Что такое резистивный нагревательный кабель. Нагревательный кабель: принцип работы, виды, конструкция, монтаж

Нагревательные кабели - специфический вид кабельных изделий, преобразующих электрическую энергию в тепловую в целях нагрева и выполняющих функцию приемника электрической энергии, а не передающей линии. Нагревательные кабели значительно отличаются от обычных кабелей и проводов, назначение которых передавать электрическую энергию с наименьшими потерями и с незначительным падением напряжения не длине линии (обычно не более 5%).

Нагревательный кабель используется в виде нагревательных секций, т.е. отрезков определенной длины, причем на этой длине происходит полное падение приложенного напряжения. Следовательно, нагревательную секцию следует рассматривать как обычный приемник электрической энергии (как один из видов электрических нагревательных элементов).

Длина кабельных нагревательных секций обычно колеблется от нескольких метров и до нескольких сотен метров.

Отрицательный для обычных кабелей эффект рассеяния части передаваемой энергии в виде тепла используется как полезный в нагревательных кабелях. Причем преобразование электрической энергии в тепло происходит самым оптимальным и экономичным способом. Преобразование полное, бесшумное, без использования дополнительных веществ (топлива, окислителя).

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.

Виды кабелей по схеме тепловыделения

Резистивные линейные - нагревательные кабели, в которых выделение тепла происходит за счет эффекта Джоуля-Ленца при прохождении электрического тока по нагревательной жиле. Кабель конструируется таким образом, чтобы в нагревательной жиле имело место полное падение приложенного напряжения, но при этом не происходил перегрев элементов кабеля выше допустимых значений.

Длина нагревательной секции обычно составляет от нескольких до сотен метров. Кабели данного типа могут иметь одну, две или несколько параллельных нагревательных жил, имеющих линейную или спиральную форму. Произвольная резка кабеля по длине недопустима.

Тепловая мощность резистивных линейных кабелей при нагреве незначительно уменьшается, причем величина изменения зависит от величины температурного коэффициента сопротивления материала нагревательной жилы. Наименьшие изменения сопротивления наблюдаются у сплавов высокого сопротивления (ТКр+0,0001), наибольшие у меди (ТКр+0,004)

Резистивные зональные нагревательные кабели по принципу действия не отличаются от предыдущих, но коренным образом отличаются по конструктивному исполнению. Они содержат две параллельных изолированных токопроводящих жилы.

Изоляция токопроводящих жил имеет периодически расположенные «окна», смещенные друг относительно друга с заданным шагом (обычно около 1 м). Поверх этих двух жил накладывается тонкая проволочная спираль из сплава высокого сопротивления.

В «окнах» спираль замыкается на токопроводящие жилы, в результате кабель представляет набор подключенных параллельно к токопроводящим жилам сопротивлений (резисторов). На каждом из них имеет место полное падение приложенного напряжения. Зональный кабель удобен тем, что он может быть разрезан в любом месте. Минимальная длина нагревательной секции - 1,5 - 2 м.

Максимальная длина определяется сечением токопроводящих жил и линейной мощность. Поскольку нагревательный элемент резистивных зональных кабелей выполняется из сплавов высокого сопротивления, их мощность практически не зависит от температуры, поэтому их называют также кабелями постоянной мощности.

Имеют конструкцию, частично сходную с конструкцией резистивных зональных кабелей. Они также содержат две параллельные токопроводящие жилы, но не изолированные. Токопроводящие жилы либо заключены в полимерную проводящую матрицу, либо соединяются через спиральные полимерные проводящие нити.

Эффект саморегулирования достигается за счет того, что тепловыделяющий элемент кабеля, выполненный из полимерного проводящего материала, значительно увеличивает свое сопротивление при нагреве. Величина ТКр проводящего полимера достигает 0,05-0,075, т.е в 12-18 раз больше, чем у меди.

Индуктивные нагревательные кабели в своей конструкции содержат ферромагнитные элементы, а токопроводящие изолированные жилы наложены вокруг ферромагнитных элементов в виде обмотки, индуцирующей в сердечнике переменный магнитный поток. Эффект тепловыделения достигается как за счет резистивных потерь в обмотке, так и за счет резистивных потерь в сердечнике, возникающих от наведенных токов.

Соотношение тех и других потерь определяется конструкцией кабеля. Потери в сердечнике могут составлять 80-20% общих потерь в кабеле. В первом случае потери в обмотке невелики, и она незначительно нагревается за счет собственных потерь, что позволяет получить заметно большую, по сравнению с резистивными кабелями, линейную мощность.

Метод обогрева трубопроводов с помощью «СКИН-эффекта» также может рассматриваться как один из вариантов индуктивного кабеля. В этом случае роль индуктирующей обмотки выполняет изолированная жила большого сечения, а роль индуктора - стальная труба, в которой эта жила расположена. Тепло выделяется как в жиле, так и в трубе за счет наведенных вихревых токов.

Области применения нагревательных кабелей

Устройства, в которых используются нагревательные кабели, могут разительно отличаться друг от друга по размерам, рабочей температуре и тепловой мощности. Поэтому диапазон областей применения нагревательных кабелей очень широк.

Обогреваемые одежда, одеяла, коврики - электрические одеяла и пледы, грелки, сидения с подогревом, обогреваемая одежда и обувь. Как правило, имеют небольшую мощность (10 - 50 Вт) и рабочую температуру, безопасную для человека, т.е. не выше 50° С. В эту же группу могут быть отнесены бытовые нагреватели малой мощности: подогреватели детского питания, размораживатели холодильников, использующие нагревательные кабели.

