Сопротивление кабеля для нагрева

Сопротивление греющего кабеля

Сопротивление греющего кабеля

Что такое греющий кабель?

Система кабельного обогрева как жилых, так и нежилых помещений получает все большее распространение. Целью применения греющего кабеля является сохранение необходимого температурного режима. Кабель, который преобразует электрическую энергию в тепловую, называется греющим. Кабельная система обогрева помогает сделать жизнь более комфортной.

Греющий кабель – принцип работы и применение

Современный греющий кабель функционирует как любой электронагревательный прибор. Чем выше сопротивление материала прохождению электрического тока, тем больше тепловой энергии выделяется на нагревательном элементе. Устройство подсоединяется к электрической сети, имеющей напряжение 220 В, и при прохождении электричества через него выделяет тепло. Применение греющего кабеля может быть в таких областях:

• подогрев пола, стен и потолков;
• поддержание температурного режима для твердеющего бетона становится особенно актуальным в холодных погодных условиях;
• устранение обледенения кровли, водосточных труб и лестниц;
• обогревание зеркал для устранения конденсата;
• обогрев почвы широко применяется в теплицах;
• предотвращение промерзания водосточных и канализационных труб;
• поддержка нужной температуры жидкости и воды, и так далее.

Греющий кабель – характеристики

При выборе изделия ориентируются на область применения. Чтобы выбрать подходящий кабель, нужно рассмотреть его основные технические параметры:

1. Мощность. Чем выше этот параметр, тем значительнее расход электрической энергии и выработка тепла.
2. Температурный режим работы кабеля. Выделяют три вида: высокотемпературный (до 190°С), среднетемпературный (до 120°С), низкотемпературный (до 65°С).

Сколько потребляет греющий кабель?

Над этим вопросом думает каждый, кто хочет воспользоваться этим изобретением. Справедливости ради, стоит отметить, что ответ зависит от множества факторов, и ни один специалист не рассчитает точное потребление. От чего же зависит потребление:

• месторасположения изделия;
• условий погоды;
• диаметра и теплоизоляции трубы;
• мощности и длины кабеля;
• типа греющего кабеля.

Приблизительно рассчитать расход при использовании для обогрева трубы можно:

1. Выясняем указанное производителем номинальное потребление, затем узнаем длину и диаметр трубы и производим вычисления. Например, номинальное потребление равно 14 Вт/м, длина трубы 10 м, а диаметр 32 д, то потребление будет 140 Вт.
2. Если есть теплоизоляция, то потребление сокращается примерно в два раза.
3. Если кабель работает круглосуточно целый месяц, тогда 24 ч. умножаем на 30 дней и на потребляемое количество кВт/ч.

Виды греющего кабеля

Специалисты выделяют два основных вида изделия:

1. Резистивный, в котором проводники тока исполняют функцию элементов нагревания. Такой нагревательный кабель для труб применяется все реже.
2. Саморегулирующий самый «умный» и удобный в использовании. Такой саморегулирующийся нагревательный кабель сегодня становится все более популярным.

Саморегулирующий греющий кабель

В состав этого кабеля входит от одной до нескольких жил, изолированных друг от друга специальной оболочкой. Саморегулирующийся греющий кабель может применяться в разных областях. Он самостоятельно поддерживает необходимую рабочую мощность и количество выделяемого тепла в зависимости от погодных условий. Работа кабеля зависит от сопротивления, то есть, если оно возрастает, подача тока снижается, за счет чего снижается и мощность. Он сам выявляет участки, где нужно поднять или опустить градус.

Резистивный греющий кабель

В состав кабеля входит одна или две изолированные жилы фиксированной длины, не подлежащие самостоятельной обрезке. Этот вид не дает шанс менять мощность без использования терморегуляторов. Применяют такой греющий кабель для канализационных труб. Существует подвид этого кабеля – зональный, состоящий из двух параллельных жил, через которые проходит ток. Элементом нагревания выступает проволока, прикрепленная к жилам на фиксированном расстоянии. Этот вид кабеля можно отрезать по выделенным меткам.

