Topný kabel: jaký je účel a hlavní výhody

Topný kabel: princip činnosti, typy, provedení, instalace

Pokud je nutné vyrovnat se s obzvláště nízkými teplotami v jakýchkoliv konstrukčních prvcích budov, komunikačních systémech, vybavení domácnosti, používá se topný kabel. Toto zařízení zajišťuje dodatečné vytápění po celé délce nebo ploše trasy. V tomto případě je důležité vzít v úvahu princip fungování topného tělesa a v jakých situacích je vhodné jej použít.

Účel a princip činnosti

Účel topných kabelů umožňuje pokrýt jak různé oblasti průmyslové činnosti, tak řešit různé domácí úkoly. Nejběžnější topný kabel se používá pro:

• Vytápění prostor nebo staveb s malou kubaturou, včetně dekorativních místností, terárií, šachet a studní;
• Vytápění celého nebo pouze úseku potrubí, vodovodu, kanalizace a dalších objektů umístěných na volném prostranství nebo v nevytápěné místnosti;
• Zahřívání zmrazených předmětů při provádění jakýchkoli technologických operací na nich;
• Ochrana proti zamrznutí vody nebo zabránění hromadění vlhkosti;
• Prevence tvorby ledu nebo usazování sněhu;
• Udržování teploty jakéhokoli předmětu ve stanovených mezích.

Princip fungování topného kabelu popisuje Joule-Lenzův zákon, který říká, že při průchodu elektrického proudu jakýmkoli odporovým prvkem se z něj uvolní tepelná energie. Tento proces je způsoben přítomností elektrického odporu ve vodivém materiálu, ke kterému dochází v důsledku interakce nabitých částic. Tyto částice vytvářejí překážku usměrněnému pohybu proudu a při jejich srážce se uvolňuje teplo.

Na základě výše uvedeného můžeme říci, že hodnota tepelného výkonu je přímo úměrná odporu topného kabelu a lze ji vyjádřit vzorcem:

• Q je množství uvolněné tepelné energie;
• I – hodnota proudu protékajícího topným kabelem;
• R je ohmický odpor prvku;
• t je doba připojení kabelu k elektrické síti.

V praxi bude odpor konkrétního topného kabelu záviset na materiálu vodičů s proudem, jejich délce a způsobu připojení. Všechny tyto parametry jsou určeny konstrukčními vlastnostmi různých typů výrobků topných kabelů.

Proudové prvky používané k ohřevu se dělí na odporové (lineární a zónové), samoregulační a indukční. Všechny typy topných kabelů se liší principem činnosti a provedením. Podívejme se podrobněji na vlastnosti každého z nich.

Odporový lineární.

Lineární topný kabel je konstrukce konvenčního drátu, jehož konce jsou připojeny ke zdroji energie. Lineární model lze tedy v principu reprezentovat jako sériově zapojený odpor odporového typu, vyznačující se konstantním topným výkonem. Podle počtu žil se dělí na jednožilový a dvoužilový topný kabel.

Jedno jádro lineární.

Rýže. 1: konstrukce jednožilového traťového kabelu

Podívejte se na obrázek, třídy s jedním jádrem se skládají z topného jádra s vysokým odporem, obvykle z oceli nebo jejích slitin. Zahrnuje také jednu nebo více vrstev tepelně odolné izolace, která se při zahřátí nedeformuje. Tento typ topného vodiče může být vybaven stíněním pro odstranění rušení, které sám vytváří, a ochranným zařízením proti zemnímu spojení.

Jeho hlavní předností je jednoduchost a nenáročnost na obsluhu, může také přijít do styku s vodivými strukturami a podléhat překrývání. A k nevýhodám patří nutnost použít tovární sekci nastavené délky (nemůžete odříznout kus, který potřebujete), nutnost spojit konce sekce v jednom bodě na „+“ a „-“ nebo na nulu a fáze.

