Какой бывает греющий кабель для труб

Введение

В настоящее время для обогрева технологических объектов нефтегазовой отрасли широкое распространение получили системы промышленного электрообогрева. В реализации и последующей эксплуатации данных систем участвуют множество специалистов различных специальностей, но в технической литературе данный вопрос освещен, мягко сказать, недостаточно.

В данной статье мы не будем пытаться охватить все типы нагревательных элементов, применяемых для построения систем электрообогрева, а остановимся на особенностях применения саморегулирующихся греющих кабелей (лент), как наиболее быстроразвивающихся и популярных в настоящее время источников тепловой энергии. Вся имеющаяся в наличии информация о саморегулируемых греющих кабелях зачастую получается специалистами проектных и эксплуатирующих организаций только от производителей данного рода кабелей, которые в один голос говорят: «Наша продукция отличного качества и практически лишена недостатков, за исключением, возможно, немного высокой стоимости по отношению к другим типам нагревательных элементов!». Попытаемся разобраться, так ли это на самом деле, и какие недостатки присущи саморегулирующимся греющим кабелям.

Учитывая важность работы систем электрообогрева промышленных объектов в общей инфраструктуре предприятия, вопрос понимания основных технических особенностей применения и эксплуатации саморегулирующихся греющих кабелей позволит ответственным специалистам эксплуатации и проектных организаций:

• Получить в результате проектирования и строительства технически обоснованную, безопасную и бесперебойно работающую систему электрообогрева.
• Снизить затраты на покупку кабельной и вспомогательной продукции.
• Снизить затраты на последующую эксплуатацию системы.
• Снизить затраты на электроэнергию в рамках программы энергосбережения объекта.

Особенности конструкции и принцип действия саморегулирующихся греющих кабелей

Важнейшим шагом в развитии систем электрообогрева стало изобретение и начало производства нагревательных кабелей на основе эффекта саморегуляции. Это изобретение было сделано в ходе изучения свойств проводящих угленаполненных пластмасс. Выделяемые мощности таких кабелей существенно ниже, чем у резистивных лент, но благодаря появлению эффективных теплоизоляционных материалов, данной мощности достаточно для решения широкого спектра вопросов обогрева технологических объектов.

На данной диаграмме схематически показаны области применения различных типов кабелей в зависимости от температуры объекта нагрева и длины кабельной линии.

В связи с тем, что основные преимущества и недостатки саморегулируемых греющих кабелей вытекают из их конструктивных особенностей, рассмотрим данный вопрос более подробно.

По схеме тепловыделения данные кабели относятся к следующему типу – саморегулирующиеся кабели (ленты) с тепловыделением в проводящей полимерной матрице или проводящих пластмассовых элементах.

Саморегулирующиеся кабели имеют, как правило, овальную форму и следующую типовую конструкцию: две параллельные токопроводящие жилы, покрытые слоем полупроводящего, наполненного углеродом полимера, так называемой матрицей. Поверх матрицы укладываются слои электрической изоляции, экранирующая оплетка и защитная оболочка.

Полупроводящую матрицу можно условно представить в виде очень большого числа сопротивлений, подключенных параллельно токопроводящим жилам. При подаче напряжения на токопроводящие жилы в полупроводящей матрице возникает ток, вызывающий выделение тепла. За счет выделения тепла материал матрицы расширяется и контактные связи между отдельными частицами углерода нарушаются. Сопротивление матрицы растет, ток уменьшается. Через некоторое время ток и температура стабилизируются. Сопротивление матрицы, приведенное к одному метру кабеля, обычно составляет несколько сот Ом.

Благодаря данным свойствам саморегулирующиеся нагревательные кабели обладают следующими уникальными свойствами:

• Могут использоваться при подключении на полное напряжение любыми длинами от минимальных (десятки сантиметров), до предельно допустимых. Данное свойство особенно ценно, когда заранее не известна длина обогреваемого трубопровода.
• Способны изменять свое тепловыделение локально. Если на обогреваемом объекте в какой-либо зоне температура повышается, то тепловыделение кабеля в этой зоне падает. Данное свойство значительно повышает безопасность системы обогрева и упрощает процесс монтажа, поскольку допускается сближение и пересечение кабелей друг с другом.

Данные положительные характеристики рекламируют практически все производители и поставщики. Попытаемся, однако, разобраться в определенных недостатках и особенностях данной продукции. Для этого рассмотрим основные технические характеристики саморегулирующихся лент, их связь между собой, влияние на надежность и на другие немаловажные характеристики проекта системы электрообогрева.