Системы обогрева помещений - в них нагревательные кабели используются как тепловыделяющий элемент, более или менее равномерно размещенный по площади помещения. В случае необходимости кабели могут монтироваться на стенах и на потолке. Наилучший вариант установки кабелей с точки зрения условий теплоотдачи, накопления тепла, сохранности и безопасности - это установка кабеля в толщу цементной стяжки, укладываемой под декоративным покрытием пола.

Температура на обогреваемой поверхности обычно равна 22 - 26°С, но может достигать 35°С. Удельная мощность систем обогрева через пол варьируется в диапазоне 70-150 Вт/м². Аккумулирующие системы имеют мощность до 200 Вт/м². Суммарная мощность системы может иметь весьма широкие пределы: от 100 Вт до десятков и сотен киловатт.

Антиобледенительные системы для тротуаров, открытых лестниц, пандусов . Как и в предыдущем случае кабели укладываются в толщу бетонной подосновы. Эти системы функционируют только в то время, когда на поверхность указанных объектов выпадает снег или образуется наледь.

Удельная мощность систем обогрева открытых поверхностей варьируется в диапазоне 200-350 Вт/кв.м. Суммарная мощность системы колеблется в пределах от нескольких до десятков сотен киловатт.

Сюда же относятся антиобледенительные системы для спортивных сооружений (футбольных полей, беговых дорожек, ипподромов, теннисных кортов), опасных участков транспортных магистралей (подъемов, спусков, крутых поворотов), взлетно-посадочных полос. Удельная мощность обогрева данных систем может достигать 500Вт/кв.м., а суммарная мощность - нескольких мегаватт.

Антиобледенительные системы для крыш служат для предотвращения: закупоривания льдом путей стока воды, образования сосулек и для удаления снега и льда с опасных участков. Нагревательные кабели размещаются вдоль путей стока воды, в водосточных трубах, на карнизах, водометах, на ендовах и примыканиях.

Используемые в этих системах нагревательные кабели имеют, как правило, линейную мощность 25 и более Вт на метр. Суммарная мощность системы зависит от конструкции и размеров крыши у конкретного здания и колеблется от 1-2 до нескольких сотен киловатт.

Температура на поверхности антиобледенительных систем в отсутствие снега и льда и при отрицательной температуре окружающего воздуха обычно составляет +5 - 7° С. В процессе плавления снега и льда температура поверхности только на доли градуса превышает 0°С. При температуре окружающего воздуха выше +5° С антиобледенительные системы отключаются за ненадобностью.

Системы обогрева трубопроводов и резервуаров . Трубопроводные системы отличаются большой протяженностью и разветвленностью и для их обогрева как нельзя лучше подходят нагревательные кабели. На практике, как правило, имеют место два типа систем обогрева - предотвращающие замораживание и поддерживающие на трубе температуру выше нормальной (выше +20° С). Основное назначение систем обоих типов - компенсация потерь тепла от трубы (или резервуара) в окружающую среду.

Нагревательные секции монтируются поверх трубы (резервуара) и все вместе закрывается тепловой изоляцией. Линейная мощность систем обогрева трубопроводов обычно равна 10-60 Вт/м. Суммарная мощность системы зависит от длины трубопровода, Удельная мощность систем обогрева резервуаров равна 10-80 на 1 кв.м. Обогреваемой поверхности, а суммарная зависит от размера резервуара.

Назначение систем, предотвращающих замораживание - исключить образование ледяных пробок и разрыв трубопроводов, поэтому на трубе достаточно поддерживать +5° С. Системы поддержания температуры могут весьма значительно различаться по требуемой температуре на трубе (резервуаре): для транспортировки нефти и многих водных растворов достаточно +40° С, а для битума требуется 160-180° С.

Системы обогрева технологического оборудования отличаются большим разнообразием по назначению, требуемым температурам, удельным мощностям и разрабатываются на основе индивидуального подхода.

Назначение системы	Температура, °С	Удельная мощность, Вт/кв.м.	Суммарная мощность, кВт
Тепловые барьеры в камерах промышленных холодильников
Обогрев антенн спутниковой связи
Обогрев ванн обезжиривания
Обогреваемые линии изготовления бетонных изделий
Обогрев плит прессов
Обогрев цилиндров и головок литьевых и экструзионных машин			Одного нагревателя 0,5-2

В условиях зимних холодов можно столкнуться с проблемой промерзания труб, из-за чего подача воды может полностью прекратиться. Особенно остро это ощущают владельцы частных домов, которые сами проводили водопровод и не имели возможности проложить трубы достаточно глубоко в земле. Чтобы избежать таких неприятных ситуаций, необходимо продумать систему обогрева. Саморегулирующий греющий кабель для водопровода – это оптимальный вариант для спасения от ледяных пробок зимой.

Замерзшие трубы

Разновидности греющего кабеля и преимущества саморегулирующегося варианта

Городские службы уже давно используют при прокладке системы канализации дополнительный обогрев, представляющий собой кабель с регулируемым сопротивлением электричеству, позволяющее контролировать температуру самого провода, а вместе с ним и трубы.

Причем добавляют систему подогрева до наступления холодов, тем самым продлевая срок эксплуатации самого водопровода. Выделяют два вида:

Резистивные;
Саморегулирующиеся.

По конструкции – это одна или несколько медных жил (может быть другой металл), которые выделяют тепло при прохождении через них электричества. Они плотно убраны в термоизоляционный слой и сверху покрыты вспененным полиэтиленом. Резистивный вариант требует подключения к электричеству с обоих концов провода, именно поэтому для частных нужд выбирают саморегулирующийся вариант.

