370 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет греющего кабеля

Как рассчитать нагревательный кабель для водопроводных труб

Если водопроводные трубы расположены ниже уровня промерзания грунта или в неотапливаемых хозяйственных помещениях, зимой неизбежно происходит образование ледяных пробок. При этом магистраль часто оказывается повреждена, подача воды останавливается. Для предотвращения подобных неприятностей принято использовать теплоизоляционные материалы, но сами по себе они часто недостаточно эффективны. Лучшим выходом является монтаж кабельного обогрева. Он защитит систему от замерзания даже в самые суровые зимы. Перед покупкой следует правильно рассчитать нагревательный кабель.

Преимущества кабельного обогрева:

  • Защита труб от промерзания, разрывов, внешнего обледенения.
  • Долговечность и простота эксплуатации.
  • Экономичный расход электроэнергии.
  • Универсальность (подходит для наземных и подземных коммуникаций).
  • Эффективное удаление конденсата и продление срока службы утеплителя.
  • Снижение затрат на обслуживание водопроводной магистрали.

Подбор греющего кабеля

Подбирать материалы для обогрева такого типа следует индивидуально, учитывая особенности трубопровода. Применяют две основные разновидности кабелей.

Резистивный – выпускаются одно- и двужильные модели. Токопроводящая жила покрыта надежной изоляцией и имеет одинаковое сопротивление на любом участке. Изделие отличается доступной ценой, но требует установки термостата.

Саморегулирующийся – в основе такого кабеля лежит полупроводниковая матрица с датчиками, способная изменять сопротивление на разных участках. Это позволяет осуществлять обогрев трубы по всей длине с учетом температуры окружающей среды. При этом исключена вероятность перегорания кабеля. Данная продукция дороже, но значительно проще в эксплуатации, не нуждается в монтаже термостата. В отличие от резистивного кабеля, саморегулирующийся можно резать на куски необходимого размера.

Кабели из нашего каталога

Также при подборе греющего элемента необходимо учитывать такие факторы:

  • протяженность сети – чем длиннее водопровод, тем выше риск возникновения перегрева на каком-либо участке;
  • расположение трубы – если магистраль уже проложена под землей или доступ к ней затруднен по другим причинам, это повлияет на выбор кабеля и процесс его монтажа;
  • выбранный способ укладки греющего элемента – для прокладки кабеля снаружи (вдоль или по спирали) можно подобрать продукцию в любой оболочке, а при монтаже внутри магистрали потребуется продукция с инертной оплеткой;
  • материал и диаметр водовода – кабельный обогрев подходит для всех типов труб, но максимально допустимая мощность будет отличаться;
  • толщина и проводимость теплоизоляции – чем меньше потери тепла, тем ниже требования к мощности кабеля.

Расчет длины резистивных и саморегулирующихся кабелей для трубопровода

Чтобы определить длину кабеля, необходимо сначала просчитать тепловые потери магистрали в холодное время года. Для этого используют формулу:

  • W – коэффициент теплопроводности кабельной изоляции;
  • L – длина трубы;
  • tвн – температура воды в трубе;
  • tнар – температура окружающего воздуха или грунта;
  • D – диаметр трубы вместе с изоляцией;
  • d – внешний диаметр трубы без изоляции;
  • 1,3 – коэффициент запаса по мощности.

Чтобы получить длину кабеля в метрах, необходимую для вашей магистрали, необходимо использовать формулу:

  • Q – коэффициент теплопотерь;
  • P – удельная мощность кабельной продукции.

Это пример расчета длины кабеля для прямого отрезка трубы. При наличии дополнительных элементов (соединительных фланцев, задвижек, кранов, опор), а также поворотов магистрали, необходимо сделать запас по длине, поскольку такие места нуждаются в усиленном обогреве. Это же относится к местам соединения двух отрезков кабеля, если такие связки присутствуют. Чтобы определить количество дополнительного кабеля, необходимо учесть толщину трубы, количество и тип элементов. Удобнее всего взять соответствующее значение из специальной таблицы.

Данные расчеты будут полезны тем, кто выбрал наружный монтаж кабеля. Когда речь идет об установке греющего элемента внутри водопровода, расчет будет предельно прост – вам потребуется отрезок длиной до ближайшего элемента запорной арматуры. Кабель не должен мешать работе встроенных в трубы регуляторов, клапанов, кранов.

