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Cavi riscaldanti: tipi e applicazioni
Cavi di riscaldamento: un tipo specifico di prodotti via cavo che converte l'energia elettrica in calore per il riscaldamento ed esegue la funzione di un ricevitore di energia elettrica, anziché una linea di trasmissione. I cavi di riscaldamento sono significativamente diversi dai normali cavi e fili, il cui scopo è di trasmettere energia elettrica con la minima perdita e con una leggera caduta di tensione non la lunghezza della linea (di solito non più del 5%).
Il cavo di riscaldamento viene utilizzato come sezioni di riscaldamento, ad es. segmenti di una certa lunghezza ea questa lunghezza si verifica una caduta completa della tensione applicata. Pertanto, la sezione di riscaldamento dovrebbe essere considerata come un ricevitore convenzionale di energia elettrica (come uno dei tipi di elementi di riscaldamento elettrico).
La lunghezza delle sezioni di riscaldamento dei cavi varia generalmente da alcuni metri a diverse centinaia di metri.
L'effetto della dissipazione di parte dell'energia trasmessa sotto forma di calore, che è negativo per i cavi convenzionali, viene utilizzato come utile nei cavi di riscaldamento. Inoltre, la conversione dell'energia elettrica in calore avviene nel modo più ottimale ed economico. La conversione è completa, silenziosa, senza l'uso di sostanze aggiuntive (carburante, ossidante).
I cavi di riscaldamento hanno una gamma abbastanza sviluppata e sono utilizzati in un'ampia varietà di installazioni e dispositivi. Tuttavia, si riferiscono a particolari prodotti via cavo e in letteratura non ci sono praticamente lavori sulla progettazione, il calcolo e l'uso dei cavi scaldanti.
Tipi di cavi secondo lo schema di dissipazione del calore
Resistivo lineare - cavi di riscaldamento in cui viene rilasciato calore a causa dell'effetto Joule-Lenz quando la corrente elettrica passa attraverso il nucleo di riscaldamento. Il cavo è progettato in modo tale che si verifichi una caduta completa della tensione applicata nel nucleo di riscaldamento, ma gli elementi del cavo non si surriscaldano al di sopra dei valori consentiti.
La lunghezza della sezione di riscaldamento è in genere da poche a centinaia di metri. I cavi di questo tipo possono avere uno, due o più nuclei di riscaldamento paralleli aventi una forma lineare o a spirale. Il taglio arbitrario del cavo lungo la lunghezza è inaccettabile.
La potenza termica dei cavi lineari resistivi diminuisce leggermente durante il riscaldamento e l'entità della variazione dipende dal valore del coefficiente di temperatura della resistenza del materiale del nucleo di riscaldamento. I più piccoli cambiamenti nella resistenza si osservano nelle leghe ad alta resistenza (TKr + 0,0001), il più grande nel rame (TKr + 0,004)
Zonale resistiva i cavi scaldanti non differiscono in linea di principio da quelli precedenti, ma fondamentalmente differiscono nel loro design. Contengono due conduttori isolati in parallelo.
L'isolamento dei conduttori conduttori ha periodicamente localizzato “finestre” spostate l'una dall'altra con un determinato passo (di solito circa 1 m). Una bobina di filo sottile in lega ad alta resistenza è sovrapposta a questi due nuclei.
Nelle "finestre" la spirale si chiude sui fili conduttivi, di conseguenza, il cavo rappresenta un insieme di resistenze (resistori) collegate in parallelo ai fili conduttivi. Su ciascuno di essi c'è una caduta completa della tensione applicata. Il cavo zonale è comodo in quanto può essere tagliato ovunque. La lunghezza minima della sezione di riscaldamento è 1,5 - 2 m.
La lunghezza massima è determinata dalla sezione dei conduttori e della potenza lineare.Poiché l'elemento riscaldante dei cavi della zona resistiva è realizzato in leghe ad alta resistenza, la loro potenza è praticamente indipendente dalla temperatura, quindi sono anche chiamati cavi di potenza costante.