Как подключить греющий кабель?

Непосредственное подключение кабеля производится путем его присоединения к блоку, осуществляющему терморегуляцию. В зависимости от назначения и сферы применения пользуются линейным и спиральным монтажом, при этом сам провод прокладывают или внутри или снаружи относительно труб ли другой поверхности.

Чаще при продаже греющих кабелей терморегулирующий блок идет в комплекте. Его нужно постараться установить так, чтобы на него не воздействовала негативная окружающая среда. Соединение проводов должно быть герметичным. Для этого можно воспользоваться специальными зажимами и муфтами.

Подключение греющего кабеля проходит в несколько этапов:

1. Проводники кабелей, предназначенные для соединения, обрезают в виде лесенки на различном расстоянии и освобождают от изоляционного материала в длину на 10 мм.
2. На все имеющиеся проводники натягивают термоусадочные муфты, а поверх кабеля прикрепляют совместную муфту с большим диаметром.
3. Окончания проводов монтируются в гильзы и плоскогубцами зажимаются с одной стороны, а с другой стороны обжимают гильзу после ввода вторых концов.
4. На провода надевают муфты с малым диаметром и феном их нагревают, после зажатия на область соединения натягивают муфту большего диаметра и тоже прогревают феном.
5. Если речь идет о саморегулирующихся видах кабеля, то в них оба конечных провода герметизируются. Они обрезаются в виде лесенки, поверх них натягивают термоусадочную муфту и тоже прогревают с помощью фена.
6. Термостатический регулятор, который необходим для регулирования температуры, помещают поблизости к электрическому щитку. Чтобы повысить безопасность, в цепь термостатического регулятора внедряют УЗО (автоматическое отключающее устройство).

Почему не греет греющий кабель?

Чаще при возникновении проблем с работой кабеля выходят из строя терморегулятор, автоматический выключатель или датчик температуры. Если монтаж греющего кабеля был выполнен неправильно, то возможно возникновение разных поломок. Не греть кабель может и из-за таких причин:

• дефект в кабеле;
• неисправный контакт;
• повреждение УЗО;
• отсутствие напряжения;
• плохое подсоединение.

Проверка сопротивления кабеля в системе теплого пола и устранение неисправностей

Любой электрический пол необходимо проверить на наличие неполадок в работе еще на этапе монтажа. Как только уложены нагревательные элементы, нужно подключить электропитание и понаблюдать за работой. Если все системы функционируют слажено и без сбоев, то можно приступать к заливке стяжки или укладке финишного покрытия. Непрофессионалам лучше доверить монтаж теплого электрического пола специалистам, поскольку неправильное обращение с электрическими приборами может привести к большим проблемам.

Проверка сопротивления теплого пола

Все производители декларируют о высокой надежности электрических систем отопления, дают гарантию, указывают на товаре срок службы до 20 лет. Если на этапе монтажа все выполнено правильно, то теплый пол прослужит, действительно, не один десяток лет. Но, ведь бывают и нестандартные ситуации, когда не греет теплый пол. Как поступить в таком случае? Есть несколько причин возникновения такой ситуации:

• неисправность терморегулятора;
• не работает датчик температуры теплого пола;
• повреждение проводов теплого пола.

Схема кабеля для теплого пола

Как выявить проблемы

Прежде чем электричество поступит к нагревательным элементам, оно проходит через термостат. Это прибор, который регулирует подачу тока: если пол нагрелся до заданной температуры, происходит автоматическое отключение питания. При охлаждении – ток снова поступает.

У терморегулятора есть электронное табло, которое показывает напряжение, чтобы проверить, как он работает, необходимо:

• демонтировать прибор;
• с помощью мультиметра замерить напряжение, выставляя максимальную температуру пола – датчики должны показывать 220 В;
• затем ручку реле нужно повернуть в обратное направление – выставить минимальную температуру – датчики должны показать отсутствие напряжения.