Характеристики саморегулирующегося нагревательного кабеля

Напряжение питания, Вольт

Некоторые производители просто указывают диапазон напряжения питания, к примеру: 220 – 275 Вольт, без дополнительных комментариев и таблицы коэффициентов перерасчета выделяемой мощности в зависимости от напряжения питания. Дело в том, что номинальная мощность, указанная в документации и рекламных проспектах производителей, нормируется при напряжении питания не 220, а 230 или 240 Вольт. Данное напряжение нужно уточнять у производителя.

Момент первый. Отклонения питающего напряжения должны учитываться для оценки мощности, выделяемой саморегулирующимся кабелем. Производители предлагают специальные таблицы с коэффициентами для пересчета выделяемой мощности в зависимости от отклонения напряжения питания от величины 230/240 Вольт. К примеру, для некоторых моделей кабелей данный коэффициент равен 0,9. Соответственно, при напряжении питания 220 Вольт погонная мощность данного кабеля снизится на 10%. Этот факт нужно обязательно учитывать в момент проектирования.

Момент второй. Для каждой марки саморегулирующего кабеля установлены ограничения по величине питающего напряжения. К примеру, для кабелей, рассчитанных на напряжение 230 Вольт, недопустимо питающее напряжение, превышающее 275 Вольт. Повышение питающего напряжения (например из-за ошибок монтажа иногда на нагревательную секцию подается напряжение 380 Вольт) вызывает усиленное выделение тепла в матрице и ее скорую деградацию и полное прекращение нагрева, т. е. выход кабеля из строя.

Номинальная мощность погонного метра кабеля, Вт/м при указанной температуре в градусах Цельсия

В связи с тем, что это основная техническая характеристика данного изделия, остановимся на ней наиболее подробно.

Существенная зависимость мощности тепловыделения от температуры диктует определенные правила нормирования и измерения тепловой мощности. Мощность саморегулирующейся ленты нормируется при следующих стандартных условиях – отрезок измеряемого кабеля устанавливается на металлической трубе диаметром не менее 50 мм. так, чтобы обеспечить хороший тепловой контакт. По трубе прокачивается охлаждающая жидкость с температурой 10 ± 0,5 °С. (в отдельных случаях измерения проводят при 5 °С). Труба с кабелем закрывается тепловой изоляцией толщиной не менее 20 мм. Номинальная мощность, указанная в каталогах производителей – это мощность, измеренная в стандартных условиях. Для снятия зависимости мощности от температуры необходимо задавать и поддерживать соответствующую температуру трубопровода.

Зависимость мощности от температуры снимается на подобной установке не менее, чем при трех значениях температуры трубопровода. Кривые зависимости мощности конкретных марок кабелей от температуры, приводимые в каталогах фирм-поставщиков, показывают зависимости мощности тепловыделения от температуры трубы, а не от температуры кабеля. Это весьма существенный момент, который следует учитывать при применении саморегулирующихся лент. На следующем рисунке показана подобная зависимость для кабеля марки BTV2-CT фирмы Tyco — Raychem.

При других условиях, например при плохом контакте с обогреваемым объектом, выделяемая саморегулирующимся кабелем мощность не будет соответствовать справочной кривой. Если саморегулирующийся кабель, свободно подвесить в воздухе, то за счет ухудшения условий теплоотдачи измеренная мощность будет примерно на 30% меньше нормируемой.

Вывод: Важно обеспечить должный контроль над проведением монтажных работ на объекте для обеспечения необходимого качества работ. В противном случае система электрообогрева на основе саморегулирующихся кабелях будет функционировать с падением мощности по отношению к проектной и данный факт приведет к существенному перерасходу электроэнергии.

Пусковой ток греющего кабеля, Ампер

Саморегулирующиеся кабели помимо номинальной мощности и зависимости мощности от температуры трубы характеризуются величиной удельного пускового тока в зависимости от температуры в момент включения. Это такое значение тока, приведенное к одному метру кабеля, которое имеет место в момент включения питания. Пусковой ток в основном спадает в течение первой минуты, но полная стабилизация занимает примерно 5 минут. Максимальная абсолютная величина пускового тока определяется длиной нагревательного кабеля, температурой объекта и конструкцией конкретного нагревательного кабеля.

