Cabluri de încălzire: tipuri și aplicații

Cabluri de încălzire - un tip specific de produse de cablu care transformă energia electrică în căldură pentru încălzire și îndeplinesc funcția de receptor de energie electrică, mai degrabă decât o linie de transmisie. Cablurile de încălzire sunt semnificativ diferite de cablurile și firele obișnuite, scopul lor fiind de a transfera energia electrică cu cea mai mică pierdere și cu o ușoară cădere de tensiune pe lungimea liniei (de obicei nu mai mult de 5%).

Cablul de încălzire este utilizat ca secțiuni de încălzire, adică. segmente de o anumită lungime, iar la această lungime există o scădere completă a tensiunii aplicate. Prin urmare, secțiunea de încălzire ar trebui considerată un receptor convențional de energie electrică (ca unul dintre tipurile de elemente de încălzire electrică).

Lungimea secțiunilor de încălzire prin cablu variază de obicei de la câțiva metri până la câteva sute de metri.

Efectul disipării unei părți a energiei transmise sub formă de căldură, care este negativ pentru cablurile convenționale, este utilizat ca util în cablurile de încălzire. Mai mult, conversia energiei electrice în căldură are loc în modul cel mai optim și economic. Conversia este completă, silențioasă, fără a utiliza substanțe suplimentare (combustibil, oxidant).

Cablurile de încălzire au o gamă destul de dezvoltată și sunt utilizate într-o mare varietate de instalații și dispozitive. Cu toate acestea, acestea se referă la produse de cablu specifice și în literatura de specialitate nu există practic lucrări privind proiectarea, calculul și utilizarea cablurilor de încălzire.

Tipuri de cabluri în conformitate cu schema de disipare a căldurii

Liniar rezistiv - cabluri de încălzire în care se degajă căldură datorită efectului Joule-Lenz când trece curentul electric prin miezul de încălzire. Cablul este proiectat astfel încât să aibă loc o scădere completă a tensiunii aplicate în miezul de încălzire, dar elementele cablului nu se supraîncălzesc peste valorile admise.

Lungimea secțiunii de încălzire este de obicei de la câțiva până la sute de metri. Cablurile de acest tip pot avea unul, două sau mai multe nuclee de încălzire paralele, având o formă liniară sau spirală. Tăierea cablurilor arbitrale de-a lungul lungimii este inacceptabilă.

Puterea termică a cablurilor liniare rezistive scade ușor în timpul încălzirii, iar amploarea schimbării depinde de valoarea coeficientului de temperatură de rezistență al materialului miezului de încălzire. Cele mai mici schimbări de rezistență se observă în aliajele cu rezistență ridicată (TKr + 0,0001), cea mai mare în cupru (TKr + 0,004)

Zonal rezistiv cablurile de încălzire nu diferă în principiu de cele anterioare, dar diferă fundamental în ceea ce privește designul lor. Acestea conțin două conductoare izolate paralele.

Izolația conductoarelor conductoare a amplasat periodic „geamuri” deplasate unele de altele cu un pas dat (de obicei aproximativ 1 m). O bobină de sârmă subțire din aliaj de înaltă rezistență este suprapusă peste aceste două nuclee.

În „ferestre” spirala se închide pe firele conductoare, ca urmare, cablul reprezintă un set de rezistențe (rezistențe) conectate în paralel cu firele conductoare. Pe fiecare dintre ele există o scădere completă a tensiunii aplicate. Cablul zonal este convenabil prin faptul că poate fi tăiat oriunde. Lungimea minimă a secțiunii de încălzire este de 1,5 - 2 m.

Lungimea maximă este determinată de secțiunea transversală a conductorilor conductori și de puterea liniară.Întrucât elementul de încălzire al cablurilor din zonă rezistivă este format din aliaje de înaltă rezistență, puterea lor este practic independentă de temperatură, de aceea sunt numite și cabluri de putere constantă.

Cabluri autoreglabile au un design parțial similar cu cel al cablurilor cu zonă rezistivă. De asemenea, conțin doi conductori paraleli, dar nu izolați. Conductoarele sunt fie închise într-o matrice conductoare de polimer, fie sunt conectate prin fire conductoare cu polimer spiralat.

Efectul auto-reglării se realizează datorită faptului că elementul combustibil al cablului, realizat dintr-un material conductor polimer, își mărește semnificativ rezistența la încălzire. Valoarea Tcr a polimerului conductor ajunge la 0,05-0,075, adică de 12-18 ori mai mare decât cea a cuprului.

Cabluri de încălzire inductive în proiectarea lor, conțin elemente ferromagnetice, iar conductoare izolate conductoare sunt așezate în jurul elementelor ferromagnetice sub formă de înfășurare care induce un flux magnetic alternativ în miez. Efectul de eliberare a căldurii se realizează atât datorită pierderilor rezistive la înfășurare, cât și datorită pierderilor rezistive din miez care rezultă din curenții induși.

Raportul dintre acestea și alte pierderi este determinat de proiectarea cablului. Pierderile din miez pot reprezenta 80-20% din pierderile totale de cablu. În primul caz, pierderile înfășurării sunt mici și este ușor încălzită datorită propriilor pierderi, ceea ce permite obținerea unei puteri liniare semnificativ mai mari în comparație cu cablurile rezistive.

