Нагревательный кабель

Нагревательный кабель – это электрическое устройство, основывающее принцип работы на законе Джоуля-Ленца и предназначенное для поддержания температурного режима поднадзорного объекта. Владельцы частных домов установкой подобных систем предохраняют водосток от промерзания в холодное время года.

История создания кабельных систем обогрева

Настолько мало информации по поводу развития кабельных систем обогрева, что следует остановиться на этом подробнее. Действительно, как говорится в источниках, старт взят в 30-е годы XX века. Но заявка на патент подана в 1929! Различие в правильном произношении: идея кабельного обогрева появилась в 20-е годы. И 17 декабря 1929 года составлена и подана заявка в патентное бюро. Это неким образом защитило автора от расхищения идеи. Кристиан Бэкер Берг застолбил для себя нечто новое, с чего в будущем получал бы прибыль.

Патент Кристиан Бэкер Берг

Патент Кристиан Бэкер Берг

Практика заявок различается в странах. К примеру, в Канаде специальный государственный институт занимается приёмом неоконченных идей, чтобы автор сумел вовремя получить информацию о разработках в затрагиваемой области. Разумеется, подробности известны исключительно правообладателям.

После подачи заявки назначается экспертная комиссия, рассматривающая суть вопроса. Попутно оценивается качество представленных документов, новизна изобретения. Причиной для отказа становятся множественные признаки. К примеру, если признаны налицо очевидность творческого замысла, либо повтор уже имеющихся патентов. По ходу рассмотрения заявки комиссия нуждается в пояснениях автора. Патент США под номером US1857615 A находился на экспертизе более двух лет и, будучи подан 17 декабря 1929 года, получил одобрение лишь 10 мая 1932 года. В современной России срок рассмотрения составляет порядка 12 месяцев.

Согласно указанному документу на суд публики представили нечто, напоминающее современный ТЭН. Электрическая жила изолирована кристаллическим порошком, конструкция помещалась в металлическую трубку, как в нагревательном элементе стиральной машины или утюга. По замыслу творца изделие призвано было представлять предмет, описанный в заголовке статьи. При необходимости нагревательный кабель поднимал температуру до нужного уровня. Кстати, изобретатель называл своё изделие трубчатым (ТЭН – трубчатый электрический нагреватель). Так поясняется замысел (новизна и применяемость в производстве):

  1. Жила высокоомного провода сворачивается в спираль для увеличения значения погонной мощности изделия (на единицу длины).

    Трубчатый электрический нагреватель

    Трубчатый электрический нагреватель

  2. Кристаллический наполнитель нужен, чтобы выдерживать высокие температуры. Сегодня в конструкции нагревательного кабеля активно используются полимеры, невозможные в 30-е годы XX века.
  3. Металлическая оболочка (в оригинале сталь, сегодня часто используется и медь) нужна, чтобы по возможности лучше передавать тепло наружу. И сегодня ТЭНы конструируются по указанной схеме. Металл обеспечивает должную прочность.
  4. Специфический процесс производства предполагал помещение спирали кристаллического магния в металлическую трубу с последующей обработкой паром. За счёт описанных условий шло активное образование гидроксида. По объёму получалось больше раза в 2, нежели оставалось магния. Порошок гидроксида служил изолятором. Оставшуюся воду выпаривали при «сравнительно высокой температуре». Потом приводятся технологические подробности производственного процесса.

Любопытно, что не указываются конкретные значения. В современной химии известно, что при температуре 350 градусов Цельсия гидроксид магния распадается, теряя воду. Какой процесс имел в виду изобретатель, возможно, просто сушку от использованного пара? Изобретатель не раскрыл секрет как гарантию того, что тайна патента не ракроется сторонним человеком даже в случае случайной или намеренной передачи информации третьим лицам. По ходу текста изобретатель отмечает факт возможного контакта спирали под током с металлической оболочкой, что делает электрическую изоляцию изделия недостаточно высокой (для современных приборов – 20 МОм). Для решения затруднения внутрь вводится дополнительная спираль чуть большего диаметра, надёжно охраняющая напряжение от выхода наружу.

Кабельная система обогрева

Кабельная система обогрева

Указанный патент лёг в основу изобретения резистивного кабеля. Дальнейший ход научной мысли приостановился на годы. Следующий оригинальный патент из Норвегии заявлен 14 мая 1947 года. В США зарегистрирован под номером US2494589 A. В патенте уже заявлена конструкция саморегулирующегося нагревательного кабеля. Две токонесущие разделены слоем полимерной матрицы. Суть изобретения: с повышением температуры пластик с вкрапленным металлическим порошком расширяется, закономерно увеличивая электрическое сопротивление. В результате ток падает, уменьшается теплота, выделяемая по закону Джоуля-Ленца. Указанные процессы ведут к снижению температуры.

В результате происходит охлаждение. Тогда матрица сжимается, ток снова увеличивается, процесс возвращается к исходной точке. Это повторяется бесчисленное количество раз, за счёт чего режим поддерживается в пределах нормы. Изобретение удобно продуманным автоматизмом, формированием нужной конструкции для обогрева объектов. Саморегулирующийся кабель за счёт присутствующих особенностей берётся любой длины (на практике максимум ограничивается пропускным общим током, демонстрирующим наибольшее значение возле источника питания и снижающимся к окончанию).