Преимущественная область применения саморегулирующихся кабелей – обогрев трубопроводов и резервуаров, эксплуатируемых при отрицательных температурах окружающего воздуха. Как правило, запуск систем выполняется, когда и трубы и тепловая изоляция холодные. Для целей проектирования и расчета характеристик системы обогрева в момент пуска и эксплуатации требуется знать свойства саморегулируемых лент при низких температурах. Исходя из их конструкции, можно сделать вывод, что чем ниже температура, тем ниже сопротивление нагревательной матрицы кабеля и тем выше пусковой/стартовый ток.

В связи с тем, что технические характеристики автоматов защиты от короткого замыкания, перегрузок по току, защиты от утечек на землю, сечение питающих кабелей, а следовательно и их цена напрямую зависят от величины пускового тока, проектным организациям и конечным заказчикам следует обращать на данный момент пристальное внимание.

Ниже по тексту представлены результаты исследований трех марок кабелей в диапазоне от +10 до – 40 °С. Кабель 23ФСЛе2-СТ преимущественно устанавливается на трубопроводах диаметром до 100 мм. Кабель 31ФСР2-СТ находит применение при обогреве более крупных трубопроводов. Оба кабеля устойчиво работают под напряжением при температуре не более 65 °С. В отключенном состоянии способны выдерживать до 85°С. Среднетемпературный кабель 55ФСС2-СФ имеет теплостойкую матрицу, а изоляция и оболочка выполнены из фторполимеров.

Краткие характеристики исследованных кабелей приведена в следующей таблице.

Исследования зависимости характеристик от температуры были выполнены в климатической камере. При этом была обеспечена такая циркуляция воздуха в камере и остальные условия эксперимента, при которых значения мощности, измеренные в камере, были близки к результатам, полученным на стандартизованной установке. Измерения проводились при температурах: +10; +3; 0; -10; -20; -30; -40°С. Каждая марка кабеля была представлена тремя образцами. По достижении заданной температуры образец выдерживался в камере в течение 1 часа. Затем на образец подавалось номинальное напряжение. Фиксировался стартовый ток и его снижение по мере разогрева кабеля. Типовой вид таблицы измеренных значений показан ниже.

На следующем рисунке показаны графики снижения пускового тока кабеля 23ФСЛе2-СТ построенные по данным данной таблицы. С понижением температуры растет как пусковой, так и установившийся ток. Наблюдается также незначительный рост коэффициента пускового тока.

Помимо установившихся значений мощности для всех кабелей определены коэффициенты пусковых токов, знание которых поможет при проектировании систем обогрева, использующих саморегулирующиеся кабели. Средние значения пусковых и установившихся токов и значения Кпт (коэффициента пускового тока) приведены в следующей таблице.

Основные выводы по результатам данных исследований:

• Чем ниже температура, тем выше пусковой ток.
• Для некоторых типов кабеля пусковой ток может быть в шесть с лишним раз выше установившегося тока.
• С понижением температуры растет значение установившегося тока.

Из прилагаемой таблицы можно сделать вывод, что пусковой ток при -20 ° Цельсия намного превосходит рабочий ток при поддерживаемой температуре. Дело в том, что саморегулирующиеся кабели характеризуются большими коэффициентами пусковых токов. Для нормальной работы подсистемы питания должны использоваться автоматы серии С, а длина секции не должна быть больше допустимой для заданной температуры холодного пуска. Соответствующие рекомендации приводятся в технических описаниях.

Для снижения значений пусковых токов и одновременного уменьшения номиналов автоматических выключателей и сечений питающих силовых кабелей рекомендуется использовать специализированные устройства управления системой электрообогрева.

Сечение токоведущей жилы, миллиметров квадратных

От величины сечения токоведущей жилы напрямую зависит длина нагревательной секции. Применение кабеля с большим сечением токоведущей жилы позволит увеличить длину нагревательной секции, сократить количество нагревательных секций для обогрева трубопроводов значительной длины и, соответственно, сократить количество вспомогательных электроустановочных изделий (соединительных коробок, питающих кабелей и. т.), т. о. сэкономить на материалах и монтажных работах.

Максимальная рабочая температура, градусов Цельсия

Не нужно путать данную температуру с температурой нагрева кабеля в процессе соморегуляции. Дело в том, что саморегулирующий кабель:

• Во-первых, нагревается неравномерно по всей длине в зависимости от неравномерности передачи тепловой энергии обогреваемой поверхности;
• Во-вторых, распределение температуры в самой полупроводящей матрице происходит весьма неравномерно. Диаграмма данного процесса представлена на следующем рисунке.

