Кабельный обогрев кровли и водостоков

Понятие резистивного греющего кабеля

Внешне греющий кабель не отличается от токопроводящего, используемого для электроснабжения установок.

Но его жилы выполнены не из алюминия или меди, а из материала с высоким омическим сопротивлением.

Конструктивные особенности

Кабель состоит из таких компонентов:

1. Нескольких жил из материала с высокой резистивностью. Они заключены в электроизолирующую оболочку с высоким коэффициентом теплопроводности.
2. Металлической оплетки (экрана). Охватывает жилы, служит защитой от механических повреждений и заземлением, экранирует электромагнитное излучение.
3. Плотной оболочки из светостойкого полимера с высокой теплопроницаемостью. Тоже служит защитой от механических воздействий и дополнительной изоляцией.

Есть модели с двойной оболочкой.

Принцип действия

Работа греющего кабеля основана на законе Джоуля-Ленца. Согласно ему, в результате протекания тока в проводнике выделяется тепло с мощностью, пропорциональной произведению плотности электрического поля и напряженности.

Конструкция резистивного кабеля.

В интегральной форме для тонких проводников закон звучит так: мощность выделяемой на участке проводника теплоты равна произведению квадрата силы тока и сопротивления материала. Математическая запись:

W=I²*R, где:

W — мощность тепловыделения;

I — сила тока;

R — сопротивление.

На выделение теплоты расходуется работа, совершаемая электрическим полем при перемещении заряда.

Сопротивление медных и алюминиевых жил токопроводящих проводов мало, они не греются. У резистивного кабеля оно, наоборот, велико, и при подключении к источнику питания он повышает температуру конструкции, к которой прикреплен.

Главные преимущества использования

Данному виду нагревателя присущи следующие достоинства:

1. Эластичность. Изделие можно использовать для нагрева криволинейных и ломаных поверхностей.
2. Отсутствие шума. В отличие от горелок, парогенераторов и других приспособлений, кабель не издает звуков.
3. Простая эксплуатация. Чтобы привести систему в рабочее состояние, нужно только подать питание.
4. Высокая надежность. В простой конструкции нечему ломаться, что сводит к минимуму риск обледенения крыши или другого элемента из-за сбоя в системе обогрева.
5. Эффективность. КПД электрического обогрева равен 99%, практически вся затраченная энергия тратится с пользой.
6. Низкая цена. Резистивный кабель обходится дешевле саморегулирующегося аналога с полупроводниковой матрицей.
7. Компактность и малый вес. Тонкий кабель не нагружает конструкцию и не влияет на ее габариты.
8. Отсутствие воды, пара, антифриза. В процессе использования кабелей-нагревателей не приходится сталкиваться с протечками, коррозией и другими недостатками жидкостных систем.
9. Равномерный нагрев по всей длине. Качественный обогрев получают все участки конструкции, независимо от ее продолжительности.

Эластичность и равномерный нагрев по всей длине являются преимуществами кабеля.

Принцип работы резистивного кабеля

Резистивный кабель – это одна из разновидностей греющих кабелей, основным преимуществом которых являются малые габариты и простота монтажа. Это наиболее простой и недорогой в производстве кабель. Состоит из токопроводящей жилы в изоляции. Мощность такого кабеля статична: его изготавливают фиксированной длины и мощности, поэтому такой кабель нельзя укорачивать при монтаже. Произвольная нарезка такого кабеля приводит к повышению сопротивления всего кабеля и к дальнейшему его перегреву и выходу из строя.

Кабель постоянного нагрева обеспечивает одинаковую температуру по всей длине. Это основное его отличие от кабеля саморегулирующегося типа. Конфигурации систем обогрева, построенных на резистивном греющем кабеле, разнообразны: от простых (в которых кабель включается в розетку), до сложных, оборудованных автоматикой для измерения и регулирования температуры.

Разновидности

Одножильный резистивный кабель имеет нюанс, который следует учитывать при укладке. Кабель подключают с обоих концов к электросети, поэтому при монтаже кабель стараются уложить таким образом, чтобы оба конца сходились в одном месте.

Двужильный резистивный кабель можно подключать с одной стороны, что упрощает монтаж.

Следующей разновидностью резистивных кабелей в процессе развития технологий стали зональные нагревательный кабели. Конструкцию двужильного резистивного кабеля улучшили путем добавления в нее с определенным шагом коротких отрезков спиралевидных нагревательных проводников. Зональный кабель можно нарезать на нужные куски с определенным шагом. Его недостатком является возможный локальный перегрев и вероятность появления холодной зоны в конце и начале контура.