Cavi autoregolanti hanno un design parzialmente simile al design dei cavi di zona resistivi. Contengono inoltre due conduttori paralleli, ma non isolati. I conduttori sono racchiusi in una matrice conduttiva polimerica o collegati attraverso fili conduttivi polimerici a spirale.
L'effetto dell'autoregolazione si ottiene grazie al fatto che l'elemento di combustibile del cavo, realizzato in materiale polimerico conduttivo, aumenta significativamente la sua resistenza quando riscaldato. Il valore Tcr del polimero conduttivo raggiunge 0,05-0,075, cioè 12-18 volte più di quello del rame.
Cavi di riscaldamento induttivo nella loro progettazione contengono elementi ferromagnetici e conduttori isolati conduttivi sono disposti attorno agli elementi ferromagnetici sotto forma di un avvolgimento che induce un flusso magnetico alternato nel nucleo. L'effetto di rilascio di calore si ottiene sia a causa di perdite resistive nell'avvolgimento, sia a causa di perdite resistive nel nucleo derivanti da correnti indotte.
Il rapporto tra queste e altre perdite è determinato dal design del cavo. Le perdite nell'anima possono essere l'80-20% della perdita totale del cavo. Nel primo caso, le perdite nell'avvolgimento sono piccole ed è leggermente riscaldata a causa delle proprie perdite, che consente di ottenere una potenza lineare significativamente più elevata rispetto ai cavi resistivi.
Il metodo di riscaldamento delle tubazioni mediante "effetto SKIN" può anche essere considerato una delle opzioni per il cavo induttivo. In questo caso, il ruolo dell'avvolgimento a induzione è svolto da un nucleo isolato di grande sezione trasversale e il ruolo dell'induttore è il tubo d'acciaio in cui si trova questo nucleo. Il calore viene generato sia nel nucleo che nel tubo a causa delle correnti indotte del vortice.
Applicazioni per cavi scaldanti
I dispositivi che utilizzano cavi scaldanti possono essere notevolmente diversi per dimensioni, temperatura operativa e potenza termica. Pertanto, la gamma di applicazioni per cavi scaldanti è molto ampia.
Vestiti riscaldati, coperte, tappeti - coperte e coperte elettriche, piastre riscaldanti, sedili riscaldati, vestiti e scarpe riscaldati. Di norma, hanno una piccola potenza (10-50 W) e una temperatura operativa sicura per l'uomo, ad es. non superiore a 50 ° C. Questo gruppo può comprendere riscaldatori domestici a bassa potenza: scaldabiberoneria, scongelatori per frigorifero che utilizzano cavi scaldanti.
Sistemi di riscaldamento ambiente - in essi i cavi scaldanti sono utilizzati come elementi di combustibile, distribuiti più o meno uniformemente nell'area della stanza. Se necessario, i cavi possono essere montati sulle pareti e sul soffitto. L'opzione migliore per l'installazione dei cavi in termini di trasferimento di calore, accumulo di calore, sicurezza e protezione è quella di installare il cavo nello spessore di un massetto di cemento, posato sotto un rivestimento decorativo per pavimenti.
La temperatura sulla superficie riscaldata è generalmente di 22-26 ° C, ma può raggiungere i 35 ° C. La potenza specifica dei sistemi di riscaldamento a pavimento varia nell'intervallo 70-150 W / m². I sistemi di archiviazione hanno una potenza fino a 200 W / m². La potenza totale del sistema può avere limiti molto ampi: da 100 watt a decine e centinaia di chilowatt.
Sistemi di sbrinamento per marciapiedi, scale aperte, rampe. Come nel caso precedente, i cavi sono posati nello spessore della base in cemento. Questi sistemi funzionano solo in un momento in cui la neve cade sulla superficie di questi oggetti o forme di ghiaccio.