Еще одним преимуществом использования саморегулирующейся системы – это его способность менять температурный режим на определенных участках. При повышении внешней температуры увеличивается рост сопротивления полимерам и тепловыделение уменьшается. А также такой вариант можно разрезать на небольшие куски, в отличие от резистивного, который чаще используется в промышленных масштабах.

Саморегулирующийся греющий кабель для водопровода: преимущества такого обогрева

У этой системы защиты труб от морозов есть свои плюсы:

Способность менять температурный режим, реагируя на погодные условия на определенных участках.
Потребление электроэнергии автоматически уменьшается при повышении температуры внешней или отсутствии воды в трубе.
Не реагирует на перепады напряжения в сети.
Есть возможность нарезать кабель небольшими отрезками.
Простой монтаж, который сводится к закреплению и подключению к сети.
Длительный срок эксплуатации (до 15 лет).

Таким образом, для частного использования лучше приобретать именно саморегулирующийся вариант, который можно приобрести необходимой длины для ваших труб.

Статья по теме:

В отдельной публикации мы расскажем о критериях выбора устройства, его цене и правильном монтаже.Читайте!

Варианты монтажа греющего кабеля саморегулирующегося для обогрева труб

Для установки обогревающего кабеля для водопровода (саморегулирующегося) есть два основных варианта:

Наружное закрепление;
Размещение внутри трубы.

Рассмотрим каждый вариант более подробно.

Наружное закрепление обогревателя труб

Для закрепления снаружи также можно использовать два способа:

Линейный;

По спирали.

В первом случае вам потребуется столько же кабеля по длине вашей трубы. Обычно этот метод выбирают для труб с небольшим диаметром. Во втором случае ветку коммуникации обматывают проводом обогревающим, распределяя тепло равномерно со всех сторон.

Обратите внимание! Самая большая допустимая мощность при введении внутрь – 10 Вт/м.

Внутреннее подключение

Если вы планируете помещать систему обогрева внутрь, то не забудьте обмотать провод дополнительным слоем алюминиевого скотча, а также выбирая модель, обращайте внимание, на ее допуск к контакту с продуктами питания.

Следует вводить кабель при помощи сальника. Такой вариант не требует фиксации, однако, если вы будете подводить обогрев снизу, то лучше все же закрепить провод.

Обратите внимание! Для подсоединения к сети потребуется специальная муфта!

Прокладывая греющий кабель, как подключить его к сети правильно

Для включения греющего кабеля для водопровода внутри трубы или снаружи требуется доступ к сети 220 Вт. А также необходимо провести изоляцию второго конца провода, чтобы между токопроводящими жилами отсутствовал контакт.

Однако схема подключения одинакова, чтобы вам было понятнее, предлагаем посмотреть видеоматериал.

Саморегулирующийся греющий кабель (видео)

А также вот несколько советов для самостоятельного подключения к сети:

Если модель без оплетки, возможно просто запитать ее от сети, при этом важно заизолировать второй конец провода. Проверяйте отсутствие контакта между жилами.
Если у вас вариант с заземленным экраном, то подключаете его к земле, если некуда подключать, можно просто отрезать.
Присоединяете к обычной и все готово.

Рассмотрев, как можно монтировать и подключать саморегулирующийся кабель, обратим внимание на особенности выбора.

Обзор производителей саморегулирующийся кабель

Если вы уже определились с длиной, и осталось только купить самогреющийся кабель для водопровода, цена на который может быть различной, главный параметрам будет необходимая мощность.

У профессионалов есть сложная схема расчета, которая сможет вывести точный показатель необходимой мощности. Если вы считать будете самостоятельно, то можно использовать более простой метод. В нем достаточно ориентироваться на несколько показателей:

Для внутреннего обогрева достаточно 10 Вт/м;
Рассчитывая мощность снаружи можно использовать формулу или просто воспользоваться одним из популярных вариантов – 17 или 27 Вт/м.

В магазинах цена будет варьироваться от особенностей материала изготовления и поставщика. В таблице ниже приведены несколько вариантов одного из российских производителей («Специальные системы и технологии»).

Наименование	Самая высокая температура обогрева	Мощность	Цена, руб.
Freezstop-25-1	65	25	1500
Freezstop Inside 10-2	65	10	1800
Freezstop Lite-15-4	65	15	2000

Обратите внимание! Вместе с саморегулирующимися кабелями производители рекомендуют приобретать , которые позволяют контролировать расход электричества.

Таким образом, придя в магазин или посетив сайт определенной фирмы, следует также обратить внимание на терморегуляторы для греющего кабеля. В первую очередь они нужны для экономии. Выбирайте оптимальный коэффициент запаса 1,6. Вот несколько популярных моделей.

Наименование	Описание	Цена, руб.
OJ ETI-1551	Снабжен переключающимся реле. Когда температуре на датчике превышает установленную, термостат разъединяет цепь. Имеет однополосный переключатель и поддерживает температуры от минуса 10 до плюса 50 градусов Цельсия.	4400
ETI-1221	Диапазон измерения температуры от 10 градусов до 110. Один канал измерения и максимальная нагрузка тока 16 А.	4300
OJ ELECTRONICS ETN4 1999	Измерения от минуса 19 до плюса 70 градусов Цельсия, нагрузка тока максимальная – 16 А, степень защиты – 20.	6100

Когда вы купите саморегулирующий греющий кабель для водопровода, все необходимое оборудование и материалы, можете смело приступать к самостоятельному монтажу или вызвать специалистов.

Сложности в монтаже саморегулирующего греющего кабеля для водопровода нет, однако, рекомендуется дополнительно приобретать термостат, чтобы вы могли экономить электроэнергии и уменьшить затраты на нее. А также не забудьте про слой теплоизоляции, который важен как при внутреннем, так и при внешнем монтаже.