Dvoujádrový lineární

Rýže. 2: provedení dvoužilového linkového kabelu

Strukturálně mají dvoujádrové značky dva vodiče připojené ke zdroji energie. Skládá se ze stejných prvků jako v jednožilovém s jedním rozdílem – obsahuje dva paralelní vodiče místo jednoho. Co poskytuje další výhodu – dvoužilový topný kabel se na rozdíl od jednožilového nemusí vracet druhým koncem sekce do místa připojení, což poskytuje určité pohodlí při vytápění potrubí a jiných rozšířených konstrukcí .

Odporové zonální

Zonální kabely jsou typem odporového kabelu s tím rozdílem, že mají složitější a funkční strukturu. Ve srovnání s lineárním konstruktivně má následující vlastnost:

Rýže. 3: Návrh zónového kabelu

Jak můžete vidět na obrázku, zonální kabel, stejně jako lineární, obsahuje dva měděné vodiče s proudem, vnitřní izolaci každého vodiče, topný drát z materiálu s vysokým odporem a vnější izolaci.

Jeho design se vyznačuje přítomností oken ve vnitřní izolaci, ve které je topný drát připojen k vodiči s proudem. Samotná okna jsou umístěna ve vzdálenosti 1 – 2m od sebe. Mezi okny je tedy topné těleso zapojeno paralelně a přebírá síťové napětí. To znamená, že každá z sekcí drátu má 220 V nebo hodnotu, která je přiváděna do topného kabelu.

Díky takovému konstruktivnímu řešení by neměla mít konstantní odpor celá délka, ale pouze drát umístěný v úseku 1 – 2 m, nazývaný zóna (od níž je tento typ kabelu pojmenován). Díky tomuto provedení lze délku sekce zvolit libovolně v závislosti na vašem osobním přání.

Samoregulační kabely

Samoregulační kabel se od předchozích verzí liší jak svou konstrukcí, tak principem činnosti.

Rýže. 4: Konstrukce samoregulačního kabelu

Podívejte se na obrázek, ukazuje konstrukci samoregulačního kabelu, včetně:

• Vnější plášť, který chrání vnitřní prvky před vlivy prostředí.
• Proudové vodiče, které jsou napájeny z vnějšího zdroje.
• Stínící oplet, který chrání okolní komunikaci před elektromagnetickým zářením samotného kabelu.
• Vrstva vnitřní izolace pro elektrické oddělení prvků vedoucích proud od kovového opletení u stíněných kabelů nebo od vnějších konstrukcí při absenci stínění.
• Polovodičová matrice, která je přímo samotným topným článkem.

Právě tato část samoregulačního kabelu je jakýmsi teplotním čidlem. Čím je prostředí teplejší, tím je vodivost topných těles nižší, množství jimi procházejícího proudu klesá a také množství vznikajícího tepla. Jedná se o funkci samoregulace úrovně teploty.

Hlavní výhodou takového topného kabelu je jeho úplná autonomie – množství přijaté tepelné energie se nezávisle přizpůsobuje teplotě prostředí, ve kterém se nachází. Díky tomu budou mít různé části topného kabelu nelineární výkon, který poskytne teplotu, kterou potřebujete v konkrétní situaci. Další výhodou tohoto typu topného zařízení je jeho libovolná délka. Mezi nevýhody ale patří skutečnost, že se prodává ve standardních pozicích a nemá v konfiguraci spojovací prvky.

Indukční topné kabely

Principem činnosti tohoto typu topného kabelu je indukce EMF uvnitř feromagnetického média. Konstrukčně se skládá z jádra s proudem, které je navinuto na feromagnetickém jádru jako cívka. Když proud protéká jádrem s proudem, v jádru se indukuje emf. K zahřívání dochází v důsledku elektrických ztrát z proudu ve vodiči a ztrát v oceli podle principu skinefektu.