Соответственно, максимальная рабочая температура саморегулирующего кабеля – это максимально возможная температура именно технологического процесса, а иначе обогреваемой поверхности, превышение которой потребитель не должен допускать в процессе эксплуатации. Если, к примеру, максимальная рабочая температура кабеля составляет 200 °C, то конструкция подсистемы управления обогревом должна исключить превышение указанной температуры обогреваемой поверхности, когда кабель находится во включенном состоянии. В выключенном состоянии кабель может подвергаться кратковременному воздействию температуры 250 °C. Однако это воздействие в сумме не должно превышать 1 000 часов.

Превышение указанных значений приведет к быстрой деградации полупроводящей матрицы и частичному (иногда и полному) снижению тепловыделяющей способности кабеля, соответственно неэффективной работе всей системы электрообогрева и перерасходу электроэнергии.

Минимальная температура окружающей среды, градусов Цельсия

Минимальная температура окружающей среды – это минимальная температура, при которой еще допускается эксплуатация изделия. Рассматривая данную техническую характеристику саморегулирующего кабеля можно заметить весьма любопытный момент. В технической документации, а порою и в сертификатах соответствия, данная температура производителями не указывается. Либо указывается -40 °C, что для проектов, расположенных в Сибири и районах крайнего севера совершенно не достаточно. У небольшого числа производителей минимальная температура окружающей среды составляет требуемую -55/-60 °C, но таблицы расчета максимальной длины обогреваемого контура составлены на минимальную температуру -40 °C. На этот момент следует обратить особое внимание при выборе производителя, модели саморегулирующегося греющего кабеля и подсистемы управления.

Окно мощности – отклонение выделяемой мощности от номинального значения, выраженное в %

Саморегулирующиеся кабели производятся с некоторым отклонением по мощности от номинального значения. Данный разброс может составлять до +/-30% от номинального значения. По понятным причинам многие производители не указывают данную техническую характеристику в своей документации. Для потребителя применение кабеля с широким окном мощности будет означать либо перерасход греющего кабеля на стадии проектирования, либо перерасход электроэнергии на стадии эксплуатации системы электрообогрева.

Как правильно смонтировать систему обогрева?

Практикуется два способа монтажа греющего кабеля – внутренний и наружный. В первом кабель заводится внутрь трубопровода, во втором наматывается на трубу или крепится вдоль всей её протяжённости.

Обратите внимание! Для внутренней прокладки подойдёт кабель любой формы сечения. Для наружного монтажа лучше предпочесть ленточный (сплюснутый) формат изделия, обеспечивающий лучший контакт с поверхностью трубы.

Помимо определения способа прокладки и формы сечения, не менее важно правильно подобрать мощность изделия. В свободной продаже доступен саморегулирующийся кабель с показателями мощности от 10 до 60 Вт/погонный метр.

Рекомендуем ознакомиться: Как выбрать латунный шаровой кран водоразборный

Для небольших бытовых проектов при выборе можно ориентироваться на такие правила:

• Для внутренней прокладки чаще всего окажется достаточно кабеля с мощностью 10 Вт/м.
• Для трубопроводов диаметром то ½ до ¾ дюйма подойдёт саморегулирующийся кабель на 17 Вт/м.
• ¾ — 1 ½ дюйма – 27 Вт/м.
• Свыше 100 мм – 31 и более Вт/м.

Наружный монтаж

Самый распространённый вариант расположения саморегулирующегося кабеля при таком варианте монтажа – в одну линию вдоль нижней части трубопровода. Во-первых, такое расположение практически исключает вероятность механических повреждений кабеля (при падении тяжёлых предметов сверху, к примеру).

Вторая причина заключается в том, что жидкие среды внутри трубопровода скапливаются преимущественно в нижней части, поэтому именно она нуждается в прогреве в первую очередь. Если мощности одного кабеля будет явно недостаточно, можно поступить несколькими способами:

• Уложить вокруг трубопровода спиралью.
• Приобрести кабель большей мощности.
• Уложить вдоль трубопровода несколько ниток кабеля.

Способ фиксации кабеля во многом зависит от материала, из которого изготовлены трубы. Для пластика наилучшим вариантом станет закрепление при помощи алюминиевого скотча. Скотч оборачивается вокруг трубопровода через равные расстояния, исключающие провисание греющего кабеля. После этого кабель дополнительно проклеивается таким же скотчем вдоль всей длины трубопровода.

На металлическом трубопроводе кабель фиксируется кольцевым методом с применением термостойкой липкой ленты или пластикового бандажа.

Обратите внимание! На поворотах трубопровода саморегулирующийся греющий кабель правильно располагать ближе к внешнему радиусу изгиба.

