Электрический нагревательный кабель представляет собой самый главный элемент любой системы обогрева. Принцип его работы заключается в преобразовании электрической энергии, при протекании через кабель электрического тока, в тепловую энергию. Главный параметр, который характеризует его – это удельное тепловыделение, то есть выделяемая мощность на единицу длины. Единица измерения удельного тепловыделения - Вт/м. Кабель конструктивно имеет внутреннюю жилу, изготовленную из специального сплава с высоким электрическим сопротивлением. Снаружи провод защищен надежным полимерным изоляционным материалом, с экранирующей сеткой из медной проволоки и помещен в прочную и надежную поливинилхлоридную оболочку, защищающую кабель от агрессивных внешних воздействий [6].
Кабель в зависимости от технологии изготовления и сферы использования бывает следующих типов: резистивный и саморегулирующийся.
Резистивный нагревательный кабель имеет постоянное сопротивление и представляет собой металлическую жилу, покрытую слоем изоляционного материала. Жила имеет заданное высокое омическое сопротивление и по этой причине нагревается одинаково по всей своей длине. Поэтому требуется очень внимательно следить за температурным режимом, в котором он работает. Сопротивление резистивного кабеля и его мощность обогрева практически неизменны при любых изменениях температуры окружающей среды. Такой кабель может выйти из строя в случае перегорания из-за чрезмерного перегрева, который может произойти в случаях ухудшения или нарушения теплоотдачи на каком-либо участке кабеля. Наиболее эффективная защита от перегрева заключается в подключении электропитания к резистивному кабелю через регулятор температуры. Кроме того, для нормальной работы системы обогрева с резистивным кабелем требуется установка датчиков температуры. Резистивный нагревательный кабель продается фиксированной длины. Максимальная мощность данного вида кабеля колеблется в пределах 20–30 Вт/м [7].
Саморегулирующийся нагревательный кабель, в отличие от резистивного кабеля, наделен уникальной способностью самостоятельно регулировать выделяемую мощность на участке любой длины.
Саморегулирующиеся кабели имеют следующую типовую конструкцию: две параллельные токопроводящие жилы покрыты слоем полупроводящего, наполненного углеродом полимера (обычно называемого матрицей). Поверх матрицы накладываются слои электрической изоляции, экранирующая оплетка и оболочка. Саморегулирующиеся ленты имеют овальную форму (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Общий вид и схема саморегулирующегося нагревательного кабеля
Полупроводящую матрицу можно условно представить в виде очень большого числа сопротивлений, подключенных параллельно к токопроводящим жилам. При подаче напряжения на разомкнутые токопроводящие жилы в полупроводящей матрице возникает ток, вызывающий выделение тепла. За счет тепла материал матрицы расширяется, и контакты между отдельными частицами углерода нарушаются. Растет сопротивление матрицы, уменьшается ток. Через некоторое время (не более 5 минут) ток и температура стабилизируются. Сопротивление матрицы, приведенное к одному метру, обычно составляет несколько сот Ом, максимальная мощность данного вида кабеля варьируется в пределах 10–110 Вт/м, благодаря этому саморегулирующиеся нагревательные ленты обладают следующими достоинствами [1,7]:
- могут использоваться при подключении на полное напряжение любыми длинами от минимальных (десятки сантиметров) до предельно допустимых, без специальных расчетов;
- способны изменять тепловыделение локально. Если на обогреваемом объекте в какой-либо зоне температура повышается, то тепловыделение саморегулирующейся ленты в этой зоне падает. Данное свойство значительно повышает безопасность системы обогрева и упрощает процесс монтажа саморегулирующихся лент, поскольку допускается сближение и пересечение лент друг с другом.
Резистивные и саморегулирующиеся нагревательные кабели плотно наматываются на трубопровод с определенным шагом. Для трубопроводов малого диаметра применяется их продольная укладка ленты. После монтажа нагревательных кабелей трубопровод теплоизолируется [8].
Исходя из описания типов греющих кабелей, выделим достоинства и недостатки систем на их основе и сведем в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Достоинства и недостатки систем ЭО на основе греющих кабелей
Резистивные кабели | Саморегулирующиеся кабели | ||
Достоинства | Недостатки | Достоинства | Недостатки |
Простота конструкции кабеля | Пониженная надежность | Высокая надежность | Значительный пусковой ток |
Большая длина нагревательной секции (до 3000 м) | Сложность монтажа | Простота монтажа | Форсированный нагрев предмета |
Высокие температурные характеристики | Сложность ремонта | Простота ремонта | Низкая строительная длина (до 150 м) |
Повышенная прочность к механическим воздействиям | Значительные энергозатраты | Экономия энергозатрат | Высокая стоимость |
Низкая стоимость по сравнению с сам. рег. кабелем | Низкая удельная мощность | Высокая удельная мощность |
Лидерами по производству и поставкам нагревательных систем на основе нагревательных кабелей в нашей стране являются такие крупные компании: «Специальные системы и технологии», Raychem, Thermon, SAS «Eltrace», а также компания ООО НПК «Сим-Росс» являющаяся генеральным дистрибьютором фирмы «eltherm». Это говорит о непрекращающимся спросе на такие системы, который с каждым годом будет увеличиваться.