Metoda de încălzire a conductelor folosind „efectul SKIN” poate fi considerată și ca una dintre opțiunile pentru cablul inductiv. În acest caz, rolul înfășurării prin inducție este jucat de un miez izolat cu secțiune transversală mare, iar rolul inductorului este conducta de oțel în care se află acest miez. Căldura este generată atât în ​​miez, cât și în conductă datorită curenților induși.

Aplicații pentru cabluri de încălzire

Dispozitivele care utilizează cabluri de încălzire pot fi în mod dramatic diferite ca mărime, temperatura de operare și puterea de căldură. Prin urmare, gama de aplicații pentru cablurile de încălzire este foarte largă.

Haine încălzite, pături, covoare - pături și pături electrice, tampoane de încălzire, scaune încălzite, haine încălzite și încălțăminte. De regulă, acestea au o putere mică (10 - 50 W) și o temperatură de funcționare care este sigură pentru oameni, adică. nu mai mare de 50 ° C. Acest grup poate include încălzitoare de consum redus de consum: încălzitoare pentru alimente pentru bebeluși, dezghetoare frigorifice care folosesc cabluri de încălzire.

Sisteme de încălzire în cameră - în ele cablurile de încălzire sunt folosite ca element de combustibil, distribuite mai mult sau mai puțin uniform pe zona camerei. Dacă este necesar, cablurile pot fi montate pe pereți și pe tavan. Cea mai bună opțiune pentru instalarea cablurilor în ceea ce privește transferul de căldură, stocarea căldurii, siguranța și securitatea este instalarea cablului în grosimea unei șapă de ciment, așezată sub o acoperire decorativă cu podea.

Temperatura de pe suprafața încălzită este de obicei 22 - 26 ° C, dar poate atinge 35 ° C. Puterea specifică a sistemelor de încălzire prin pardoseală variază între 70-150 W / m². Sistemele de stocare au o putere de până la 200 W / m². Puterea totală a sistemului poate avea limite foarte largi: de la 100 de wați la zeci și sute de kilowati.

Sisteme de degivrare pentru trotuare, scări deschise, rampe. Ca și în cazul precedent, cablurile sunt așezate în grosimea bazei de beton. Aceste sisteme funcționează doar într-un moment în care zăpada cade pe suprafața acestor obiecte sau forme de gheață.

Puterea specifică a sistemelor de încălzire pentru suprafețe deschise variază în intervalul 200-350 W / mp. Capacitatea totală a sistemului variază de la câteva până la zeci de sute de kilowati.

Aceasta include, de asemenea, sisteme anti-gheață pentru instalații sportive (terenuri de fotbal, benzi de rulare, curse de curse, terenuri de tenis), secțiuni periculoase ale autostrăzilor (ascensiuni, coborâri, viraje ascuțite), piste. Puterea specifică de încălzire a acestor sisteme poate ajunge la 500W / mp, iar puterea totală - mai mulți megawați.

Sisteme de degivrare a acoperișului servesc la prevenirea: înfundarea gheții a căilor de curgere a apei, formarea de icicle și pentru a îndepărta zăpada și gheața din zonele periculoase. Cablurile de încălzire sunt plasate de-a lungul căilor de curgere a apei, în canalele de scurgere, pe streașine, tunurile de apă, pe văi și joncțiuni.

Cablurile de încălzire utilizate în aceste sisteme au, de regulă, o putere liniară de 25 sau mai mulți wați pe metru. Capacitatea totală a sistemului depinde de proiectarea și dimensiunea acoperișului unei anumite clădiri și variază între 1-2 și câteva sute de kilowati.

Temperatura la suprafața sistemelor antigel în absența zăpezii și a gheții și la o temperatură ambientală negativă este de obicei de +5 - 7 ° C. În timpul topirii zăpezii și gheții, temperatura suprafeței este doar o fracție de un grad mai mare de 0 ° C. Dacă temperatura mediului ambiant este mai mare de + 5 ° С, sistemele antigel sunt oprite ca inutile.

Sisteme de încălzire pentru conducte și rezervoare. Sistemele de conducte sunt lungi și ramificate, iar cablurile de încălzire sunt cele mai potrivite pentru încălzirea lor. În practică, de regulă, există două tipuri de sisteme de încălzire - prevenirea înghețării și menținerea temperaturii pe conductă peste normal (peste + 20 ° C). Scopul principal al ambelor tipuri de sisteme este de a compensa pierderile de căldură din conductă (sau rezervor) în mediu.

Secțiunile de încălzire sunt montate pe partea superioară a conductei (rezervor) și sunt închise împreună prin izolare termică. Puterea liniară a sistemelor de încălzire a conductelor este de obicei de 10-60 W / m. Capacitatea totală a sistemului depinde de lungimea conductei. Puterea specifică a sistemelor de încălzire a rezervorului este de 10-80 la 1 mp. Suprafața încălzită, iar totalul depinde de dimensiunea rezervorului.

Scopul sistemelor antigel este de a elimina formarea de dopuri de gheață și ruperea conductelor, de aceea este suficient să mențină + 5 ° C. pe conductă. ° C, iar pentru bitum necesită 160-180 ° C.

Sisteme de încălzire pentru echipamente tehnologice Se disting printr-o mare varietate de scopuri, temperaturi necesare, capacități specifice și sunt dezvoltate pe baza unei abordări individuale.