Массивные узлы трубопроводной системы (краны, фитинги, фланцы и т.п.) требуют усиленного прогрева, поэтому он здесь укладывается по особой схеме. Термодатчик, напротив, следует устанавливать в самом холодном месте системы.

Внутренний монтаж

Для прокладки внутри трубопровода подойдёт специальный саморегулирующийся кабель с усиленной изоляцией. В месте входа кабеля монтируется тройник, в один из концов которого устанавливается втулка уплотнения. Здесь стоит помнить, что сборные элементы узла должны быть нанизаны на кабель до момента соединения с холодным проводом.

Рекомендуем ознакомиться: Особенности сшитого полиэтилена для производства труб и сфера их применения

После этого саморегулирующийся кабель аккуратно вводится внутрь трубопровода на необходимую длину, а сальниковый узел собирается и обжимается для обеспечения герметичности места ввода.

Это важно! Категорически запрещается проводить кабель через элементы запорной арматуры (вентили, задвижки, краны и т.п.).

Таким способом можно обеспечивать прогрев только прямых участков трубопровода, либо отрезков с минимальным числом изгибов. Среди прочих недостатков внутреннего монтажа можно отметить сужение рабочего пространства трубопровода и сложность его механической прочистки в случае необходимости.

Влияние условий эксплуатации на стабильность саморегулирующихся кабелей

Герметизация кабеля в процессе монтажа

Как показали испытания, саморегулирующая матрица чувствительна к наличию влаги и к циклам «нагрев-охлаждение». При этих испытаниях образец кабеля 23ФСЛе2-СТ длиной 3 метра с одним не заделанным концом погружался в воду, а затем замораживался в камере холода до температуры -5 °C. Потеря мощности после каждого цикла замораживания составила 10%. Данный эксперимент показал насколько важно обеспечить надежную герметизацию концов саморегулирующей секции.

Влияние теплопроводности обогреваемых объектов на срок эксплуатации

Результаты исследований показывают, что низкая теплопроводность пластикового трубопровода при обогреве саморегулирующимися кабелями весьма значительно влияет на тепловой режим нагревательного кабеля и самого трубопровода. При постоянной прокачке воды с температурой 8 °С, температура матрицы нагревательного кабеля, установленного на пластиковом трубопроводе, на 12,6 °С. превышает температуру матрицы такого же кабеля, обогревающего стальной трубопровод.

В случае остановки потока воды кабель, установленный на стальном трубопроводе, надежно обеспечивает поддержание требуемой температуры. Температура матрицы несколько повышается за счет ухудшившейся теплоотдачи, при этом наличие жидкости в трубопроводе или ее отсутствие практически не ощущается. Проведенные исследования показывают, что при построении систем обогрева пластиковых трубопроводов особое внимание следует уделить технологическому циклу функционирования трубопроводов. Если ожидаются длительные остановки прокачки жидкости, то необходимо провести расчет возможной потери мощности саморегулирующегося кабеля и принять меры, обеспечивающие улучшение теплопередачи от кабеля к трубе, например, за счет использования обмотки металлической фольгой и применения теплопроводящих паст, а возможно, предусмотреть установку более мощного кабеля. В период остановки прокачки жидкости по пластиковому трубопроводу должен быть усилен контроль за температурным режимом. Данные мероприятия следует проводить для снижения температуры рабочей матрицы кабеля и ее преждевременной деградации.

Что означает деградация греющей матрицы кабеля? Деградация означает снижение тепловыделяющей способности (падение мощности) греющего кабеля. Кабель с дефектами греющей матрицы может частично (или полностью) терять тепловыделяющие свойства на некоторых участках кабеля, т.е некоторые участки кабеля будут выделять тепло (нагреваться), а некоторые нет. В таком случае система обогрева будет работать с падением проектной мощности, что может привести, в худшем случае, либо к перемерзанию обогреваемого оборудования, либо к существенному перерасходу электроэнергии.

Надежность греющих кабелей

В основном, на вопрос о надежности продавцы и производители заявляют следующее:

• Наша продукция производится на самом современном оборудовании, при строгом контроле качества.
• Некоторые из наших кабелей эксплуатируются без замечаний десятки лет на тех-то и тех-то объектах.

Достаточно ли для потребителя данной информации?