Если вы выбрали вариант внутреннего обогрева, то достаточно использовать алюминиевый скотч. При этом не забывайте, что для ввода кабеля необходимо точно рассчитать его длину. А вот мощности достаточно 10 Вт/м.

Для внешнего обогрева необходимо смонтировать термоизоляцию, которая защитит от попадания влаги. А также лучше сделать распаечную коробку, если подключение к сети находится слишком далеко от кабеля.

Возможно Вам также будет интересно:

Как сделать отопление в частном доме из полипропиленовых труб своими руками Как выбрать и установить кабель для обогрева водопроводной трубы Байпас в системе отопления: что это такое и нужен ли вообще?

Кабельный обогрев - наиболее простая и эффективная технология, позволяющая различным конструкциям (начиная от кровли и заканчивая трубопроводами) сохранять свои эксплуатационные характеристики при низких температурах. На современном рынке представлены разные виды греющего кабеля - все они имеют свои особенности, достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе.

Греющим называют кабель, который характеризуется регулируемым электрическим сопротивлением. Основная особенность этого вида - возможность регулирования нагрева, а главная функция - трансформация электрической энергии в тепловую.

Виды греющего кабеля

Все многообразие кабельных изделий, представленных на российском рынке, можно условно разделить на две большие группы: резистивные и саморегулирующиеся модели. Рассмотрим каждый вариант более подробно.

Резистивные греющие кабели

Классика жанра, которая постепенно уступает свои позиции под натиском более современных решений. Одно из несомненных достоинств резистивных изделий - доступная стоимость. Вне зависимости от того, о каком подвиде идет речь, список основных характеристик сохраняется: модели предлагаются к продаже с неизменными параметрами мощности и длины. Запрещено разрезать изделие на несколько отрезков, так как сопротивление в этом случае уменьшится, а температура жил увеличится (и станет больше допустимой) - все это закономерно приведет к перегреву и разрыву цепи. Поэтому, создавая проект, нужно изначально четко рассчитать необходимую длину провода.

Кроме низкой стоимости резистивные модели могут похвастать также такими достоинствами, как простое устройство, легкий монтаж, стабильность характеристик в течение всего срока эксплуатации, высокий уровень надежности.

Существует несколько типов резистивных кабелей:

Одножильные. Наиболее простая конструкция с термоустойчивой внешней оболочкой, под которой "прячется" экранирующая оплетка из меди. Под оплеткой находится изоляция, которая защищает нагревающую токопроводящую жилу. Одножильные изделия используются только для создания замкнутых контуров. Монтаж их достаточно прост и не требует привлечения специалистов.
Двужильные. Представляют собой аналог предыдущего варианта с той лишь разницей, что речь идет о двух жилах в качестве основных элементов конструкции. Если замкнутый контур вам не нужен, при этом основной критерий - доступность кабельной системы в финансовом плане, это отличный вариант. Один конец изделия подключается к питанию, другой - закрывается герметичной муфтой.
Зональные. Стандартная структура, усовершенствованная наличием нагревающих спиралей между жилами. Спирали находятся на одинаковом расстоянии с равной мощностью - это позволяет устранить основной недостаток резистивных проводов: благодаря спиралям изделие можно делить на отрезки (с определенным шагом).

Саморегулирующие кабели

Особенность этого варианта - наличие саморегулирующей матрицы в структуре изделия, которая изготовлена из полупроводникового эластичного материала и находится между токоведущими жилами. Уровень сопротивления матрицы определяется температурой окружающей среды, что обуславливает объем расходуемой мощности и КПД нагревания. Тепло провод выделяет только там, где это необходимо: если какой-то участок лежит во льду, а второй - в тепле, то сильнее нагреваться будет именно первый.

Если говорить о достоинствах саморегулирующих моделей, можно выделить:

экономичность электроэнергии. Кабель не возьмет энергии больше, чем это необходимо;
относительную простоту в монтаже. При укладке изделий можно пересекать части провода - на работе системы это никак не отразится;
возможность отрезать изделие любой длины без ущерба для его эксплуатационных параметров, мощности;
гибкость и эластичность. Модели можно использовать для обогрева конструкций любой формы, труб любого диаметра.

Как выбрать греющий кабель

Один из основных вопросов, с которым сталкивается каждый покупатель кабеля - вопрос о том, какой вид продукции стоит предпочесть. Многое зависит от того, какой способ установки будет оптимальным для вашего случая. Например, если планируется монтаж провода внутрь трубы, при выборе товара следует обращать внимание на наличие герметичной концевой муфты, на высокую степень защиты, на отсутствие вредных веществ в составе, которые могут выделяться при нагревании.

Среди других важных параметров можно отметить:

уровень мощности системы (рассчитывается по специальной формуле). В случае с резистивными одно- и двужильными проводами от мощности будет зависеть и длина изделия;
наличие экранирующего покрытия. Это особенно важно, если речь идет об укладке проводки в жилых домах, на объектах, где находится много электрической, компьютерной, бытовой техники, на производствах;
бренд. На отечественном рынке представлено немало достойных производителей, в каталогах которых можно найти изделия с любыми характеристиками. Импортная продукция уже достаточно давно пользуется популярностью, так как отличается безупречным качеством, надежностью, безопасностью.

Простота в монтаже и эксплуатации, универсальность кабельной системы обогрева обуславливает широкую область ее применения: с помощью проводов обогревают трубопроводы разных диаметров, находящиеся как под, так и над землей, кровли, различные конструкции.

Есть определенные ограничения для саморегулирующихся моделей: их не используют при обогреве бетона, так как экономически это невыгодно, при создании теплых полов, так как в этом случае исчезает возможность быстро повысить температуру до нужного значения. В остальных случаях оценивается целесообразность использования того или иного вида - благо, найти любой вариант на современном рынке не представляет особого труда.

Например, большой популярностью пользуются модели TSA, TSL и RTS (характеризуются надежной температурой нагрева). Все модели обладают доступной стоимостью. Но кроме этих моделей в линейке компании есть продукция, способная нагреваться до 250° С.

Логичный вывод

Системы кабельного обогрева обладают широчайшим спектром преимуществ, обусловленных возможностью подбора кабеля для различных целей, нужд. Если самостоятельно определиться с выбором изделия вы не можете, имеет смысл обратиться к профессионалам. Специалисты смогут также произвести качественный монтаж.

При необходимости справиться с особо низкими температурами в каких-либо конструктивных элементах построек, системах коммуникаций, предметах бытового благоустройства используется нагревательный кабель. Данное устройство обеспечивает дополнительный подогрев по всей длине или области прокладки трассы. При этом важно учитывать принцип работы нагревательного элемента и в каких ситуациях его целесообразно применять.

Назначение и принцип работы

Назначение нагревательных кабелей позволяет охватывать как разнообразные сферы промышленной деятельности, так и решать различные бытовые задачи. Наиболее часто нагревательный кабель используется для:

Обогрева помещений или сооружений с малой кубатурой, включая декоративные комнаты, террариумы, шахты и колодцы;
Нагревания всего или только участка трубопровода, водопровода, канализации и других объектов, расположенного на открытом воздухе или в не отапливаемом помещении;
Разогрева замороженных объектов при выполнении на них каких-либо технологических операций;
Защиты от замерзания воды или для предотвращения скопления влаги;
Предотвращения образования льда или отложения снега;
Поддержания температуры какого-либо объекта в заданных пределах.

Принцип работы нагревательного кабеля описывается законом Джоуля-Ленца, который гласит, что при протекании электрического тока по любому резистивному элементу, из него будет выделяться тепловая энергия. Данный процесс обуславливается наличием электрического сопротивления у токопроводящего материала, которое возникает из-за взаимодействия заряженных частиц. Эти частицы создают препятствие направленному движению тока, и при их столкновении происходит выделение тепла.

Основываясь на вышеизложенном, можно сказать, что величина тепловой мощности прямопропорциональна сопротивлению нагревательного кабеля и может выражаться формулой:

Q – величина выделяемой тепловой энергии;
I – величина тока, протекающего по нагревательному кабелю;
R – омическое сопротивление элемента;
t – время подключения кабеля к электрической сети.

На практике сопротивление конкретного греющего кабеля будет зависеть от материала токоведущих жил, их длины и способа подключения. Все эти параметры обуславливаются конструктивными особенностями различных видов нагревательной кабельной продукции.

Виды

Используемые для подогрева токоведущие элементы подразделяются на резистивные (линейные и зональные), саморегулирующие и индуктивные. Все виды нагревательных кабелей отличаются принципом работы и конструкцией. Рассмотрим более детально особенности каждого из них.

Резистивные линейные.

Линейный нагревательный кабель представляет собой конструкцию из обычного провода, концы которого подключаются к источнику электропитания. Таким образом, линейную модель принципиально можно представить в виде последовательно включенного сопротивления резистивного типа, характеризующегося постоянной мощностью нагрева. По количеству жил он подразделяет на одножильный и двухжильный нагревательный кабель.

Одножильный линейный.

Рис. 1: конструкция одножильного линейного кабеля

Посмотрите на рисунок, одножильные марки состоят из нагревательной жилы с высоким удельным сопротивлением, как правило, стали или ее сплавов. Также сюда входит один или несколько слоев термоустойчивой изоляции, которая не деформируется при нагревании. Такой вид нагревательного проводника может оснащаться экраном для удаления помех, создаваемых ним самим и устройства защиты от замыкания на землю.

Его основным преимуществом является простота и неприхотливость в эксплуатации, также он может контактировать с проводящими конструкциями и подвергаться нахлесту. А к недостаткам можно отнести необходимость использования заводской секции установленной длины (отрезать нужный вам кусок нельзя), необходимость подключать концы секции в одной точке к «+» и «–» или к нулю и фазе.

Двухжильный линейный

Рис. 2: конструкция двухжильного линейного кабеля

Конструктивно двухжильные марки имеют два вывода, подключаемые к источнику электроэнергии. В его состав входят те же элементы, что и в одножильный с одним отличием – в нем находятся две параллельно расположенные жилы вместо одной. Что предоставляет дополнительное преимущество – двухжильный нагревательный кабель, в отличии от одножильного, не нужно возвращать вторым концом секции к месту подключения, что предоставляет определенное удобство при обогреве трубопроводов и других протяженных конструкций.

Резистивные зональные

Зональные кабели представляют собой разновидность резистивного, с тем отличием, что имеет более сложную и функциональную структуру. В сравнении с линейным конструктивно он имеет следующую особенность:

Рис. 3: конструкция зонального кабеля

Как видите на рисунке, зональный кабель так же, как и линейный включает в себя две токоведущие медные жилы, внутреннюю изоляцию для каждой жилы, нагревательную проволоку из материала с высоким удельным сопротивлением, внешнюю изоляцию.

Его конструкция отличается наличием окошек во внутренней изоляции, в которых к токоведущему проводнику подсоединяется нагревательная проволока. Сами окошки расположены на расстоянии 1 – 2м друг от друга. Таким образом, между окошками нагревательный элемент подключается параллельно и воспринимает на себя напряжение сети. То есть на каждый из участков проволоки приходиться по 220 В или та величина, которая подается на греющий кабель.