La potenza specifica dei sistemi di riscaldamento per superfici aperte varia nell'intervallo 200-350 W / mq. La capacità totale del sistema varia da alcune a decine di centinaia di chilowatt.
Ciò include anche sistemi antigelo per impianti sportivi (campi da calcio, tapis roulant, ippodromi, campi da tennis), tratti pericolosi di autostrade (salita, discesa, curve strette), piste. La potenza di riscaldamento specifica di questi sistemi può raggiungere i 500 W / mq e la potenza totale - diversi megawatt.
Sistemi di sbrinamento del tetto servono a prevenire: intasamento del ghiaccio nei percorsi del flusso d'acqua, formazione di ghiaccioli e rimozione di neve e ghiaccio dalle aree pericolose. I cavi di riscaldamento sono posizionati lungo i percorsi del flusso d'acqua, nei tubi di scarico, su grondaie, cannoni ad acqua, su valli e incroci.
I cavi di riscaldamento utilizzati in questi sistemi hanno, di regola, una potenza lineare di 25 o più watt al metro. La capacità totale del sistema dipende dal design e dalle dimensioni del tetto di un particolare edificio e varia da 1-2 a diverse centinaia di kilowatt.
La temperatura sulla superficie dei sistemi antigelo in assenza di neve e ghiaccio e ad una temperatura ambiente negativa è generalmente di +5 - 7 ° C. Durante lo scioglimento di neve e ghiaccio, la temperatura superficiale è solo di una frazione di grado superiore a 0 ° C. Se la temperatura ambiente è superiore a + 5 ° С, i sistemi antigelo vengono disattivati in quanto non necessari.
Sistemi di riscaldamento per condotte e serbatoi. I sistemi di tubazioni sono lunghi e ramificati e i cavi di riscaldamento sono i più adatti per il loro riscaldamento. In pratica, di norma, esistono due tipi di sistemi di riscaldamento: prevenire il congelamento e mantenere la temperatura sul tubo sopra la norma (sopra + 20 ° C). Lo scopo principale di entrambi i tipi di sistemi è di compensare la perdita di calore dal tubo (o serbatoio) nell'ambiente.
Le sezioni di riscaldamento sono montate sulla parte superiore del tubo (serbatoio) e insieme chiuse da isolamento termico. La potenza lineare dei sistemi di riscaldamento delle tubazioni è generalmente di 10-60 W / m. La capacità totale del sistema dipende dalla lunghezza della tubazione La potenza specifica dei sistemi di riscaldamento del serbatoio è di 10-80 per 1 mq. La superficie riscaldata e il totale dipendono dalle dimensioni del serbatoio.
Lo scopo dei sistemi antigelo è prevenire la formazione di tappi di ghiaccio e la rottura delle tubazioni, quindi è sufficiente mantenere + 5 ° C sul tubo. I sistemi di mantenimento della temperatura possono variare molto in termini di temperatura richiesta sul tubo (serbatoio): +40 è sufficiente per trasportare olio e molte soluzioni acquose ° C e per bitume richiede 160-180 ° C.
Sistemi di riscaldamento per attrezzature tecnologiche differiscono in un'ampia varietà di scopi, temperature richieste, capacità specifiche e sono sviluppati sulla base di un approccio individuale.
Scopo del sistema
Temperatura ° C
Potenza specifica, W / sq.m.
Potenza totale, kW
Barriere termiche nelle camere dei frigoriferi industriali
2-5
3 - 15
0,5-5
Riscaldamento dell'antenna satellitare
2-5
200-300
2-15
Riscaldamento del bagno sgrassante
30-50
200-400
0,5-3
Linee di prodotti in calcestruzzo riscaldati
40-60
300
20-50
Premere il riscaldamento della piastra
40-150
300-1000
2-10
Cilindri riscaldati e teste di macchine per iniezione ed estrusione
120-130
10000 - 20000
Riscaldatore singolo 0,5-2
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