Факторы, учитываемые при расчете теплопотерь трубы

Теплопотери неизбежны даже при обеспечении качественной изоляции трубы от внешнего холода. Это напрямую влияет на мощность кабеля и количество его витков при монтаже снаружи водопровода. На теплопотери влияет сразу несколько показателей:

  • толщина и коэффициент теплопроводности термоизоляционных материалов – чаще всего применяют минвату и пенополистирол с проводимостью 0,055 и 0,04 Вт/м С соответственно;
  • минимально возможная зимой температура окружающей среды – параметры будут отличаться для разных регионов страны и расположения трубы (внутри помещения, на улице, в грунте);
  • диаметр и длина трубы – чем больше площадь магистрали, тем охотнее она отдает тепло, требуя использования кабеля более высокой мощности;
  • наличие опор, подвесов и арматуры – первые создают своеобразные мостики холода, а запорные и регулирующие элементы нуждаются в усиленном обогреве.

Все это влияет на рекомендуемую мощность греющего кабеля. Для экономии в дальнейшем стоит позаботиться о качественной теплоизоляции труб. Желательно поверх мягкого материала зафиксировать жесткий защитный кожух. Это особенно актуально для магистралей, находящихся на открытом воздухе и в грунте.

Бытовые системы обогрева обычно имеют мощность до 17 Вт/м, поэтому при некачественном утеплении водопровода или полном отсутствии изоляции монтаж кабеля может быть нецелесообразным. Во втором случае предпочтительно сначала обеспечить защиту трубы от холода. Также теплоизоляция может монтироваться одновременно с кабелем, но предварительно все равно придется определиться с материалом.

Подбор кабеля при помощи таблицы теплопотерь трубы

Таблица удельных теплопотерь поможет вам упростить расчеты длины и мощности греющего кабеля. Она позволяет получить упрощенное, но достаточно адекватное представление о расходе энергии обогрева. Чтобы определить необходимый параметр, нужно знать несколько исходных значений:

  • толщина теплоизоляции трубы в мм;
  • разница температуры теплоносителя внутри магистрали и минимальной для вашего региона температуры воздуха;
  • диаметр трубы в мм.
Читать еще:  Виды гипсокартонных листов

Дополнительно можно воспользоваться таблицей коэффициентов запаса мощности для кабелей разных типов. Обратите внимание, что выбранный нагревательный элемент должен обеспечивать приток тепла, который больше его потери. В противном случае возможно промерзание магистрали, несмотря на уложенный кабель. Именно поэтому так важно провести указанные расчеты. Обогрев, монтируемый внутри водопровода, может иметь меньшую мощность, поскольку он непосредственно соприкасается с водой, нагревать сначала магистраль не требуется. Но такой способ подходит только для труб небольшой толщины. Если кабель укладывается снаружи, на его минимальную мощность и требуемую длину влияет также способ намотки и крепления. Существует несколько вариантов расположения греющего элемента.

  • Спираль – позволяет равномерно прогревать магистраль, поддерживая заданную температуру. В этом случае имеет место самофиксация провода, но его все равно необходимо подстраховать стеклопластиковой или алюминиевой клейкой лентой, особенно на вертикальных трубах.
  • Параллель – самый простой способ монтажа, оптимальный для водовода небольшого диаметра.
  • Змеевик – данный способ укладки подходит для магистрали большой толщины. Чередующиеся петли обеспечивают очень быстрый прогрев переносимой среды.

Как рассчитать длину саморегулирующих и резистивных кабелей

В настоящее время существует большое количество греющих кабелей, при использовании которых можно избежать, таких проблем, как промерзание коммуникаций в частных домах. Каждый производитель термопроводов, гарантирует их высокие эффективные качества и долгий эксплуатационный срок. Однако эти качества, в первую очередь зависят от вида и расчета греющего кабеля.