Измерение сопротивления кабелей электрического теплого пола

Таким образом, можно проверить работает ли реле и сам терморегулятор.

Для определения исправности греющего кабеля необходимо измерить его сопротивление. Делается это с помощью мультиметра, следующим образом:

Расчёт укладки теплого пола

• значение сопротивления нужно разделить на напряжение – 220 В – получится величина тока, который проходит по системе;
• величину тока нужно умножить на напряжение (220В) – получается мощность электрического пола, которая не должна отклоняться от заявленной производителем (указанной в паспорте системы) на 5%.

Если есть отклонения, они свидетельствуют о неисправности нагревательных элементов.

Что означает большая потребляемая мощность

Если сравнение величин показало большую потребляемую мощность – это свидетельствует о том, что есть короткие замыкания, возникающие в результате нарушения целостности изоляции проводов. В этом случае часть пола будет греться очень сильно, а другая — не работать. В таком режиме вся система долго не проработает, и при этом будет потребляться много электроэнергии, что, естественно, неэкономично.

Мощность электрических матов Решить эту проблему можно только в том случае, если есть возможность снять финишное покрытие. Если кабель был проложен под стяжку – сделать это будет невозможно.

На что указывает малая потребляемая мощность

Если величина потребляемой мощности гораздо меньше, указанной в паспорте изделия, то это говорит об обрыве в цепи. В этом случае сопротивление будет очень большим, что может привести к перегоранию кабеля. Определить место обрыва можно, если есть возможность снять финишное покрытие целиком или демонтировать его участок.

Измерение сопротивления изоляции теплого пола мегаомметром

• нужно отключить теплый пол от термостата и электросети;
• место обрыва ищется с помощью высоковольтного генератора и аудио-детектора. Принцип работы такого устройства схож с металлоискателем. Он проходит по поверхности пола и сигнализирует о потере тока – это и есть место обрыва;

Схема устройства термостата теплого пола в электросети

выявив обрыв, в этом месте демонтируется покрытие;

поврежденные жилы зачищаются, соединяются гильзами и сжимаются пресс-клещами;

термоусадочная муфта нагревается с помощью фена, а при остывании она сжимается и становится для восстановленного провода герметиком;

далее осуществляется монтаж напольного покрытия.

Источник

Горячий кабель — хорошо или плохо?

Спросить любого электрика — что самое главное в кабеле? — он ответит, что это его способность проводить электрический ток. И чем больше нужно провести тока, тем толще должен быть кабель. Кабель обычно состоит из нескольких проводов, внутри которых проложена токопроводящая жила. Но есть кабели, главное свойство которых — не проводить ток к нагрузке, а самому работать как нагрузка. О таких кабелях и их свойствах пойдет речь в статье.

Когда по проводам протекает слишком большой ток, они начинают греться, что провоцирует множество проблем: от ускоренного старения кабеля и уменьшения срока службы оборудования до полных отказов и пожаров. Поэтому любой нормальный электрик вам скажет, что когда кабель греется — это плохо, и происходить этого не должно.

Однако нагрев кабеля может служить на пользу, если взять его под контроль и поставить на службу. Для этого изготавливают специальные греющие кабели, нагрев которых является основным потребительским свойством. Итак, давайте вместе вспомним элементарную физику и посмотрим, как она применима к греющим кабелям.

Сопротивление медного провода

Исходный параметр, на основе которого производят все расчеты с проводниками, — удельное сопротивление провода ρ, которое имеет размерность Ом·мм 2 /м. Для медного сплава, который применяется в обычных электромонтажных проводах, ρ=0,0175 Ом·мм 2 /м. Но это теоретическое значение, реально оно может быть больше — 0,018 или 0,019. Это значение зависит от состава сплава и от добросовестности производителя.

