Конструкции нагревательных кабелей

Многочисленные агрегаты и технические устройства требуют подогрева. В настоящее время все более широкое применение для этой цели находят нагревательные кабели и провода, которые обеспечивают максимальную надежность и удобство монтажа.

Некоторые возможные области применения нагревательных кабелей.

Электростанции. Тяжелый мазут в трубах и емкостях следует поддерживать при повышенных температурах для его оптимальной доставки к печам независимо от температуры окружающей среды. Системы трубопроводов и оборудования требуют обеспечения защиты от замерзания, поддержания их температуры выше точки росы и предотвращения коррозии.

Химическая промышленность. Электрические системы нагрева рекомендуются для защиты от замерзания и для поддержания высокой температуры в сети труб, которые содержат кислоты, щелочи и другие жидкости в различных концентрациях.

Фармакологическая и косметическая промышленности. Требуется поддержание заданной температуры для транспортировки масел, жира, паст и другого сырья, используемого для приготовления кремов и мазей.

Пищевая и обрабатывающая промышленность. Кабели применяют для поддержания определенной температуры жиров в растворе шоколада, глюкозы и сахара.

Нефтехимические предприятия. Требуется поддержание заданной температуры при хранении, транспортировке нефтематериалов и оборудования для обработки материалов (нефть, мазут, бензин, битум и т. п.). Трубопроводы нефти и природного газа. Транспортировку этих материалов необходимо производить при повышенной температуре.

Промышленные здания и гражданские сооружения. Кабели применяют для предотвращения оледенения и повреждения снегом, для нагревания полов, пандусов, лестничных площадок, поверхности крыш, водосточных желобов и нисходящих труб. Кабели могут быть смонтированы снаружи обогреваемого оборудования и труб или прокладываться внутри труб. В зависимости от среды, в которой прокладывают кабель, он должен содержать необходимые защитные оболочки.

Нагревательных кабелей по принципу тепловыделения делятся:

• 1. Резистивные;
• 2. Зональные;
• 3. Саморегулирующиеся;
• 4. Скин-кабели;
• 1. Резистивные кабели. Это — наиболее часто используемые, кабели. По внешнему виду резистивные кабели похожи на обычные электрические провода. В этих кабелях заложен специальный провод с повышенным электрическим сопротивлением — нагревательная жила. При протекании электротока по ней выделяется тепло. Такой кабель относительно дешев, монтаж его прост и занимает мало времени. Используется кабель в виде готовых нагревательных секций. Нагревательная секция — это отрезок нагревательного кабеля фиксированной длины, оснащенный монтажными концами для подключения к электрической сети. Выпускаются одножильные кабели (с одногреющей жилой) и двухжильные (одна жила греющая, вторая — обычный соединительный провод).

Одножильный провод подключается к сети с обоих концов. Используется, как правило, в нежилых помещениях и для обогрева открытых площадок.

Преимущество — более дешевые, чем двухжильные кабели (секции).

Двухжильный кабель подключается с одного конца. На другом конце кабеля нагревательная жила соединяется с обычной жилой и соединение изолируется. Такой двухжильный кабель применяется во всех областях, где используется кабельный обогрев, в том числе в жилых помещениях, т. к. практически не создает электрических полей.

Преимущества. Простота конструкции, высокая технологичность и относительно низкая стоимость. Монтаж нагревательных секций на объекте занимает мало времени и не сложен. Плоское сечение двухжильных кабелей и лент обеспечивает хороший тепловой контакт с обогреваемой поверхностью. Они позволяют обогревать трубопроводы длиной до нескольких километров при питании с одного конца.

Недостатки. Необходимость использования секций строго заданной длины. Кабели Логнлайн зачастую требуют для питания высоковольтного оборудования и соблюдения связанных с этим мер безопасности.

Основные области использования. Теплые полы, дороги, тротуары, стадионы, спортивные площадки, кровли, трубопроводы, резервуары, технологическое оборудование, холодильные камеры, теплицы, сельскохозяйственные помещения.

Резистивные кабели бывают:

• · Бронированные кабели механически прочны, их можно использовать в длинных водостоках без троса, это почти единственный тип кабеля, укладываемый непосредственно в бетон, он незаменим для дорог и тротуаров. Запас теплостойкости позволяет подгонять длину нагревательной секции по месту на 1−2 м.
• · Армированные — кабели также имеют усиленную механическую защиту, но меньшей прочности, чем бронированные. В основном, применяются для обогрева водостоков.
• · Спиральные кабели имеют значительно меньшую длину и соответственно большее удельное тепловыделение, чем обычные, что важно при обогреве малых площадей, узлов оборудования или устройств малых размеров.
• · Типа ЛонгЛайн — (плоские нагревательные ленты) предназначены для обогрева длинных трубопроводов, эксплуатируются по схеме трехфазной нагрузки.
• 2. Зональный кабель.

Тепловыводящий элемент — спирально наложенная на две изолированные токопроводящие жилы проволока из сплава высокого сопротивления. Шаг соединения спирали с токопроводящими жилами примерно 1 м. Таким образом, формируются зоны тепловыделения, соединенные параллельно. Зональные кабели во многом подобны резистивным, но имеют одно из преимуществ саморегулирующихся: их можно резать непосредственно на объекте (но для этого необходимо знать точное расположение зонных контактов), тем самым уменьшается перерасход кабеля. Вся конструкция окружена изоляцией, экранами и защитными оболочками. Запитывается с одного конца.