Виды греющего кабеля

В настоящее время существует несколько видов термокабелей, которые отличаются конструкцией, характеристикой и сферой применения. Для обогрева труб в частных домах используют два вида:

  1. Резистивные. Эти изделия состоят из одного или двух стальных жил, которые изолируются специальным материалом. На изоляционный слой для защиты от внешних повреждений наносится экранизирующая оплетка, которая в дополнение служит в качестве заземления проводов.
  2. Саморегулирующие. Такие кабеля состоят из двух металлических жил, которые расположены в разделяющей саморегулирующей матрице. Сверху этого полупроводника наложены: внутренний слой изоляции и экранирующая оплетка. Для защиты от внешней среды и ультрафиолетовых лучей, вся конструкция помещена в полимерную оболочку.

Если рассмотреть конструкцию двух изделий, можно увидеть, что саморегулирующие провода выполнены более сложно, соответственно их цена будет выше, чем у резистивных проводов. Но и по качествам обогрева и срокам эксплуатации саморегулирующие кабеля превосходят своего аналога.

После того, как оттолкнувшись от этих характеристик, будет выбран термопровод, можно будет приступить к расчетам его длины.

Расчет длины термопроводов

В основном обогревающий кабель используют не по всей длине трубопровода, а для определенных участков, которые расположены на недостаточной глубине и могут промерзать в зимний период. Поэтому, чтобы правильно рассчитать длину провода, вывели такую формулу:

Д.к = K.з * Д.у.т. * Тп.уд. / М.п.

Д.к. – длина кабеля;

К.з. – коэффициент запаса;

Д.у.т. – длина участка трубопровода;

Тп.уд. — удельные теплопотери (Вт/м);

М.п. – мощность провода.

Если диаметр и длину трубы, а также среднюю температуру, между водой в трубах и внешней средой можно измерить самостоятельно, то остальные значения нужно будет предварительно найти.

Коэффициент запаса

Для каждого вида нагревающих проводов существует определенный коэффициент запаса с дополнительным оборудованием.

У саморегулирующих проводов, он составляет – 1,1.

У резистивных – 1,2.

Расчет удельной мощности

Для расчета мощности греющего термопровода понадобятся такие значения, как: толщина изоляционного слоя, диаметр трубопровода и средняя величина, между температурой теплоносителя и самой низкой температурой в регионе. Без определенных знаний произвести этот расчет довольно сложно, поэтому можно опереться на следующие ориентировочные данные, где приведены соотношения диаметр труб и мощности:

  • 15-25 – 10 Вт/м;
  • 25-40 – 16 Вт/м;
  • 40-60 – 24 Вт/м;
  • 60-80 – 30 Вт/м;
  • 80 и более – 40 Вт/м.

Здесь стоит отметить, что величина мощности, не должна быть меньше теплопотерь.

Расчет теплопотерь

Расчет удельных теплопотерь выполняется по нормативной плотности теплового потока, через поверхность трубы и его утеплителя. В методике, для тепловых потерь на один кубический метр, применяется следующая формула:

Тп.уд. = (2 * 3,14 * К.т.к. * Д.у.т. * (Тем.вн. – Тем.нар.))/(Д.п. * (Об.тр.из. / Об.тр. )) * 1,3

К.т.к. – коэффициент теплопроводности изоляции кабеля – 0,04 Вт/(м*С);

Д.у.т. – длина участка трубы, в метрах;

Тем.вн. — температура воды в водопроводе;

Тем.нар — температура внешней среды;

Д.п. – длина провода;

Д.тр.из. – диаметр трубы с теплоизоляцией;

Д.тр. — наружный диаметр трубы.

После того, как будут найдены все значения, их необходимо в соответствующем порядке подставить в формулу и произвести расчет длины греющего кабеля для определенного участка трубы.

Ознакомившись со всей последовательностью, у новичков, больше не возникнет вопроса, как выбрать и рассчитать кабель для обогрева труб. Что в свою очередь позволит сэкономить на услугах специалиста, произвести правильный монтаж и обеспечить трубам качественный обогрев.

Пусковой ток греющего кабеля

Пусковой (стартовый) ток – это максимальный ток, возникающий в момент подачи питания на систему. Этот параметр необходимо учитывать при проектировании, а точнее — при расчете максимальной длины отрезков кабеля.