Что означает число ρ? Приведу пример. Возьмем одиночный провод сечением S=1,5 мм 2 , длиной L=1 км. Его сопротивление можно вычислить по формуле:

R=(ρ L)/S = 11,6 Ом

Сопротивление обычных типов проводников регламентировано ГОСТ 22483-2012. Кроме того, в этом ГОСТе нормируется изменение сопротивления проводов в зависимости от температуры. Но это изменение так мало, что в большинстве случаев им пренебрегают.

Как и у обычного провода, сопротивление греющего проводника — также очень важный параметр. Ведь он определяет другой параметр, характеризующий его нагревательные свойства — погонную мощность (Вт/м). Зная ее из документации или расчетов, можно по закону Джоуля-Ленца посчитать количество тепловой энергии, используя такую формулу:

Q=I2Rt=UIt (Дж)

В природе существуют принципиально два вида греющих кабелей, о них я и расскажу далее, обязательно будут примеры.

Резистивные кабели постоянной мощности

Провод в таком кабеле имеет жилу из специального сплава. Этот сплав обладает определенным сопротивлением, которое больше, чем сопротивление меди. Сопротивление метра такого кабеля — от единиц до десятков Ом, в зависимости от требуемой температуры и сферы применения.

Примеры промышленных марок таких кабелей и проводов — МНТ, СНФ, ПНСВ и другие. Буква «Н» в названии кабеля обозначает «нагревательный».

Пример резистивного кабеля для теплого пола с одной жилой

Резистивные греющие кабели принципиально бывают двух видов по способу подключения — с одной или с двумя жилами. Если жила одна, то нужно уложить кабель так, чтобы оба конца сходились в одном месте.

Когда в кабеле две жилы — это упрощает монтаж. Начало кабеля подводится к клеммам питания, а на конце монтируется соединительная концевая муфта.

Изоляция греющих кабелей рассчитана на высокие рабочие температуры (до 100 °С) и обычно выполняется из фторопласта. Кроме изоляции обычно имеется оплетка (экран), которая выполняет роль дополнительной защиты.

Двужильный резистивный греющий кабель

На фото — двужильный резистивный греющий кабель. Видно два рабочих провода, провод заземления, экран, и внешнюю оболочку.

С точки зрения физики кабель устроен так же, как любой нагревательный элемент — например, паяльник или утюг. И так же, как и паяльник, некоторые резистивные кабели рассчитаны на то, что будут включены постоянно. Например, это актуально на зимний период при использовании греющего кабеля для обогрева крыш.

В других случаях так же, как с утюгом, нужно регулировать температуру греющего кабеля. Для этого используют термостаты (регуляторы температуры) — как правило, электронные, с датчиком обратной связи.

Яркий пример применения греющего кабеля, который радует наши замерзшие ноги зимой, — электрический теплый пол

Производятся греющие резистивные кабели на определенную мощность и напряжение и имеют фиксированную длину, резать их нельзя.

Датчик и регулятор температуры для теплого пола

Между нами говоря, такой кабель можно разрезать или удлинить, но для получения той же мощности нужно будет другое напряжение. Либо температура нагрева будет иной, что может сыграть злую шутку.

При повышенном выделении тепла (если сопротивление или напряжение слишком высокое), произойдет то же самое, что и с обычным кабелем — изоляция начнет плавиться, а срок службы — сокращаться.

Законы, открытые более 150 лет назад, никто пока не отменял!

В промышленности и быту греющий кабель применяется, например, для обогрева трубопроводов. В строительстве — для прогрева бетона в случае его заливки при низких температурах. Греющий кабель в этом случае прокладывают в арматуре, а после заливки бетона подают напряжение на несколько дней.

Стоит отметить, что резистивный кабель греется по всей длине, и при его монтаже нужно предусмотреть участки на трассе, которые прокладываются обычным проводом. Иначе нагрев будет происходить там, где он не нужен — например, внутри электрощита.