Рассмотрим более подробно вопросы обеспечения надежности кабельных нагревательных элементов. Надежность кабелей определяется их способностью выполнять свои функции в заданных условиях в течение заданного времени. Основная задача конкретного кабельного изделия определяется его назначением и конструкцией. Нагревательные кабели предназначены для выделения теплового потока заданной удельной мощности. Потеря работоспособности у лент наступает при каких-либо отказах. Типичными видами отказов нагревательных кабелей являются: обрыв токопроводящих элементов, нарушение целостности изоляции и защитных покровов, возрастание сопротивления проводников выше предельно допустимых норм, деградация греющий полупроводящей матрицы и соответствующее снижение тепловыделяющей способности.

Принимая во внимание, что снижение тепловыделяющей способности — это основополагающий дефект нагревательного кабеля, влияющий на работу системы электрообогрева, рассмотрим следующий показатель надежности нагревательных лент — минимальная наработка.

Минимальная наработка

В приложении к кабелям это понятие подразумевает период времени, в течение которого в кабельном изделии не должно быть отказов. При этом вероятность случайных отказов крайне мала и они вызваны конструкторско-технологическими недоработками или нарушениями условий эксплуатации. Показатель минимальной наработки рекомендуется устанавливать в виде одного из значений стандартизованного ряда: минимально 500 часов и максимально более 150 000 часов. Допускается устанавливать наработку в виде числа циклов — например, циклов включения – выключения.

Для саморегулирующегося кабеля число циклов включения – выключения весьма важный фактор, определяющий старение полупроводящей греющий матрицы.

При разработке новых кабельных изделий для оценки их надежности принято проводить прямые испытания на надежность с целью подтверждения минимальной наработки длительностью 1000 часов. Отобранные для испытаний образцы подвергают воздействию повторяющихся испытательных циклов. Последовательность воздействий в каждом испытательном цикле и количество циклов должны быть определены в программе испытаний. Количество испытываемых образцов, необходимое для подтверждения вероятности безотказной работы изделия на уровне 0,9 при достоверности 0,9 составляет 22 образца. При такой постановке испытаний предполагаемое число отказов (так называемое приемочное число) должно быть равно нулю. При допущении одного отказа требуется выборку увеличить до 37 образцов. Испытания для получения большей вероятности безотказной работы требуют значительного увеличения числа образцов, а следовательно больших затрат. Подтверждение наработки большей, чем 1000 часов, существенно увеличивает трудоемкость испытаний.

Для подтверждения наработки 1000 часов рекомендуется запрашивать у производителя нагревательных кабелей результаты проведения испытаний для подтверждения указанного выше показателя надежности.

Обманчивая иллюзия абсолютной надежности кабельных изделий снижает внимание потребителей к таким вопросам как облегчение режимов работы и постоянный мониторинг основных параметров в процессе ведения технологического процесса. Основная доля отказов кабельных изделий возникает при эксплуатации изделий в недопустимых режимах, из-за недопустимых воздействий, имевших место при монтаже, либо при наличии производственных дефектов. Технологическая надежность, определяемая однородностью характеристик изделия и стабильностью технологических процессов, не учитывает динамики изменения характеристик нагревательных элементов и других составляющих систем обогрева с течением времени. При достаточно интенсивном нагреве лент и одновременном воздействии внешней среды (температура, влага, вибрации и удары и др.) происходит старение полимерных покрытий, окисляются проводники. Периодически следующие циклы нагрева и охлаждения в процессе эксплуатации могут вызывать нежелательные механические напряжения и деградацию нагревательной матрицы.

Почему не греет греющий кабель?

Существуют разные причины того, что такая система выходит из строя. Сначала проверяют терморегулятор и смотрят, насколько он работоспособен. Если с этой частью конструкции всё в порядке, переходят к изучению самого кабеля.

Нарушение целостности

Повреждение во время строительно-монтажных работ часто происходит, если рядом разбросано что-то из основных приспособлений:

1. Крепёжная фурнитура.
2. Строительные материалы.
3. Инструменты, чтобы исправить саморегулирующийся элемент.

Хождение по кабелю в обуви с твёрдой подошвой тоже способно повредить конструкцию.

Чаще всего такие повреждения становятся особенно заметными во время дальнейшей укладки системы и её тестирования, когда утепление завершено. То есть, о проблеме узнают обычно уже после того, как для пола использовали какой-либо отделочный материал.

Часто повреждения появляются из-за сверления поверхности, когда требуется решить одну из следующих проблем:

• Установить порожки.
• Смонтировать сантехнические приборы.
• Установка дверных стопоров.

Для исправления проблемы нужно использовать специальный прибор, который называется мегаомметром. Он измеряет сопротивление изоляционного кабеля. Свой показатель мастер записывает отдельно.