Особенности нагревательного кабеля

В быту нагревательный кабель чаще используется в качестве противообледенительной системы кромок крыш, водостоков, крылечек, ступеней, дорожек. В этом случае стоит задача поддержания температуры в районе нуля градусов. Прочие применения называют промышленными. Иногда нагревательный кабель используют для подогрева воды в трубе, если температура недостаточна.

Кабель нагрева

Кабель нагрева

Постоянно изделие работает в паре с контроллером, производящим операции по управлению. Резистивный нагревательный кабель нуждается в сенсоре, не способен самостоятельно регулировать свою работу. От места установки датчика и зависит работоспособность системы. Крайне редко встречаются практические приложения, где мощность потребления не регулируется. В остальных случаях варьируется напряжение питания или другие параметры. Для саморегулирующихся кабелей подобные меры излишни.

Использование нагревательного кабеля

Применение нагревательного кабеля в промышленности декларируется международным стандартом IEEE 515. Он недоступен для свободного скачивания в электронном виде и продаётся по цене чуть более 100 долларов. Организация IEEE предоставляет к нему доступ подписчиков (за деньги). Порой ресурсы спекулируют интересом к указанному документу и предлагают даже скачать исполнимый файл для установки… Опасаясь развёртывания на компьютере троянов и прочей нечисти, избегайте подобных предложений. Российской разновидностью систем для обогрева труб считается перевод в документе ГОСТ Р МЭК 62086-2, согласно которому типы установки разделяются на классы:

  • I – требуется поддерживать температуру выше определённой точки. Характерно для противообледенительных систем. Допустим резкий рост температуры, точность для сенсоров требуется небольшая.
  • II – поддержание температуры в среднем и широком диапазоне. В качестве сенсора подходит механическое термореле.
  • III – требуется поддержание температуры в узком диапазоне. Как в холодильниках. В качестве сенсоров используются термопары.
Применение кабеля

Применение кабеля

Системы нагрева бывают (совместно с приведёнными в списке типами) для обслуживаемого объекта критическими (С) или некритическими (NC). В первом случае предусматривается сигнализация об отказе этой части оборудования, следует дополнить основную линию резервной (с отдельным питанием электрическим током и автоматическим включением командой контроллера). В некритических системах кабельного обогрева требования к температуре пониженные, при выходе параметров за рамки предусмотренных губительных последствий не произойдёт.

Обязательно предусматривается теплоизоляция. Для систем Тёплый пол это подложка под нагревательный элемент с расчётом, чтобы энергия шла исключительно вверх. Подобные меры минимизируют затраты на электричество, вдобавок – изменяют условия эксплуатации несущих конструкций. Таким образом, толщина слоя теплоизоляции подбирается согласно существующим условиям. К примеру, в обычно панельном доме нагрев нижнего перекрытия со стороны квартиры уменьшится при оборудовании её системой Тёплых полов. А значит, плита станет зимой сильнее промерзать с торца, что способно привести к значительному снижению срока эксплуатации строительной конструкции.

Упомянем простой факт: в связи с идеологией, развиваемой в стране, данное требование станут учитывать только владельцы частных домов. В экономическом плане стоимость потерь, идущих на подогрев перекрытия, порой оказывается ниже разницы в цене между различными толщинами. Возможно попытаться сэкономить в этом плане и не повредить общему делу. К примеру, разница в цене между Пенофолом А-05 и А-10 для небольшой комнаты составит пару тысяч рублей, что аналогично множеству кВтч энергии. Следовательно, нужно просчитать потери через слой утеплителя – разыщите специальные компьютерные программы – и сравнить стоимость за весь период эксплуатации.

Очевидно: результат зависит от материала покрытия пола (отношение его сопротивления передачи тепла к аналогичной характеристике Пенофола). Сопоставьте с расчётным (по проекту дома) подогревом пола от атмосферы квартиры. Если цифры схожи, не слишком сильно отличаются, а экономическая целесообразность применения более тонкого слоя утеплителя доказана, разумнее применить указанный вариант при укладке нагревательного кабеля.

В случае с обогревом труб поверх теплоизоляция защищается жёсткой, обычно металлической, оболочкой. От перекрытия подвала слой отделяется гидроизолирующим для исключения промокания. Попадание влаги в материалы блокирует их полезные свойства. Так случается с минеральной ватой. Теплоизоляционный слой должен выдерживать механические нагрузки. С этой целью возможна его прокладка под обрешётку или иным образом. Подходящим случаю станет подложка для ламината, сочетающая хорошую стойкость к механическим нагрузкам и утеплительные свойства.

Что касается пожароопасности, мощность кабеля обычно невысока, высоких температур ожидать не стоит даже при поломке. Другое дело – короткое замыкание. На этот случай в распределительном щите предусмотрите автомат защиты. Что касается выбора среди имеющихся разновидностей, безопасным становится саморегулирующийся кабель. Полимерная матрица с добавками графита при повышении температуры увеличивает сопротивление, что закономерно снижает нагрев. К примеру, на площадях под мебелью потребление электрического тока снижено. Все это не освобождает от необходимости приобрести и установить автомат защиты.

Иногда нагревательный кабель кладётся в толще стяжки. Такие технологии применяются строителями для сушки бетона. Питающие концы потом обрезаются, а кабель остаётся в толще плиты. Нужно понимать, что ремонтопригодность системы в этом случае резко снижается, плюс затруднительно обеспечить условия отсутствия влаги и оснастить конструкцию требуемой теплоизоляцией.