Двужильный кабель теплого пола

Резистивные кабели — яркий пример

Для примера — укладка теплого пола под плитку. Ничего сложного тут нет, главное — все уложить и подключить по инструкции. Основа теплого пола в примере — нагревательный мат фирмы HEM.

Кабель имеет две зоны — греющую (основную) и холодную, изготовленную из обычного медного провода. Граница между зонами отмечена, это важно знать при монтаже.

В инструкции сказано, что греющий кабель теплого пола имеет мощность 150 Вт, максимальную температуру 80 °С и сопротивление 347 Ом. Проверим мощность по формуле:

P =U2/R=140 Вт,
это почти как в инструкции.

Надо сказать, что при такой мощности очень важно уложить под пол теплоизоляцию, иначе нагрев будет неэффективен — большая часть тепловой энергии будет уходить на ненужный прогрев нижней части пола (или потолка соседей снизу, если это квартира).

Пол потребляет немного, но и ему нужен термостат — для экономии электричества и для тех случаев, когда «слишком хорошо — это плохо».

Сверху вниз: 2 провода питания, 2 провода теплого пола, 2 провода датчика температуры

Датчик дает информацию на термостат, а он, в свою очередь, по мере прогрева дает команду на выключение, а при остывании — на подачу питания на кабель теплого пола.

Разница между значениями включения/выключения термостата называется шириной петли гистерезиса и измеряется в °С.

Саморегулирующиеся нагревательные кабели

Эти кабели тоже имеют определенное сопротивление, но оно не постоянное, а зависит от температуры. А температура, в свою очередь, зависит от тока и сопротивления, как в обычном нагревательном кабеле.

Главное отличие таких кабелей — не обязательно ставить датчики и заботиться о перегреве, кабель сам установит оптимальную температуру, изменяя свое сопротивление.

Такой кабель состоит из соединенных параллельно отрезков (проводящих матриц), каждый из которых — самостоятельный нагревательный элемент, который можно подключить и смонтировать отдельно. Пример — нагревательные элементы Unimat, которые также называют стержневым теплым полом. Стержни могут быть выполнены и в пленочном исполнении.

Другой вариант конструкции — двужильный кабель определенной длины, который исключает любой разрез и монтируется целиком на прогреваемую конструкцию. Пример — саморегулирующийся кабель КДБС.

Каждый коричневый отрезок — самостоятельный нагревательный элемент

Из принципа саморегуляции следует интересное свойство — пока нагреваемый объект холодный, кабель работает на полную мощность. По мере прогрева сопротивление увеличивается, мощность уменьшается, температура стабилизируется на оптимальном уровне.

Тут же вытекает еще плюс саморегулирующегося кабеля — экономия энергии, причем этот процесс происходит автоматически.

Стоит сказать, что с саморегулирующимися кабелями также используют датчики и терморегуляторы, когда нет необходимости прогревать объект на максимальной мощности. Например, при использовании в теплых полах.

Теплый пол с саморегуляцией

Приведу пример теплого пола, в котором применяется саморегулирующийся кабель.

Пол уложен на кухне, на черновую стяжку, и закреплен дюбель-хомутами.
После работы электриков заливается чистовая стяжка и укладывается плитка

В инструкции сказано, что погонный метр такого теплого пола в холодном состоянии потребляет 116 Вт, а при 60 °С — 77 Вт. То есть при повышении температуры сопротивление греющих элементов повышается, мощность уменьшается и температура устанавливается на некотором оптимальном значении. Для точной настройки температуры (если не нужно, чтобы пол грел слишком сильно) используется датчик с регулятором, такой же, как и для резистивного пола.

Таким образом, нагрев проводов — это не всегда плохое явление, если поставить его на службу!

Источник: Александр Ярошенко, автор блога «СамЭлектрик.ру» Опубликовано в журнале «Электротехнический рынок» № 1 2020 год.

Источник