Маленькие расстояния между кабелями, небольшой радиус изгиба

В этом случае часто встречается так называемый локальный перегрев из-за того, что соседние витки находятся слишком близко друг к другу. Поэтому так важно точно соблюдать расстояния, о которых говорится в исходной документации. Чтобы избежать сдвига витков, достаточно зафиксировать компоненты с помощью монтажной пены. Это надо делать, когда укладывают напольное покрытие.

Проблемы возникают из-за радиуса изгиба – он тоже может быть слишком маленьким или большим. Перед укладкой рекомендуют заранее нарисовать схему, где изображены основные компоненты. Главное – учитывать технические требования со стороны производителя.

Уменьшилась длина нагревательного провода

Иногда проблемы связаны с тем, что после укладки обрезали излишки. Многие мастера так делают, а потом изолируют края только обычной лентой. Результат – уменьшение расчётного сопротивления проводника, излишний нагрев его части. Кабель работает в повреждённом состоянии.

Сами греющие жилы тоже часто используются неправильно, что приводит к нарушению существующих инструкций. Особенно – когда сами жилы подключаются к термостату, это строго запрещено. При повреждении изделий устранение дефектов стоит доверить только опытным мастерам.

Ошибки при расстановке мебели

Часть дефектов связано с мебелью, которая стоит на полу – с ножками или без них. Под шкафами и тумбами прокладывать кабели не рекомендуется.

Лучше заранее продумать не только сам монтаж, но и то, как будут расставляться предметы мебели. Иначе велика вероятность, что будут повреждены шланг, шнур.

Кабель пересекается с другими предметами, обладающими разной проводимостью

Пример – монтаж в помещении, где применяют комбинированную разновидность полов. Но чаще всего сталкиваются с другой ошибкой.

Кабель прокладывают под трубкой, где расположен температурный сенсор, регулирующий работу всей системы. В таких местах повреждения появляются достаточно часто.

Сломанные элементы соединения

В данном случае рекомендуют начать с соединительных муфт, которые отвечают за подключение к «холодному» концу.

Во время эксплуатации они окисляются из-за особенностей своего строения. Особенно, когда монтаж проводят на территории, подвергающейся температурным колебаниям, воздействию воды в больших количествах.

Прокладка при низких температурах

Такое часто случается, если систему монтируют:

1. На балконах.
2. На крышах.
3. С ливневыми системами.

Производители в своих инструкциях чётко указывают, что при монтаже температура окружающей среды должна сохраняться в пределах 50 градусов выше нуля. При нарушении указанного правила пластмассовые оболочки теряют герметичность и первоначальную прочность.

При установке произошло погружение в теплоизоляционный слой

Некоторые мастера просто вдавливают кабели в пол, чтобы избежать возможных сдвигов. Поэтому нарушается схема теплообмена, изначально продуманная производителями.

К стальной армирующей стяжке провод принято подводить при помощи хомутов-стяжек. Когда необходимо, их приподнимают другими теплоизоляторами либо специальными подставками над экструдированным пенополистиролом.

Неоднородные строительные растворы

После укладки плитки или заливки не допускается включать кабель сразу после того, как работа завершилась.

При таком нагреве внутри изделий могут появляться пузырьки, в свою очередь, способствующие образованию пустот внутри клея или бетона. Из-за таких дефектов спустя некоторое время портится и кабель.

Важно соблюсти указанный изначально срок полного высыхания:

• До 10 дней в случае с кладочными смесями и бетонными полами.
• До 28 дней, когда речь идёт о стяжке.

За густотой смеси следят отдельно, чтобы труба и окружающие изделия не портились.

Брак в нагревательных смесях

Поставщики в этом случае должны возместить не только стоимость самого материала, но и расходы на замену. Браки встречаются редко, но иногда поставки связаны и с ними. Тогда нагреватель и заменяется.

Системы управления греющим кабелем

Практически все системы электрообогрева, кроме самых примитивных, оснащаются набором датчиков температуры, тока, напряжения, управляющими приборами и системами сбора информации. Назначение подсистем управления (далее по тексту системы управления) – не только поддерживать заданный алгоритм работы системы, но и предоставлять обслуживающему персоналу информацию о ее функционировании.

Рассматривая имеющиеся в настоящее время системы управления электрообогревом, можно прийти к парадоксальному выводу: предприятия-заказчики используют в качестве систем управления технологическим процессом самые современные системы от ведущих производителей, а в качестве систем управления электрообогревом используются самые примитивные системы на основе простейших капиллярных термостатов. Однако, в случае взрывозащищенного исполнения, капиллярные термостаты предлагаются производителями за весьма существенные деньги.