От чего зависит стартовый ток

  • Температуры включения . Чем ниже температура окружающей среды, при которой происходит включение системы обогрева, тем выше пусковой ток и тем больше стартовая мощность.
  • Длины нагревательного кабеля . Чем больше длина секции, тем больше СТ системы. Для резистивного кабеля он определяется внутренним удельным сопротивлением Ом/м нагревательной жилы и рассчитывается, и контролируется при изготовлении секции на заводе. Саморегулируемый нагревательный кабель можно условно представить как множество параллельных резистеров (сопротивлений), подключенных к одному источнику питания. Сопротивление будет уменьшаться при увеличении длины линии, и, соответственно, увеличится пусковой ток.
Читать еще:  Где нужно размещать печь барбекю

От чего зависит величина стартового тока

Мощности греющего кабеля. Чем больше удельная мощность кабеля (Вт/м), тем больше СТ.

Особенности конструкции нагревательного кабеля. Резистивный греющий кабель из-за особенности конструкции имеет небольшой СТ, который на несколько процентов превышает рабочее значение тока.

Саморегулируемый кабель имеет достаточно большой СТ, который может увеличиваться в 1.5 -5 и более раз от своего рабочего значения. Причина — использование в конструкции проводящей матрицы с PTC-коэффициентом, меняющей свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

В «холодном» состоянии кабель имеет небольшое сопротивление, которое к тому же зависит от температуры окружающей среды. При подаче питания на кабель, он начинает разогреваться, его сопротивление начинает расти, ток в цепи питания уменьшается. Коэффициент стартового тока зависит от компонентного состава и применяемых технологий при производстве матрицы кабеля.

У каждой марки нагревательного кабеля своя величина стартового тока. Производители редко указывают эту информацию в технических характеристиках. Этот параметр является условной величиной и при различных условиях один и тот же кабель может иметь разное значение СТ. Аналогично производители саморегулирующегося кабеля не нормируют его удельное сопротивление Ом/м.

График зависимости СТ кабеля Samreg-40-2CR* от температуры окружающей среды

*график построен на основе испытаний

Пиковая нагрузка приходится на первые 3-30 секунд после включения, в этот момент СТ может превышать номинальное значение в 2-5 раз. Примерно через 5-10 минут происходит полная стабилизация и выход греющего кабеля на номинальную мощность.

Расчет пускового тока греющего кабеля

Грубо рассчитать максимальный пусковой ток нагревательной секции можно исходя из общей длины греющего кабеля в системе и его удельной мощности.

Пример расчета максимального стартового тока греющего кабеля

Имеется секция саморегулирующегося кабеля удельной мощностью 30 Вт/м и длиной 50 м. Номинальная мощность секции при температуре +10°С составляет Pном=30Вт/м*50м=1500Вт. Это мощность уже разогретой секции. Если на кабель в «холодном» состоянии подать питание, то его мощность будет в несколько раз выше номинального значения. Для расчетов мы принимаем коэффициент стартового тока равный 2.5-3 для кабелей марки Samreg и Alphatrace. Коэффициент определен в ходе экспериментов с кабелем данных марок, а также изучения их физических и электротехнических свойств. У греющих кабелей иных производителей данный коэффициент может отличаться как в большую, так и меньшую сторону.

Тогда, стартовая (пусковая) мощность в нашем примере равна Pпуск=3хPном=4500Вт, пусковой ток Iпуск=4500/220=20,45 А.

По найденному значению СТ осуществляется выбор автоматических и дифференциальных выключателей для защиты нагревательной секции, а также тип и сечение силового питающего кабеля. Для секции, приведенной в примере, необходим дифференциальный автомат на номинальный ток Iном=25А с дифференциальным током Iут=30мА

Способы уменьшения стартового тока

Большая величина СТ является нежелательной для питающей сети, так как приходится использовать автоматы с большим номинальным током. Кроме того, подбирается силовой кабель увеличенного сечения.

Существует несколько способов снижения СТ системы:

Последовательное подключение

Последовательное подключение к питающей сети нагревательных секций , которое обеспечивается с помощью установки реле выдержки времени. Это устройство применимо в системе, состоящей из нескольких линий (нагревательных секций). Оно позволяет включать каждую линию с определенным временным интервалом (обычно около 5 минут). При данном способе подключения ток в нагревательной секции уменьшится до рабочего (номинального значения) через 5 минут после подачи питания. После этого можно осуществлять включение следующей линии. Таким образом, суммарный СТ всей системы обогрева равен:

где Iном1, Iном2… — номинальные токи нагревательных секций соответственно 1ой, 2ой и т.д.