За счет такого конструктивного решения постоянным сопротивлением должна обладать не вся протяженность, а только проволока, расположенная на участке в 1 – 2 м, получившая название зоны (от чего и берет название данный тип кабеля). Благодаря такой конструкции длина секции может подбираться произвольно в зависимости от ваших личных пожеланий.

Саморегулирующиеся кабели

Саморегулирующийся кабель отличается от предыдущих вариантов и конструктивным исполнением, и принципом работы.

Рис. 4: конструкция саморегулирующегося кабеля

Посмотрите на рисунок, здесь показана конструкция саморегулирующегося кабеля, включающая в себя:

Внешнюю оболочку, защищающую внутренние элементы от воздействия окружающей среды.
Токоведущие жилы, на которые подается напряжение от внешнего источника.
Экранирующая оплетка, защищающая окружающие коммуникации от электромагнитного излучения самого кабеля.
Слой внутренней изоляции для электрического разделения токоведущих элементов от металлической оплетки для экранированных кабелей или от внешних конструкций при отсутствии экрана.
Полупроводниковая матрица, представляющая собой непосредственно сам греющий элемент.

Рис. 5: принцип работы полупроводниковой матрицы

Именно эта часть саморегулирующего кабеля является своеобразным датчиком температуры. Чем больше нагрета окружающая среда, тем меньше проводимость нагревательных элементов, величина протекающего через них тока снижается, равно как и величина выделяемого тепла. В этом и выражается функция саморегуляции уровня температуры.

Основным преимуществом такого нагревательного кабеля является его полная автономность – количество получаемой тепловой энергии самостоятельно подстраивается под температуру среды, в которой он находится. За счет чего разные участки нагревательного кабеля будут иметь нелинейную мощность, выдавая нужную вам температуру в конкретной ситуации. Еще одним преимуществом такого типа нагревательного устройства является его произвольная длина. Но к недостаткам стоит отнести то, что продается он стандартными бухтами и не имеет соединительных элементов в комплектации.

Индуктивные нагревательные кабели

Принцип действия такого типа нагревательного кабеля заключается в наведении ЭДС внутри ферромагнитной среды. Конструктивно он состоит из токоведущей жилы, которая наматывается на ферромагнитный сердечник на подобии катушки. При протекании тока по токоведущей жиле в сердечнике будет наводится эдс. Нагревание происходит за счет электрических потерь от тока в проводнике и от потерь в стали по принципу скин-эффекта.

Главным отличием от других типов нагревательных кабелей является соотношение выделяемой тепловой энергии. Здесь потери в меди составляют всего 20%, в то время как в ферромагнитном материале будут теряться остальные 80%. В зависимости от конкретной марки соотношение потерь может отличаться. За счет чего линейная мощность индуктивного кабеля может быть гораздо ниже при обеспечении той же температуры нагрева.

Особенности монтажа

При прокладке нагревательного кабеля важно соблюдать ряд правил, а именно:

Температура окружающей среды на этапе монтажа системы обогрева должна быть не ниже +15ºС.
Фиксацию на поверхности следует производить таким способом, чтобы не повредить конструктивные элементы нагревательных участков (заводскими фиксаторами, специальным скотчем, герметиком, мягкими накладками, хомутами и т.д.).
При формировании трассы или сетки необходимо обеспечивать достаточную площадь обогрева для конкретного объекта в зависимости от его параметров.
При поворотах нужно следить, чтобы радиус изгиба не превышал шести его диаметров.
После завершения укладки обязательно проверяйте целостность изоляции и жил путем прозвонки и измерения уровня сопротивления.

Теперь рассмотрим несколько практических советов касательно особенностей прокладки в частных ситуациях. Если нагревательный кабель используется для обогрева кровли или других объектов, где он устанавливается под прямыми солнечными лучами, лучше использовать экранированные марки. Так как у моделей с оплеткой используется куда более устойчивая оболочка, чем у кабелей общего назначения.

При обогреве водостоков, необходимо выбирать место расположения в наиболее холодной точке или с наименее прогреваемой стороны. В горизонтальных желобах нагревающий кабель необходимо устанавливать в нижней части желоба, чтобы теплые массы поднимались вверх и плавили лед выше. В вертикальных трубах водосточной системы со стороны стены здания, как показано на рисунке, так как она прогревается хуже всего:

Рис. 6: Пример монтажа в водосточной системе

Так как нагревательный кабель может располагаться в воде, им можно напрямую прогревать водопроводные трубы или системы отопления. Устанавливают его внутри трубы, как показано на рисунке:

Рис. 7: пример прокладки греющего кабеля внутри трубы

Следует отметить, что монтировать нагревательный проводник внутри канализационных и сточных труб запрещено, так как за него будет цепляться различный мусор. Из-за чего возникнут пробки, ухудшающие проходимость и приводящие к полному перекрытию. Поэтому полимерные и металлические трубы канализации прогреваются посредством установки нагревательных элементов с внешней стороны. Но стоит отметить, что нагревательный провод должен изолироваться от слоя теплоизоляции посредством специальной алюминиевой ленты.

Области применения

Нагревательный кабель применяется для обогрева таких конструктивных элементов:

– как в бытовых (ванных и кухнях), так и в производственных помещениях;
крыш зданий, где возникает угроза образования сосулек или скопления снежных масс над тротуарами или пешеходной зоной;
различных трубопроводов в системах водоснабжения, канализации, отопления и т.д.;
емкостей и резервуаров для хранения жидких веществ;
систем водоотведения и дренажа;
подогрева ступенек зданий, тротуаров и технологических проходов;
нагревательных матов, ковриков и дорожек;
аквариумов и террариумов для домашних питомцев.