Преимуществом резистивных кабелей перед саморегулирующимися является доступная цена, неизменность характеристик на протяжении всего срока службы, отсутствие пусковых токов, высокая надежность греющего контура.

Наиболее широкое распространение резистивный кабель получил в системах обогрева пола и при локальном обогреве водопроводных труб малого диаметра, в обогреве кровли и теплиц. Резистивный кабель выдает постоянную мощность, поэтому целесообразно использовать его с термостатами и датчиками тепла для измерения окружающей среды и своевременного запуска системы.

Нюансы подбора резистивного кабеля

Определитесь с задачами, местом и способом монтажа кабеля. Обратите внимание на следующие советы:

• При монтаже греющего кабеля избегайте пересекание кабеля, это может вызвать его перегрев и выход из строя всей секции.
• Не следует применять греющий кабель, предназначенный для систем теплого пола в системах антиобледенения, поскольку у таких кабелей отсутствует должная изоляция.
• Заранее продумайте, что будет располагаться на обогреваемом пространстве, так как недостаточное теплоотведение приводит к перегреву кабеля. (Этого можно избежать, если использовать более дорогой зональный кабель).

Области применения

Системы кабельного обогрева применяют в быту, промышленности, на транспорте и в других сферах. При использовании на улице изделие по возможности накрывают теплоизоляцией.

Для водопровода

Участки водопровода, которые по техническим причинам нельзя заглубить в землю, оснащают резистивным кабелем во избежание замерзания транспортируемой среды зимой. Есть 2 способа обогрева:

1. Наружный. Линию прокладывают поверх трубы спиралью или змейкой.
2. Внутренний. Кабель заводят в трубопровод сквозь специальные патрубки.

Провод прокладывают поверх водопроводных труб.

Во втором варианте используют изделия в оболочке из пищевого полимера. Этим способом обогревают трубы малого диаметра.

Для полов

Кабели-нагреватели используют в конструкции «теплого пола». Данный вид отопления характеризуется низкими теплопотерями, что объясняется следующим:

• он работает в низкотемпературном режиме (утечки тепла пропорциональны разности температур);
• нагретый воздух не касается наружных стен.

В бетонных полах резистивный проводник заливают стяжкой. Выпускают кабельные маты. Это полотнища из стекловолоконной сетки с прикрепленным к ней нагревателем, уже уложенным «змейкой». Система проста в монтаже — требуется только развернуть маты.

Резистивный кабель используют в конструкции «теплый пол».

В деревянных полах поверх кабеля укладывают алюминиевые пластины для равномерного распределения тепла.

Для кровли

Нагреватели для кровли отличаются светостойкой оболочкой повышенной прочности. Их укладывают на участках, подверженных обледенению:

• карнизных свесах крыш и прилегающих к ним зонах;
• в желобах и трубах водостока.

Благодаря применению системы обогрева исключается травмирование людей падающими сосульками и уменьшаются затраты труда на очистку кровли от снега.

Для кровли используются провода повышенной прочности.

Для резервуаров

С помощью кабелей поддерживают положительную температуру в расположенных на улице емкостях с нефтепродуктами, сырьем для химического производства и другими жидкостями. Нагреватели укладывают вдоль всей поверхности резервуара. Если содержащаяся в емкости жидкость неагрессивна, их помещают внутрь.

Основные виды

Существует 3 вида резистивных кабелей:

• 1-жильные;
• 2-жильные;
• зональные.

Последний тип существенно отличается от 2 других. Он состоит из 2 токопроводящих жил и подключенных к ним по параллельной схеме участков нагревательной спирали.

Зональный кабель имеет 2 важных преимущества:

1. Его можно резать и наращивать без изменения удельной мощности тепловыделения. Во втором случае увеличивается потребляемый ток, это нужно учитывать при выборе питающей линии и коммутаторов.
2. При перегорании спирали другие участки остаются работоспособными. Прочие виды при таких поломках полностью выходят из строя.

Основные виды резистивного кабеля.

Кабели 1-2-жильные резать нельзя — это приведет к снижению сопротивления и, как следствие, увеличению удельного тепловыделения и потребляемого тока. Наращивание, наоборот, понизит мощность нагрева.