Hlavním rozdílem od ostatních typů topných kabelů je poměr uvolněné tepelné energie. Zde je ztráta mědi pouze 20 %, zatímco ve feromagnetickém materiálu se ztratí zbývajících 80 %. V závislosti na konkrétní značce se může ztrátový poměr lišit. Díky tomu může být lineární výkon indukčního kabelu mnohem nižší při stejné teplotě ohřevu.

Montážní funkce

Při pokládání topného kabelu je důležité dodržovat řadu pravidel, a to:

• Okolní teplota ve fázi instalace topného systému musí být minimálně +15ºС.
• Upevnění na povrch by mělo být provedeno tak, aby nedošlo k poškození konstrukčních prvků topných sekcí (tovární fixátory, speciální lepicí páska, tmel, měkké podložky, svorky atd.).
• Při vytváření trasy nebo mřížky je nutné zajistit dostatečnou výhřevnou plochu pro konkrétní objekt v závislosti na jeho parametrech.
• Při soustružení je třeba zajistit, aby poloměr ohybu nepřesáhl šest jeho průměrů.
• Po dokončení pokládky nezapomeňte zkontrolovat neporušenost izolace a žil vytočením a změřením úrovně odporu.

Nyní se podívejme na několik praktických tipů týkajících se vlastností pokládky v konkrétních situacích. Pokud se topný kabel používá k vytápění střechy nebo jiných předmětů, kde je instalován na přímém slunci, je lepší použít odstíněné třídy. Protože pletené modely používají mnohem stabilnější plášť než kabely pro všeobecné použití.

Při vytápění okapů je nutné zvolit umístění na nejchladnějším místě nebo na nejméně vytápěné straně. U vodorovných skluzů musí být topný kabel instalován na dně skluzu tak, aby teplé hmoty stoupaly nahoru a rozpouštěly led nahoře. Ve vertikálních potrubích drenážního systému ze strany stěny budovy, jak je znázorněno na obrázku, protože se nejhůře zahřívá:

Rýže. 6: Příklad montáže v okapovém systému

Vzhledem k tomu, že topný kabel lze umístit do vody, může přímo ohřívat vodovodní potrubí nebo topné systémy. Nainstalujte jej do potrubí, jak je znázorněno na obrázku:

Rýže. 7: příklad uložení topného kabelu uvnitř potrubí

Je třeba poznamenat, že je zakázáno montovat topný vodič do kanalizačního a kanalizačního potrubí, protože na něm budou ulpívat různé nečistoty. Kvůli tomu budou dopravní zácpy, které zhorší průchodnost a povedou k úplnému překrytí. Polymerové a kovové kanalizační trubky se proto ohřívají instalací topných prvků zvenčí. Ale stojí za zmínku, že topný drát musí být izolován od tepelně izolační vrstvy pomocí speciální hliníkové pásky.

Aplikace

Topný kabel se používá k ohřevu následujících konstrukčních prvků:

– jak v domácnosti (koupelny a kuchyně), tak v průmyslových prostorách;
• střechy budov, kde hrozí tvorba rampouchů nebo hromadění sněhových mas nad chodníky nebo pěší zónou;
• různá potrubí ve vodovodech, kanalizacích, topných systémech atd.;
• nádrže a zásobníky pro skladování kapalných látek;
• systémy pro likvidaci a odvod vody;
• vytápění stupňů budov, chodníků a technologických průchodů;
• Topné rohože, koberečky a dráhy;
• akvária a terária pro domácí mazlíčky.

V průmyslové oblasti může mít topný kabel i specifičtější aplikace, příklady některých z nich a potřebné parametry pro jejich efektivní provoz jsou uvedeny v tabulce níže:

Výhody a nevýhody topného kabelu

Provoz topného kabelu je založen na uvolňování tepla vodičem se zvýšeným odporem. Množství generovaného tepla je dáno měrným odporem, délkou topného úseku a síťovým napětím. Nejběžnějšími materiály pro palivový článek jsou slitiny mědi, ocel, nichrom a polymerní materiály s přísadami vodivých látek.