В промышленной сфере нагревающий кабель может иметь и более специфическое применение, примеры некоторых из них и необходимые параметры для их эффективной работы приведены в таблице ниже:

Таблица: область применения нагревающего кабеля

Защита водопроводных и канализационных труб в зимнее время нередко выходит на первый план, особенно в регионах со сложными климатическими условиями. Иногда требуется установить саморегулирующий греющий кабель для водопровода, если была допущена ошибка при расчете глубины промерзания грунта. В зависимости от системы обогрева провод может проходить как по наружной, так и по внутренней части трубы. Последствиями промерзания коммуникационных каналов могут быть критическими, ведь замерзшая вода имеет свойство расширяться, что влечет прорывы трубопровода торосами льда.

Читайте в статье:

В чем заключается необходимость обогрева труб

Водопроводные коммуникации, работающие в условиях пониженных температур, нуждаются в постоянном обогреве, ведь вода в них не всегда находится в движении. В моменты простоя на некоторых участках трубопровода могут образовываться ледяные включения, и препятствовать дальнейшему движению воды. Когда площадь промерзания достигнет определенных размеров, произойдет прорыв. Нагревательный кабель для водопровода способен предотвратить эту проблему на стадии появления первых льдинок. В отличие от резистивных проводов для прогревания труб, которые находятся под постоянным напряжением и потребляют достаточно много электроэнергии, саморегулирующий кабель имеет особенности, позволяющие ее сэкономить.

Главной отличительной чертой саморегулирующего провода от резистивного является подача усиленного напряжения лишь на те участки трубопровода, температура на которых опустилась ниже заданных показателей. Хотя саморегулирующий греющий кабель для водопровода тоже постоянно находится под напряжением, но оно практически вдвое ниже, чем питающее резистивный проводник.

Саморегулирующий греющий кабель для водопровода: устройство и применяемые материалы

Данное приспособление для обогрева водопроводных труб имеет сложную, многослойную структуру:

медные проводники (возможно применение сплава Ni Cr) – по ним передается напряжение, провода состоят из множества тонких сплетенных жил;

проводящая матрица – она изготовлена из углеродного волокна, по которому от медных проводников распространяется напряжение и тепло;

Мнение эксперта

Инженер-проектировщик ЭС, ЭМ, ЭО (электроснабжение, электрооборудование, внутреннее освещение) ООО "АСП Северо-Запад"

Спросить у специалиста

“Углерод в зависимости от температуры окружающей среды способен изменять свои проводящие свойства. Поэтому углеродная проводящая матрица является основным элементом саморегулирующего кабеля. При понижении температуры трубы на определенном участке, волокно остывает, а его способность проводить ток поднимается. За счет этого кабель подогревается только в нужных местах и в момент критической опасности.”

Благодаря свойствам углеродного волокна изменять проводящие характеристики под воздействием изменений температуры, достигается максимальная экономичность.

Важно! Использование для саморегулирующих кабелей медных проводников из жесткого провода нецелесообразно, ведь при частом изгибе такая проволока быстро приходит в негодность.

Греющий саморегулирующий кабель для обогрева труб: простота и экономия

Использование саморегулирующего греющего провода для водопровода избавит от нужды применения температурных датчиков, которые часто выходят из строя. Для подключения к сети такого кабеля не требуется никакого дополнительного оборудования.

В длительной перспективе использование саморегулирующего греющего кабеля для водопровода будет экономически выгоднее, чем применение резистивного, хотя его цена и выше, ввиду сложной конструкции и применяемых в изготовлении материалов.

Единственное достоинство резистивного проводника, в том, что использование его для уже замерзших труб будет не менее эффективно. Но на практике это встречается редко, ведь если труба полностью промерзла то, скорее всего она уже испорчена.

Главные достоинства саморегулирующего кабеля

Основные преимущества саморегулирующей греющей проводки для водопровода можно рассмотреть на примере сравнения с резистивной:

Устойчивость к перепадам температур. Резистивный провод часто выходит из строя, когда температура на одном участке трубы опускается ниже, чем на остальной ее протяженности. В результате этого, сопротивление кабеля в самом слабом месте или вблизи с холодной зоной трубопровода возрастает и происходит его перегорание;
Стойкость к скачкам напряжения. Это еще одна причина частого выхода из строя резистивных кабелей, но саморегулирующие проводники от таких перепадов защищены лучше и способны дольше работать в условиях повышенного напряжения;
Безопасный перехлест провода. Несколько слоев изоляции в купе с металлическим экраном полностью предотвращают возможное соприкосновение проводников. Благодаря этому качеству саморегулирующие кабеля можно использовать для обогрева задвижек и другого запорного оборудования;
Удобный контроль температуры при помощи терморегулятора для греющего кабеля;
Возможность изменения длины провода. Резисторные проводники имеют определенную длину, изменять которую нельзя.

Важно! Хоть изменение длины провода считается нормальной практикой, но сильное увеличение его размеров невозможно. Максимальная длина такого кабеля может достигать 100-150 метров, в зависимости от сечения медного проводника.

Важные моменты при выборе

При покупке греющего кабеля необходимо понимать, для каких целей он будет служить, выбор провода должен быть сделан учитывая:

назначение трубопровода (водопровод или канализация);
материал, из которого изготовлена труба (пластик, металл);
диаметр и длина трубы;
свойства используемой термоизоляции.

Статья по теме:

В нашем обзоре мы рассмотрим зачем нужен кабель, какую роль он сыграет в зимнее время, принцип действия, особенности монтажа, средние цены, полезные советы и рекомендации специалистов.

Методика расчета

Строительное правило – СП 40-102-2000, рекомендует укладку водопроводного и канализационного трубопровода на глубине превышающей уровень промерзания грунта. Однако существуют объективные причины, под влиянием которых сделать это не удается (глубина промерзания в зимний период слишком большая или структура грунта не позволяет углубиться в достаточной степени). В таком случае рекомендуется использовать саморегулирующийся нагревательный кабель или его резисторный аналог.

Для начала расчета необходимого саморегулирующего кабеля надо иметь данные о:

удельной мощности провода (указана в маркировке);
размеры обогреваемой трубы;
свойства теплоизоляционного материала и его толщина;
минимальную температуру окружающей среды.

Расчет производится по формуле:

L каб = K зап × L тр × Q уд / P уд, где

L каб – рассчитываемая длина саморегулирующего кабеля;

K зап – коэффициент запаса;

L тр – обогреваемая длина участка трубы;

Q уд – удельная потеря тепла, зависит от диаметра трубы, толщины теплоизоляции, а так же разницы температур проточной воды и окружающей среды;

P уд – максимальная мощность кабеля.

Но для домашних целей можно применить простую методику определения мощности провода, так для труб диаметром до 32 мм, хватит 16 Вт/м. Трубопровод диаметром до 110 мм, способен обогреть кабель мощностью 24 Вт/м.

Как подключить греющий кабель к сети и закрепить на трубе

Монтаж греющего кабеля на металлическую трубу, диаметром до 50 мм

Рисунок	Действия
	Саморегулирующий греющий кабель для водопровода прикладывается к верхней части трубы, по всей ее длине.
	Сверху фиксируется алюминиевой самоклеящейся лентой. Важно достичь максимально плотного прилегания провода к поверхности трубы.
	Когда весь провод приклеен, следует усилить фиксацию пластиковыми стяжками, через каждые 20 см.
	Поверх трубопровода надевается теплоизоляционный материал. Он нужен для сохранения вырабатываемого тепла.
	Шов по краям теплоизоляции должен быть заклеен алюминиевой лентой.
	Если труба крепиться при помощи хомутов, то провод должен быть уложен на стыке, между его резиновыми прокладками. Это позволит избежать повреждений, даже при плотной фиксации хомута.
	В случае, когда требуется обеспечить обогрев крана или задвижки, провод даже для малого диаметра трубы должен быть обмотан вокруг указанного узла и плотно зафиксирован стяжками.

Фиксация саморегулирующего кабеля на пластиковую трубу диаметром до 20 мм

Рисунок	Действия
	Трубу следует заблаговременно обклеить алюминиевой лентой. Это необходимо для лучшего распределения тепла от провода.
	Уложить провод вдоль трубы и пустить поверх него алюминиевую ленту. Холодная вода всегда вытесняется теплой к верхней зоне трубы, именно поэтому проводник укладывается сверху.
	Зафиксировать при помощи стяжек. Это важно сделать, так как алюминиевая лента держит кабель не так надежно, как требуется, и может быть случайно оторвана при физическом контакте.
	Далее крепиться теплоизоляция по тем же правилом что и выше.

Трубы диаметром свыше 50 мм, необходимо обматывать проводом таким образом, что бы обеспечить обогрев всей их площади.

Греющий кабель для водопровода внутри трубы: монтаж

Рисунок	Действия
	Такой вид обогрева имеет место для труб большого диаметра, и используется зачастую для канализации. Возможна прокладка провода внутрь трубы, если доступ к ее поверхности закрыт (она закопана).
	Трубу необходимо утеплить снаружи термоизоляционным материалом.
	Все места стыков требуется обклеить алюминиевой лентой, для лучшего сохранения тепла.
	Греющий провод прокладывается по всей ее длине, он вводится и выводится при помощи специального сальника. Этот сальник призван сдержать давление воды.

Видеообзор: как смонтировать саморегулирующийся греющий кабель внутрь водопроводной трубы

Если диаметр трубы нуждающейся в обогреве менее 50 мм, но больше 32 мм, лучше сделать выбор в пользу более мощного провода.

Когда вы монтируете саморегулирующий проводник вдоль трубы и вам встретился узел, требующий более тщательной обмотки, проще будет, оставив запас кабеля и пройти дальше, зафиксировав его на оставшемся участке, а к сложным местам вернуться потом. Этот момент важен и для возможной последующей замены крана или задвижки. Сняв изоляцию и обрезав стяжки, провод высвободится, и снятию узла ничего не будет препятствовать.

Для труб большого диметра, кабель на которых фиксируется винтообразно, следует его обклеивать алюминиевой лентой как можно тщательнее, это уменьшит потери тепла.

Если вы хотите обогреть канализационную трубу, а они как правила диаметром не менее 100 мм, то пускать провод обогрева винтообразно не имеет смысла, так как большого напора воды там не бывает и вся жидкость движется по нижней части. Достаточно обклеить поверхность трубы алюминиевой лентой до середины диаметра снизу, а кабель пустить в две линии по низу.

Выводы

Исходя из перечисленных возможностей использования саморегулирующего обогревающего кабеля для водопровода, можно подводя итоги отметить:

Использование такого обогрева целесообразно, как по всей длине трубы, так и на отдельных участках подверженных чрезмерному охлаждению;
Экономически более выгодно применять саморегулирующий кабель обогрева, чем его резистивный аналог;
Обогревая саморегулирующим проводом крупные узлы (задвижки, фильтры, краны), можно не бояться перехлестов;
Эластичность кабеля позволяет монтировать его, как снаружи, так и внутри трубы, не вызывая перегибов;
Цена самогреющего кабеля для водопровода зависит от его мощности и фирмы производителя.
Углеродное волокно позволяет увеличивать напряжения, для обогрева самых холодных участков трубы.