Одножильный

Нагреватель состоит из 1 резистивной жилы. Преимущество такого решения — низкая стоимость.

Недостатки:

1. К источнику питания подключают оба конца. Приходится так укладывать изделие, чтобы они сходились в одной точке.
2. Сильное электромагнитное излучение. Такие нагреватели нельзя применять в «теплых полах» и других конструкциях, рядом с которыми постоянно находятся люди.

Двухжильный

Изделие состоит из 2 резистивных жил, соединенных последовательно с помощью муфты на одном конце. Достоинства кабеля:

1. К источнику питания подключается только 1 конец. Теплотехник имеет больше свободы в выборе схемы укладки.
2. Отсутствует электромагнитное излучение. Токи в жилах имеют противоположное направление, поэтому наводимые ими поля взаимно уничтожаются.

Благодаря отсутствию электромагнитного фона 2-жильные кабели подходят для обогрева пола и других конструкций, вблизи которых постоянно пребывают люди.

Недостаток изделий этого типа — более высокая стоимость по сравнению с 1-жильными.

Нагревательный кабель: эксплуатационные свойства и основные разновидности

С приходом зимы и наступлением холодов, у каждого рачительного хозяина возникает непреодолимое желание обеспечить свой дом необходимым теплом, комфортом и уютом. А помочь вам в этом может современная система обогрева помещений «теплый пол»! Если же вы живете в собственном загородном доме, то вам нужно обратить внимание и на системы антиобледенения и снеготаяния, которые устанавливаются на крышу. Данные системы обеспечивают не только эстетический функционал, очищая крышу от наледи и фасад от сосулек, они предотвращают протечки, препятствуют падению снежных и ледяных масс с крыши и т.д.

Основным элементом, можно сказать рабочим органом таких систем является нагревательный кабель. И данная статья посвящена именно ему.

Принцип действия нагревательного кабеля базируется на законе Джоуля-Ленца, известного нам еще со школьной парты. Если физика не ваш конек, или ее изучение было давно, попытаемся вспомнить вместе основные моменты.

В данном случае, мы имеет проводник – нагревательный кабель, по которому течет электрический ток. Согласно закону, проводник под действием электрического тока обязательно нагревается. Сила нагрева напрямую зависит от величины электрического тока и сопротивления проводника. По сути, данный эффект является крайне нежелательным для проводов и кабелей систем электроснабжения, но в случае нагревательного кабеля он, наоборот, приветствуется и развивается.

Современные нагревательные кабели конструктивно можно разделить на два типа: саморегулирующиеся и резистивные.

Резистивный нагревательный кабель

Нагревательные кабеля резистивного типа по всей своей длине имеют постоянную выходную мощность, которая зависит от длины кабеля, подаваемого напряжения, удельного сопротивления материала.

Применяются такие кабеля для обогрева широкого спектра различных объектов, которые могут эксплуатироваться в самых разнообразных климатических и окружающих условиях. Для изготовления жил таких кабелей применяются специальные сплавы, для которых характерна незначительная величина температурного коэффициента электрического сопротивления. Благодаря этому свойству можно производить кабель, который при различном нагреве обладает практически неизменной тепловой линейной мощностью, т.е. по всей протяженности кабеля тепловыделение постоянно.

Резистивные кабели делят на три группы в зависимости от диапазона рабочих температур:

• низкотемпературные – до 100 ºС,
• среднетемпературные – 100-250 ºС,
• высокотемпературные – 250-1000 ºС.

Высокотемпературные кабеля характеризуются существенным тепловыделением до 250 Вт/м и, как правило, используются преимущественно при подогреве различного производственного технологического оборудования, а также крупных трубопроводов. Для обогрева крыш, помещений, садовых дорожек используют средне- и низкотемпературные кабеля, имеющие рабочую температуру не более 250 ºС и тепловыделение 10…30 Вт/м.

По конструкции резистивные кабели делятся также на две группы: параллельные (зональные) или последовательные.

Резистивный кабель последовательного типа

Подобный кабель в качестве нагревательного элемента в своей конструкции имеет сплошную жилу, тянущуюся по всей его длине. Общее сопротивление всего кабеля является суммарные сопротивлением отдельных участков, т.е. сопротивление напрямую зависит от длины подключаемого к электрическому питанию участка кабеля. Следовательно изменение протяженности кабеля приводит к изменению величины линейной тепловой мощности. Используемые в различных системах обогрева последовательные резистивные кабели могут включать в свою конструкцию одну или две изолированные жилы.