Преимущества. Возможность использования произвольными (с точностью до метра) длинами (до 200 м), отрезаемыми на объекте по месту. Высокие рабочие температуры (у кабелей марки AHT — до +350°С). Тепловыделение, не зависящее от температуры. Возможность использования концевого участка до первого зонного контакта в качестве «холодного» монтажного конца. нагревательный кабель хранение транспортировка.

Недостатки. Необходимость знания точного местонахождения зонных контактов и учет «зонной кратности» длины при проектировании.

Основные области использования. Технологические трубопроводы, резервуары, длинные (до 40 м и более) водостоки.

3. Саморегулирующийся кабель. Нагревающий элемент — тепловыделяющая пластиковая матрица. Она располагается между двумя токопроводящими жилами. тепловыделение у этих кабелей может изменяться по длине и зависит от температуры окружающей среды возле кабеля. при повышении температуры (на одном из участков или в определенной точке) сопротивление пластмассы возрастает и тепловыделение на этом участке падает. получается эффект саморегулирования. каждый участок кабеля «подстраивается» к окружающим его условиям. Кабель не перегревается и не перегорает даже при самопересечении. Такой кабель можно нарезать нужной длины: от 20 см до нескольких десятков метров.

Внимание! Нельзя соединять два провода на конце саморегулирующегося кабеля — это приведет к короткому замыканию!

Преимущества. Возможность использования произвольными (от 20 см) длинами, отрезаемыми «по месту». В ряде случаев не требуют использования регулирующей аппаратуры. Не перегреваются и не перегорают даже при самопересечении, т.к. каждый участок кабеля сам приспосабливается к окружающим условиям теплоотдачи. Незаменимы для антиобледенительных систем, т.к. повышают тепловыделение в снегу и талой воде в 1,5−2 раза.

Недостатки. Стартовый ток при низкой окружающей температуре существенно (в полтора-два раза) превышает номинальный рабочий ток системы обогрева, что необходимо учитывать при расчете питающей сети и защитных устройств. Практическая невозможность обеспечить форсированный обогрев, например, для быстрого нагрева помещения.

Основные области использования. Трубопроводы, кровли. Перспективны для применения в теплых полах при снижении цены в серийном производстве. Единственный тип кабеля, пригодный для обогрева пола в помещениях со взрывоопасными условиями.

4. Скин-кабели, применяемые в скин-системах. Принцип действия основан на явлении скин-эффекта в ферромагнитном материале на промышленной частоте. Тепло выделяется в основном в стальной трубке, внутри которой располагается изолированный кабель. Запитываются с одного конца.

Преимущества. Благодаря отсутствию наружного потенциала скин-рубки не требуют электрической изоляции и могут привариваться непосредственно к обогреваемому объекту, что обеспечивает наилучший тепловой контакт. При этом достигается полная электробезопасность. Большая (до 20 км) длина обогреваемого участка. При соответствующих соединительных и оконечных муфтах возможно использование во взрывоопасных зонах и при подводной прокладке.

Недостатки. Большие габариты и жесткость скин-трубок ограничивает их область применения магистральными трубопроводами. Необходимость использования высоковольтных источников питания для обогрева длинных участков трубы.

Основные области использования. Сверхдлинные трубопроводы.

Классификация нагревательных кабелей по температурному диапазону:

• · низкотемпературные (до 100 °С) — большинство кабелей для обогрева помещений, открытых площадок, крыш и трубопроводов (резистивные, саморегулирующиеся, зональные);
• · среднетемпературные — (до 250 °С) зональные кабели, в основном для обогрева трубопроводов, резервуаров. Резистивные кабели для обогрева технологического оборудования. Некоторые саморегулирующиеся кабели.
• · высокотемпературные — (до 1000 °С) некоторые зональные кабели. Кабели с минеральной изоляцией (до 350 °С). Высокотемпературные резистивные кабели для обогрева технологического оборудования.

Классификация греющих кабелей по конструктивному исполнению. Исполнения нагревательных кабелей отличаются наличием и материалом: изоляции, защитного экрана и наружной оболочки. Исполнения определяет уровень защищенности кабеля от влияния окружающей среды и его рабочую температуру.

Наличие оплетки обязательно для кабеля, применяемого во взрывоопасной зоне.

Конструкция с оболочкой из термопластика поверх оплетки, обеспечивает ее защиту от воздействия некоррозионной окружающей среды.

Конструкция с оболочкой из фторполимера поверх оплетки, обеспечивающая защиту от коррозионной окружающей среды (едкие химические растворы, пары). Такой оболочкой (и внутренней изоляцией) снабжаются большинство кабелей, рассчитанных на температуры 100−200°С.

В кабелях, рассчитанных на температуры выше 250 °C, используется также оплетка из никелированной проволоки.

Кроме того, применяется исполнение с оболочкой из кремнийорганической резины поверх оплетки (в зональных кабелях), оно обеспечивает теплостойкость до 200 °C в некоррозионной окружающей среде.

Нагревательные кабели имеют достаточно развитую номенклатуру и находят применение в самых разнообразных установках и устройствах. Но все же они относятся к своеобразным кабельным изделиям и в специальной литературе практически отсутствуют работы по конструированию, расчету и применению нагревательных кабелей.