Odporový kabel

Nejběžnější typ topného kabelu ve stavebnictví díky nízké ceně a jednoduché konstrukci.
Topným článkem je samotný vodič s proudem, vyrobený z kovu. Pro provoz za vysokých teplot je nutné počítat se změnou odporu, pokud je jádro vyrobeno z oceli nebo jiného materiálu se zvýšenou odolností.
Kabel má zpravidla dvě vrstvy izolace a kovové stínění. Odporový kabel může mít jeden, dva nebo tři vodiče.

• nízké náklady;
• stálost charakteristik v čase;
• nedostatek startovacích proudů.

Zápory

• možnost přehřátí; to snižuje spolehlivost v některých aplikacích a ukládá určitá omezení;
• složitější postupy pro navrhování a přípravu k instalaci, protože v této fázi je nutné přesně určit délku topného okruhu pro výběr odporu (pro kabel na cívkách) nebo délku soupravy (u hotových souprav);
• když se změní délka obvodu, změní se odpor a tím i výkon, což znemožňuje změnu délky přerušeného obvodu.

Samoregulační topný kabel

Obdržel velmi širokou distribuci v úkolech komerčního a průmyslového vytápění díky ziskovosti provozu a pohodlí instalace. Teplo uvolňující prvek je polymerová matrice lisovaná vytlačováním na vodivé dráty. Přítomnost uhlíku v matrici zajišťuje tvorbu vodivých vazeb, jejichž počet závisí na teplotě. S klesající teplotou se zvyšuje počet vazeb, klesá odpor a výkon, tzn. zvyšuje se odvod tepla. Když teplota stoupá, dochází k opačnému procesu.

Množství uvolněného tepla v matrici je určeno nejen okolní teplotou, ale také podmínkami přenosu tepla.
Odvod tepla ve vodě, ledu, betonu bude mnohem větší než odvod tepla ve vzduchu, kvůli většímu odvodu tepla a nižší teplotě matrice.
Tato vlastnost matrice se nazývá samoregulační efekt, tzn. touha dosáhnout rovnovážného stavu mezi uvolňováním tepla a teplotou okolí.

Provedení samoregulačního topného kabelu je matice s chráněnými vodiči
několik vrstev izolace a ochranná clona.

• snadná instalace
• bezpodmínečné T-rating
• nebojí se přehřátí a umožňuje kontakt kabelových závitů;
• spolehlivost;
• lineární výkon nezávisí na délce obvodu;
• úspora energie, protože výkon kabelu se mění v závislosti na teplotě.

Zápory

• startovací proudy;
• pokles výkonu v průběhu času – „stárnutí“ kabelu;
• cena.

Paralelní odporový kabel (zóna)

Je široce používán v topných systémech průmyslových zařízení. Paralelní konstantní napájecí kabel
rezistivita (zonální) je dražší než běžný odporový kabel, ale předčí ho ve spolehlivosti. Na vodivá jádra je nanesena vrstva vnitřní izolace a přes tuto vrstvu je navinuta topná nit např. z nichromu. Závit se uzavírá na vodičích ve stejné vzdálenosti a tvoří několik paralelních topných zón.

Při poškození topného vlákna vypadne z provozu pouze jedna sekce, což výrazně zvyšuje odolnost topného systému jako celku.

• nedostatek startovacích proudů;
• lineární výkon nezávisí na délce obvodu;
• nízká cena (nižší než samoregulační kabel, ale vyšší než odporový), zejména u vysokoteplotních kabelů;
• snadná instalace
• stálost charakteristik – lineární výkon se s časem nemění.

Zápory

• křehké topné těleso – možnost poškození topného vlákna během instalace;
• možnost místního přehřátí při překrývání kabelů také přináší určitá omezení při instalaci.

Kabel s minerální izolací

Designově velmi podobný odporovému. Oxid hořečnatý se používá jako vnitřní izolace. Vnější schránka
z oceli nebo slitiny mědi a niklu. Používá se při vysokých teplotách, mechanickém zatížení, potřebě získat velký lineární výkon.