Iпуск.n – СТ секции, которая включается в сеть последней.

Чем больше секций включается по такой схеме (т.е. чем больше ступеней включения), тем больше пусковой ток будет стремиться к номинальному току для данной системы. Так, если по такой схеме включить хотя бы 3 группы (одна группа включается напрямую, 2 другие через реле времени через 5 и 10 минут соответственно) при условии равномерного распределения мощностей по группам, то пусковой ток можно снизить почти на 50%.

Пример принципиальной схемы шкафа управления с реле времени

Видео применения реле времени для последовательного включения линий обогрева

Устройство плавного пуска

Устройство в течение всего времени холодного запуска системы (порядка 10-12 минут) поддерживает значение тока на уровне не выше номинального. В этом случае можно использовать силовые и дифавтоматы, рассчитанные на номинальный ток секции. Кроме того, не придется применять питающий кабель с увеличенным сечением. Принцип работы устройства подробно описан в паспорте.

Согласно максимальной стартовой мощности подбирается также силовой кабель подходящего сечения.

Подбор сечения силового кабеля для системы обогрева

Таблица выбора сечения кабеля по току и мощности с медными жилами

Таблица выбора сечения кабеля по току и мощности с алюминиевыми жилами

Неправильный расчет СТ приводит к выходу из строя системы защиты и управления, что может стать причиной аварийных ситуаций на обогреваемом объекте.

Проблемы из-за неправильного расчета пускового тока

Наиболее частые проблемы, возникающие по причине неправильного расчета пускового тока и в соответствии с этим неправильного выбора оборудования:

Срабатывания автоматов защиты и иных защитных устройств

Срабатывания автоматов защиты и иных защитных устройств при включении системы обогрева из «холодного» состояния. Фактически автоматы защиты нагревательных секций выключатся в первые 10-100 секунд после подачи на них питания. Автомат отключается по перегрузке, срабатывает его тепловой расцепитель. Автомат может работать некоторое время в режиме перегрузки, но ввиду затяжного характера процесса снижения СТ, его запаса не хватает. Для устранения этой проблемы приходится выбирать автомат на большее значение номинального тока.

Читать еще:  Начнем с камина

Данная проблема может быть не выявлена на этапе тестирования или запуска системы, так как максимальный пусковой ток увеличивается при понижении температуры окружающей среды. Если систему тестировали до наступления минимальных температур ошибка возникнет только при включении системы в холодное время года (например, в мороз).

Перегрев силового кабеля

Перегрев силового кабеля возникает по причине неправильного подбора его сечения. Из-за большой длительности пускового процесса греющего кабеля высокое значение СТ нагревает жилы силового кабеля. При этом кабель может расплавиться, возникнуть короткое замыкание и даже пожар на объекте обогрева.

При расчетах системы обогрева необходимо помнить, что в первую очередь максимальный стартовый ток зависит от длины секции кабеля.

Превышение допустимой длины приводит не только к увеличению СТ, но и к преждевременному износу системы.

Бытовой ремонт №1

Выберите надежных мастеров без посредников и сэкономьте до 40%!

  1. Заполните заявку
  2. Получите предложения с ценами от мастеров
  3. Выберите исполнителей по цене и отзывам

Разместите задание и узнайте цены

Прогревочный саморегулирующийся кабель имеет способность регулировать температуру и удобен в монтаже, что позволяет применять его, отрезав куски нужной длины. Греющий кабель применяют, чтобы защитить систему трубопровода от замерзаний в холодное время года.

Разновидности обогревающих кабелей

Повышение греющей температуры кабеля для обогрева получается за счёт медных сердечников разного диаметра. Для изоляции применяют огнеупорный полиэтилен и фторэтилен. В соответствии с разными свойствами, есть несколько основных типов терморегулируемого нагревательного кабеля с различной маркировкой.

Для определения обогрева труб снаружи нужно выполнить расчёт мощности нагревательного кабеля и площадок. Верно сделанный расчёт площадок электрокабеля и монтаж смогут предотвратить замерзание трубы в зимний период.