Чаще всего одножильные резистивные кабели подключаются к электрическому питанию обеими концами. Наиболее бюджетный вариант такого кабеля обладает только изолирующим слоем и наружной защитной оболочкой. Более дорогой и безопасный вариант исполнения предполагает наличие специального защитного экрана, который предохраняет человека от поражения электрическим током. Кроме того экран применяется для уменьшения напряжения электромагнитного поля до допустимых санитарных норм. Подобное напряжение по законам физики возникает вокруг любого проводника, когда по нему протекает электрический ток.

В ряде случаев последовательный одножильный кабель может являться и одномуфтовым. Т.е. один из его концов внутри концевой муфты соединяется с экраном, играющим роль второго проводника. В свою очередь экран для выполнения функций безопасности должен в обязательном порядке соединятся с «нулем».

Двухжильные резистивные кабели подключаются к источнику электрического тока только одним концом. На втором конце кабеля размещается муфта, которая соединяет нагревательную и возвратную жилы. В данной системе обогрева соединительная муфта является одним из самых уязвимых элементов, поэтому их разработке уделяется особое внимание. Как правило, технология изготовления соединительных муфт секретна у всех производителей.

В случае использования двухжильного резистивного кабеля мы имеем два проводника, расположенных параллельно. Электрический ток по проводникам перемещается в противоположных друг другу направлениях, что способствует возникновению эффекта взаимной компенсации напряженности электромагнитных полей. Именно поэтому двужильный кабель более безопасен в процессе эксплуатации для здоровья людей.

Для изготовления нагревательных жил, которые используются в кабелях высокого сопротивления, наиболее часто применяется нихром. Нихром – это сплав никеля (55…78%) с хромом (15…23%) с добавлением в качестве легирующих добавок железа, марганца, алюминия и кремния. Для производства кабелей с низким сопротивлением чаще всего используют либо оцинкованную сталь, либо медные жилы, покрытые никелем.

Изоляция двужильных кабелей может быть как однослойной, так и многослойной. Следовательно, многослойная изоляция обеспечивает более высокое качество диэлектрической прочности, но при этом стоит такой кабель несколько дороже. Для производства изоляции применяется обширный спектр материалов: полиэтилен, фторполимер, поливинилхлорид и пр.

Нагревательная изолированная жила размещается в специальный защитный экран, в качестве которого выступает оплетка из луженой или никелированной проволоки. В качестве защитного экрана также может выступать сплошная металлическая трубка из алюминиевой или свинцовой фольги.

Заключительным слоем всей конструкции является оболочка из высокопрочных полимеров.

Как правило, на реализацию резистивный последовательный кабель поступает готовыми нагревательными секциями. Т.е. это уже полностью готовый к подключению к источнику питания отрезок нагревательного кабеля с предустановленными соединительными муфтами на концах. Длина одной секции может составлять от нескольких десятков до сотен метров и подбирается таким образом, чтобы прикладываемое напряжение без допущения перегревов достигало полного падения.

В настоящий момент рынок изобилует предложениями от различных производителей резистивного кабеля. Бренд STEM Energy предлагает оптимальное ценовое решение нагревательных кабелей.

Критерии выбора резистивного нагревательного кабеля: советы и рекомендации

Изделие выбирают по следующим параметрам:

1. Длине. Она зависит от размеров обогреваемой конструкции и схемы укладки («змейка», «спираль» и т.д.).
2. Удельной мощности. Параметр показывает, сколько тепла выделяет погонный метр изделия; подбирается по самой холодной 5-дневке января.
3. Потребляемому току. В соответствии с этой величиной подбирают питающий кабель, автоматический выключатель, терморегулятор и прочие компоненты системы.
4. Напряжению. Для эксплуатации в постсоветских странах изделие должно быть рассчитано на вольтаж в 220 В.
5. Материалу оболочки. Для прокладки внутри водопровода требуется покрытие из пищевого пластика; для наружного использования без теплоизоляции, например, на кровле — светостойкое особо прочное.

Кабельную систему оснащают автоматическим выключателем с выносным термодатчиком. При потеплении он блокирует питание, предотвращая перегрев изделия с последующим перегоранием.

Если существует риск локального ухудшения теплоотвода, например, на резистивный кабель могут что-то поставить, лучше купить саморегулирующийся аналог. Это изделие способно самостоятельно отключать перегревшиеся участки, остальные продолжают работать.