Нагревателни кабели

Съпротивителни и саморегулиращи се кабели, предимства
и недостатъци, области на приложение.

Нагревателните кабели се използват с цел подгряване и поддържане на определена температура на открити и закрити площи. Намират приложение както в битовия и административния сектор, така и в промишлеността. Подходящи са за монтаж върху покриви, канавки, улуци, което ги превръща в основен елемент от противообледенителните системи, предназначени за разтопяване на сняг и лед по покривите и предотвратяване образуването на висулки. Освен по покривите, тези кабели са подходящи за разтопяване на снега и предпазване от замръзване на площадки, рампи, стълбища, тротоари и пешеходни пътеки. Широко се използват и за предпазване на тръбопроводи от замръзване, както и за поддържане на температурата на флуида в тях. Могат да се монтират и във вода, поради което се използват и за загряване на водата във водопроводните тръби. Нагревателните кабели се използват и като елемент от отоплителни системи. Едно от най-често срещаните им приложения в бита е в системите за подово лъчисто отопление.

Поради спецификите на работните им условия, нагревателните кабели следва да отговарят на определени изисквания с оглед на безопасната им експлоатация. Например, нагревателните кабели, монтирани върху покривите, трябва да са високоустойчиви на атмосферни влияния и слънчева радиация. Също така, към външната обвивка на кабела се поставят изисквания за висока механична износоустойчивост по цялата им дължина.

Принципно нагревателните кабели основно са два вида - саморегулиращи се и съпротивителни.

Съпротивителни кабели

Към съпротивителните кабели спадат няколко вида конструктивно различни кабели. Към групата се отнасят армирани, бронирани и зонални кабели. Като цяло съпротивителните кабели се характеризират с ниска себестойност, което ги прави по-достъпни от саморегулиращите се, елементарна конструкция и лесен монтаж. Други отличителни техни характеристики са сравнително дългият им експлоатационен живот и фактът, че характеристиките им не зависят от външните атмосферни условия. Основният им конструктивен недостатък е постоянното съпротивление, което съответно води и до еднакво топлоотдаване по цялата дължина на кабела. Това създава предпоставки за прегряване по време на експлоатация, при възникване на проблеми с топлоотвеждането. Основните им приложни области са подово отопление, защита от заснежаване и противообледеняване на пътища, тротоари, стадиони, спортни площадки, покриви, тръбопроводи, резервоари, технологично оборудване, хладилни камери, селскостопански помещения.

При съпротивителните кабели в качеството на нагревателен елемент се използва метално жило. На пазара се предлагат два вида съпротивителни кабели в зависимост от броя на жилата в тях - едножилни (с едно нагревателно жило) и кабели с две жила (едно нагревателно жило и едно тоководещо). Двете жила са с обща външна изолация.

Едножилни и двужилни кабели

При едножилната конструкция съпротивителният кабел е с два т.нар. “студени” края, т.е. горещият кабел се свързва към захранващата мрежа и в двата си края.

Характерното за двужилните кабели е, че при тях присъединен към захранващата мрежата е само единият им край. На противоположния край на нагревателната секция се монтира тапа, в която се съединяват двете жила. Използването на двужилни нагревателни кабели опростява проектирането и монтажа на противооблединителните системи, но те са по-скъпи от едножилните. Двужилните кабели се препоръчват при изграждането на електрическо подово отопление в жилищни помещения, т.е. там, където хората пребивават продължително време. Причината е, че в подобни приложения електромагнитното излъчване е минимално. Едно от честите им приложения е и при загряване на тръбопроводи с голяма дължина, която би могла да достига до няколко километра. Използването им в подобни приложения е възможно, тъй като, както вече бе споменато, тези кабели се свързват към захранващата мрежа само в единия си край. Основното предимство на този вид кабели е относително ниската им цена. Удобни са за монтаж и надеждни при експлоатация. При двужилните кабели с плоско сечение се постига добър топъл контакт с нагряваната повърхност. Добре е да се има предвид, че в системи с двужилни съпротивителни кабели се препоръчва използването на терморегулатор.

Монтаж на съпротивителни

кабели

Освен с постоянното си съпротивление, съпротивителните кабели се характеризират и с фиксирана дължина на отделните секции. Обикновено те се доставят под формата на готови за монтаж секции. Фирмите производителки предлагат и аксесоари и принадлежности за свързване и монтаж, като всички комплекти следва да се доставят с инструкция за експлоатация.

Съществуват различни монтажни схеми, но в практиката са се наложили основно два метода. Част от производителите предлагат кабели, при които присъединяването към силовия захранващ проводник се осъществява посредством специални кабелни съединителни муфи, свързващи нагревателния кабел с електрическата мрежа. Чрез съединителната муфа се свързва “студеният” силов кабел с постоянно нагряващия се и изстиващ нагревателен кабел. При този вид присъединяване е добре да се има предвид, че муфата трябва да бъде достатъчно надеждна и да се отличава с висока устойчивост на различни неблагоприятни работни условия, тъй като от нея зависи надеждността на работа и експлоатационният живот на системата.

Вторият метод, използван широко в практиката, е монтаж чрез съединяване на нагревателните жила на кабела със “студения” проводник с помощта на механично запресована втулка.

Проектирането е трудоемък

процес

Проблемите при монтажа на съпротивителните кабели се дължат на обстоятелството, че са с определена дължина. Тъй като дължината на секциите не може да бъде променяна произволно, проектирането и изграждането на тези системи е трудоемък и често недостатъчно ефективен процес. Например, при проектиране на покривни противообледенителни системи, което е едно от най-често срещаните приложения на съпротивителните кабели, поради съществени различия в размерите на водостоците, изграждането на системата се оказва нелека задача. Друг проблем при съпротивителните кабели е функционирането им в реални условия. Равномерното топлоотдаване от кабела по цялата му дължина може да доведе до прегряване на една част от кабела, а в други участъци отделяната топлина би могла да се окаже недостатъчна за обезпечаване на добре функционираща система, поради различните потребности от топлина в различните участъци. Например, в хоризонталните участъци потребностите от топлина са едни, а във водостоците са други.

Към групата на съпротивителните кабели се отнасят и плоските нагревателни ленти, бронираните, армираните и спиралните кабели. Плоските нагревателни ленти се използват предимно за предпазване от замръзване или поддържане на температурата на продукти, транспортирани по надземни или подземни тръбопроводи. Този тип кабели могат да се захранват с трифазно напрежение. Спиралните кабели имат значително по-малка дължина и съответно по-голямо топлоотдаване от обичайното, което ги прави подходящи за отопление на малки площи, важно оборудване или устройства с малки размери.

Бронираните съпротивителни

кабели

ефективно решават задачата да не допуснат заледяване и задържане на сняг на праволинейни водостоци с големи сечения. Те са едножилни. Характеристиките им са близки до тези на обикновените съпротивителни кабели. Основната разлика е в по-високата допустима температура на жилото - до 150 оС. Бронираните кабели се отличават с висока механическа издръжливост. Сред сериозните им предимства е възможността да се инсталират директно в бетон, което ги прави много подходящи за недопускане на обледеняване и изсушаване на пътища и тротоари. Подходящи са и за монтаж във водостоци. Високата им механична устойчивост се дължи на двуслойната им стоманена броня, което ги защитава от възможни повреди при провеждане на заваръчни работи в близост до мястото им на монтаж. При бронираните кабели се допуска неголяма корекция на дължината на секцията, която би могла да се направи на самия обект. Друго основно тяхно предимство е относително ниската им себестойност.

Армираните кабели

също се характеризират с висока механична устойчивост, но в по-ниска степен в сравнение с бронираните. Използват се предимно за противообледеняване на водостоци. Армираните кабели се отличават с по-високо топлоотдаване, обикновено от порядъка на около 30 W/m. Като топлопроводящ елемент при тях се използват две нагревателни жила. За повишаване на топлоотдаването често кабелите са с плоска форма, което увеличава геометричните им размери. В качеството на изолация се използва полимерен материал с допустима работна температура до 130 оС. А външната обвивка е метална армираща оплетка, което допълнително подпомага топлоотдаването от кабела и защитава кабела от възможни повреди при монтаж и експлоатация.

Този вид кабели се използват в нагревателни секции за метални покриви и водосточни тръби. Армираните кабели се предлагат на отделни нагревателните секции.

Зоналните кабели

са с ограничено приложение. Използват се предимно за загряване и недопускане образуването на лед в технологични тръбопроводи, резервоари и дълги водостоци. От една страна, те спадат към групата на съпротивителните, тъй като топлоотдаването им по цялата дължина е постоянно. От друга страна, при тях съществува възможност да се отреже необходимата дължина от кабела според изискванията на приложението. Топлоотдаващият елемент при зоналните кабели представлява проводник с високо електрическо съпротивление, който е спирално навит върху две изолирани тоководещи жила. Цялата конструкция е изолирана и защитена с обвивка. Типовата дължина обикновено е 1 метър.

Саморегулиращи се кабели

При саморегулиращите се кабели в качеството на нагревателен елемент се използва специална топлоотделяща полимерна матрица, разположена между две тоководещи жила. Цялата конструкция на кабела е защитена, екранирана и електроизолирана. Характерната особеност на саморегулиращите се кабели е възможността топлоотдаването да се изменя по дължината на кабела в зависимост от конкретната стойност на температурата на околната среда. При повишаване на температурата съпротивлението на матрицата пада, а следователно и топлоотдаването намалява, което създава ефект на саморегулиране. На практика, всеки участък от кабела се приспособява към обкръжаващите го условия, поради което опасността кабелът да прегрее отпада. Автоматичното поддържане на подходяща температура в даден участък при саморегулиращите се кабели е в зависимост от температурата на обкръжаващата го среда и конкретните условия на работа. Топлоотдаването се определя за стандартни условия и обикновено се включва в наименованието на кабела. Линейното топлоотдаване обикновено е около 20 до 30 W/m.

Предимства и недостатъци

Предимства на саморегулиращите се кабели са възможността да се използват произволни дължини, т.е. необходимата дължина може да се отреже на самия обект. В редица случаи не се налага използването на регулираща апаратура. Този вид кабели не прегряват и не изгарят дори при самопрекъсване. Ограничения се налагат за пределната дължина, която за различните типове кабели е от 60 до 150 м. Друго основно тяхно предимство е и фактът, че те са единственият тип кабели, които могат да се използват във взривоопасни условия на работа.

Недостатъкът им преди всичко е високата цена, но при разумно проектиране стойността на система със саморегулиращи се кабели превишава стойността на тази със съпротивителни кабели с не повече от 15-20%, твърдят специалисти.

При проектиране на покривни системи е добре да се има предвид, че в системите, базирани на саморегулиращи се кабели, следва да се отчетат съществените разлики между пусковия и номиналния ток (от 2 до 4 пъти). Това трябва да се вземе предвид при избора на тип пускорегулираща апаратура. Основни приложни области на саморегулиращите се кабели са противообледеняване на тръбопроводи и покриви. Поради по-високата им цена за момента използването им в системите за подово отопление е ограничено.