Греющий саморегулирующий кабель после проведения расчёта устанавливают:

  • На уличные трубы для обогрева
  • На трубы в помещениях, где нет отопления

Характеристики кабеля для прогрева трубы

Устройство нагревательного кабеля не особо сложное. Чтобы получить тепло, есть внутренняя жила, имеющая высокое сопротивление.

Кабель для обогрева труб имеет:

  • Внутреннюю жилу
  • Нагревательный элемент
  • Изоляционные слои
  • Экранирующую оболочку
  • Наружный слой

Резистивный кабель для трубопроводов

Резистивный кабель для обогрева бывает нескольких типов. Линейный кабель бывает одножильным и двужильным, имеет нагревательную жилу различной формы и разную толщину теплоизоляции. Произвольно нарезать данный кабель на требуемую длину нельзя. Зональный греющий кабель для обогрева, состоящий из площадок, можно поделить.

Саморегулирующий прогревающий кабель

Саморегулирующий кабель обычно двухжильный. Жилы заключены в полимерную матрицу, либо соединяются при помощи электрических нитей, проводящих ток. Тепловыделение этого вида кабеля может меняться. Данный тип кабеля для обогрева можно разрезать на площадки. При понижении температуры воздуха саморегулирующий кабель самостоятельно может регулировать тепло, что позволит сэкономить энергию или совсем отказаться от температурных датчиков, подключив кабель прямо к электросети. Стоимость данного вида нагревательного кабеля обычно несколько дороже резистивного.

Использование греющего кабеля для нагревания

Греющий саморегулирующий кабель применяют часто для обогрева водопроводной трубы. Обогреваются они изнутри и снаружи.

  • Греющий саморегулирующий кабель применяют внутри, когда невозможно обогреть трубы снаружи
  • Нагревательный кабель снаружи используют для защиты от замерзаний в холодное время

При спиральном способе размещения саморегулирующегося нагревательного кабеля производят обматывание труб по спирали. Также можно прикрепить кабель скотчем на обоих концах трубы, а центр посередине клейкой лентой.

Преимущества прогревающего кабеля для труб

Раньше нагревающие кабели применяли только для подогрева трубопровода промышленного значения, сейчас систему обогрева труб применяют и в домашних условиях.

Греющий саморегулирующий кабель:

  • Надёжный
  • Универсальный
  • Безопасный
  • Экономичный
  • Легкомонтируемый

Метод выбора и расчёт кабеля

Для надежной работы системы прогрева нужно выбрать подходящее оборудование, учесть все особенности объекта и сделать расчёт. Также следует обеспечить верный монтаж системы прогрева. Но нужно помнить, что эффективная работа может снизиться при неправильной эксплуатации и несоблюдении простых правил монтажа.

При выборе необходимо помнить, что:

  • Кабель имеет разное строение и комплектацию
  • Следует устанавливать полный комплект и выполнить правильно расчёт
  • Нужен автоматический контроль и поддержание температурного режима

При выборе количества и качества греющего кабеля необходимо знать назначение трубы, диаметр, участок обогрева, материал и толщину теплоизоляционного слоя. Зная эти параметры, можно выполнить расчёт теплопотерь, а также определить подходящий вид нагревательного кабеля.

Расчёт тепловых потерь производят по следующей формуле:

Q=(2*3,14*W*L*(t_вн-t_нар))/(Ln*(D/d_тр ))*1,3

Главные факторы, которые нужно учитывать при расчёте:

  • Температуру и погодные условия
  • Место монтажа трубопровода
  • Диаметр трубы и толщину стенок
  • Вид труб и протяжённость трубопроводной системы

По типу нагревательного кабеля и уровню теплопотери определяется точное количество комплектации. Чтобы система прогрева исполняла свои задачи, мощность должна компенсировать теплопотери воды в трубе. Главные места, в которых устанавливают нагревательный кабель – это пути стока воды и зоны образования наледи. Расчёт количества нагревательного кабеля нужно производить с учётом особенностей зон обогрева и мощности, которая позволит эффективно обогреть нужные элементы.

Точный расчёт сможет сделать опытный специалист, услуги которого можно заказать на YouDo.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector