболонці; при діаметрі 1,2 мм метр дроту обходиться всього в 1,44 рубля.


провід ЗНО

Провід нагрівальний ЗНО застосовується для нагріву елементів технологічного обладнання (бітумопроводів, екструдерів і т.д.) і призначений для роботи при температурах 550-800 градусів. Його особливості – використання в якості провідника високотемпературних сплавів і ізоляція зі скловолокна. Погонний метр дроту діаметром 1,2 мм коштує 340 рублів.

Цікаво: резистивні низькотемпературні кабелі нерідко забезпечуються екранує опліткою, призначеної для захисту електроніки від наведених струмів. Однак у автора є серйозні сумніви в користі від екранування: будь-яких перешкод і збоїв в роботі обчислювальної техніки і радіо він не спостерігав навіть в безпосередній близькості від системи кабельного обігріву без обплетення.


Одножильний кабель з обплетенням

Двожильний резистивний

Його єдина відмінність від вивченого нами вище рішення – друга Струмовідна жила, що дозволяє підключати забезпечений кінцевими муфтою кабель до харчування однією стороною. Всі інші особливості – ті ж: незмінна довжина секції, перегрів при перехльостами і постійна потужність.


Гріє, резистивний, двожильний

зональний

Зональний кабель є еволюційним розвитком резистивного. У ньому дві струмоведучих жили з низьким опором з’єднуються один з одним провідниками, які виконують роль нагрівальних елементів.

Така конструкція дає можливість нарізати кабель відрізками довільної довжини: при цьому буде змінюватися споживана потужність, а ось температура нагріву залишиться незмінною, оскільки довжина кожного окремого нагрівального елемента не змінюється.


Пристрій і особливості зонального кабелю

саморегулюючий

Всі проблеми резистивного кабелю успішно і дуже дотепно вирішені в так званому саморегулюючому.

Як він влаштований?

Між двома володіють низьким опором мідними жилами розміщена полупроводящей матриця з полімеру-діелектрика з високим коефіцієнтом лінійного розширення при нагріванні. У полімер додається дрібнодисперсний проводить матеріал (наприклад, графітовий пил).


Саморегулюючий кабель з зачищеною ізоляцією

Що це дає?

  • Автоматичне регулювання температури. При охолодженні середовища полімерна матриця зменшується в розмірах, і частки провідника утворюють більше струмоведучих ланцюгів. Це призводить до збільшення споживаної потужності і до зростання тепловиділення;


механізм саморегуляції

  • Незалежність терморегуляції для різних ділянок кабелю. При різниці в температурі між ділянками кількість струмоведучих ланцюгів в них буде різним;
  • Безпека експлуатації. Перехлест кабелю більше не призводить до його перегріву: при зростанні температури потужність, споживана матрицею в області перехлеста, впаде до мінімуму;
  • Економічність. Кабель знижує енергоспоживання в теплу погоду;
  • Можливість нарізки дроту відрізками довільної довжини. При цьому знову-таки буде змінюватися повна потужність секції, але не її нагрівання.

Цікаво: саморегулюючий кабель існує як в високовольтної версії, з живленням від 220 вольт, так і в низьковольтному виконанні. 12-вольта кабель залишається безпечним навіть при пошкодженні ізоляції і застосовується, зокрема, для обігріву акваріумів та інкубаторів.


Провід нагрівальний 12 вольт для обігріву акваріумів та інкубаторів

застосування

Де застосовуються кабельні системи обігріву?

Ось найбільш типові області їх побутового застосування:

  • Електричні теплі підлоги з укладанням кабелю в стяжку або під кахель, в шар плиткового клею;


Тепла підлога на лоджії

  • Захист відкритих майданчиків (спортивних, дитячих, парковок для автомобілів і т.д.) від освіти крижаного і сніжного накату;
  • Системи обігріву покрівель та водостоків. Вони запобігають замерзанню жолобів в міжсезоння і скупчення на даху небезпечного кількості снігу;


Обігрів скатів покрівлі та ринв

  • Обігрів водопроводів і каналізації при їх відкритому прокладанні або укладанні в грунт вище рівня промерзання;
  • Обігрів ємностей (накопичувальних баків для води, септиків і т.д.).


Кабельний обігрів резервуарів

Цікаво: у автора цієї статті саморегулюючий кабель відповідає за обігрів прокладеної по фасаду будинку каналізації мансардного поверху і відкрито встановленого під ґанком відстійника септика. Система обігріву показала свою ефективність в рідкісні для Криму заморозки: навіть при -20 ° С каналізація продовжувала функціонувати.

монтаж

Тепер прийшов час відповісти на кілька запитань, так чи інакше пов’язаних з монтажем нагрівального дроту своїми руками:

  1. Якою має бути питома потужність кабелю, що гріє при монтажі електричного теплого статі?

При якісному утепленні приміщення – 150 ват на квадратний метр поверхні. Для неутеплених приміщень вона може бути збільшена до 200-250 ват.


Типова потужність систем теплої підлоги – 150-220 ват на 1 м2

Варто уточнити: фактичне середнє енергоспоживання завдяки роботі терморегулятора буде як мінімум удвічі менше номінального. Резерв потужності потрібен лише для швидкого розігріву статі.

  1. Яка максимальна навантаження на один терморегулятор для кабельного теплої підлоги?

За відсутності інших вказівок виробника терморегулятора – 3600 ват. При більшій потужності теплої підлоги збирається кілька контурів з незалежним регулюванням температури.


Максимальне навантаження на терморегулятор – 3,6 кВт

  1. Якої потужності кабель брати для обігріву трубопроводів?

Інструкція залежить від діаметра труби:

  • Для водопроводу достатньо 10 ват на метр;
  • Для каналізації діаметром 50 мм – 16 ват;
  • Для 110-міліметрової каналізації – 30 Вт / м.


Питома потужність зазвичай вказана в маркуванні кабелю

  1. Як підключити саморегулюючий кабель для напруги 220 вольт до харчування?

Звичайним багатодротовими проводом з двома або трьома (в разі наявності екранує обплетення) жилами і виделкою. З’єднання жил виконується мідними гільзами під обтискача. Ізоляція з’єднань забезпечується термоусадочної трубкою; їй же ізолюється кінець кабелю, що гріє.


Послідовність складання нагрівальної секції

Комплект для збірки секції

  1. Чи можна прокладати кабель, що гріє всередині водопроводу або каналізації?

У водопровідних трубах – можна. Для введення кабелю використовується фітінг з сальниковим ущільнювачем.


Внутрішній обігрів водопроводу

У каналізаційних – не можна.

Причин тому кілька:

  • Кабель збиратиме сміття (волосся, папір і т.д.) і сприяти засмічення каналізації;
  • Він з великою ймовірністю буде намотаний на трос або дріт і пошкоджений при прочищення засмічення;
  • Агресивні побутові стоки за 2-3 роки роз’їдають термоусадку і призводять до виходу нагрівальної секції з ладу.

Однак: ділянка кабелю з цільної заводський оболонкою можна укладати в відстійник або фільтруючий колодязь септика. У автора кабельний обігрів відстійника організований саме так: кілька витків саморегульованого кабелю укладені на дно ємності, при цьому з’єднання з холодним кінцем і кінцева муфта знаходяться за її межами.


Кабель укладений в відстійник септика; кінцева муфта і з’єднання з холодним кінцем знаходяться за межами бака

  1. Як кріпити кабель, що гріє на водопровідні чи каналізаційні труби?

Він укладається під теплоізоляцію і приклеюється алюмінієвим скотчем. Поверхня, що відбиває алюмінієвої стрічки зменшує втрати тепла за рахунок випромінювання і сприяє нагріванню труби.


На фото – утеплена каналізаційна труба з приклеєним алюмінієвим скотчем гріє кабелем

При відкритій (без ізоляції) прокладання каналізації кабель варто додатково зафіксувати поліетиленовими стяжками. Алюмінієвий скотч неміцний і легко рветься, а оболонка саморегульованого кабелю досить жорстка і пружна.


Поліетиленові стяжки забезпечують додаткову фіксацію кабелю

Нарешті, при обігріві водопроводу кабель можна просто намотати на нього спіраллю.


Кабель намотаний на водопровідну трубу

висновок

Сподіваємося, що нам вдалося відповісти на всі питання читача. Успіхів!

Ссылка на основную публикацию