Системы управления электрообогревом с применением капиллярных термостатов

Рассмотрим типичную схему управления цепью нагрева на основе саморегулирующегося греющего кабеля с применением капиллярного термостата.

Элементы структурной схемы:

1. Линия электропитания.
2. Автоматический выключатель (защита от перегрузок по току и тока короткого замыкания).
3. Устройство защитного отключения/устройство дифференциального тока (УЗО).
4. Термостат.
5. Чувствительный элемент термостата/датчик температуры.
6. Кабель питания нагревательной секции.
7. Соединительная коробка.
8. Нагревательный кабель.
9. Обогреваемый трубопровод.

Недостатки системы управления с применением капиллярных термостатов:

• Необходимость установки дополнительных дорогостоящих устройств УЗО.
• Отсутствие мониторинга и выявления тенденций роста величины тока утечки на землю в процессе эксплуатации. Факт выхода из строя нагревательного кабеля в зимний период существенно усложнит проведение ремонтных работ и вызовет сбои в работе технологического оборудования.
• Отсутствие контроля перегрева обогреваемой технологической поверхности в процессе ведения технологического процесса при котором температура может превысить максимальное значение для данного типа саморегулирующегося нагревательного кабеля, что приведет к преждевременному выходу кабеля из строя.
• Отсутствие контроля недогрева обогреваемой поверхности в процессе ведения технологического процесса при котором температура может снизиться ниже допустимого значения для данного технологического процесса. Не нужно путать данную температуру с температурой включения нагревательного элемента.
• Отсутствие контроля минимального значения тока потребления нагревательной секции.
• Отсутствие контроля максимального значения тока потребления нагревательной секции.
• Отсутствие функции ограничения пускового тока, т.е. ступенчатой подачи питающего напряжения на обогревательный кабель, находящийся при низкой температуре для ограничения величины пускового тока.
• Отсутствие функции мониторинга основных параметров работы нагревательного кабеля в период летнего отключения системы электрообогрева.
• Отсутствие функции мониторинга затрат электроэнергии на работу системы электрообогрева для определения эффективности ее работы в рамках программы энергосбережения предприятия.

Вывод:

Системы управления электрообогревом на основе саморегулирующегося греющего кабеля с применением капиллярных термостатов могут применяться на неответственных участках с небольшим количеством нагревательных секций и малопригодны для контроля и мониторинга электрообогрева основных технологических объектов нефтегазовой отрасли.

Учитывая вышеизложенную информацию об особенностях конструкции и эксплуатации саморегулируемых греющих кабелей, можно сделать ввод о необходимости применения в качестве систем управления электрообогревом специализированных систем. Поскольку затраты на устранение неполадок, ремонт и замену нагревательных секций, издержки от простоя увеличиваются с размером промышленного объекта, вышеуказанные системы могут быть рекомендованы к применению в процессе нового строительства или могут быть добавлены в течении последующей эксплуатации.

Системы управления электрообогревом с применением специализированных контроллеров

Элементы структурной схемы:

1. Линия электропитания.
2. Автоматический выключатель (защита от перегрузок по току и тока короткого замыкания).
3. Контроллер, рассчитанный для управления 10-ю цепями нагрева.
4. Датчики температуры.
5. Кабель питания нагревательной секции.
6. Соединительная коробка.
7. Нагревательная лента.
8. Обогреваемый трубопровод.
9. Интерфейсный модуль.
10. Распределенная система управления технологическим процессом (РСУ).
11. Автоматизированное рабочее место (АРМ).

Читать продолжение статьи

Особенности саморегулирующейся электрической ленты

Эта разновидность греющего кабеля позволяет сделать процесс обогрева трубопровода максимально эффективным и малозатратным.

В сравнении с иными видами, саморегулирующийся имеет целый ряд важных преимуществ. Такое решение считается очень экономичным, поскольку электричество потребляется не постоянно, а лишь по мере необходимости. При перехлесте участков кабеля, место контакта попросту будет меньше греться, без малейшего ущерба для работоспособности системы. Резистивный кабель в подобном случае с большой долей вероятности перегорит.

И ещё одно важное отличие:

• Резистивный кабель продаётся только готовыми бухтами фиксированной протяжённости. Его концевая втулка может быть правильно смонтирована только в заводских условиях, поэтому обрезать его нельзя. Этот факт может доставить массу неудобств, особенно при внутренней прокладке.
• Кабель саморегулирующийся можно обрезать без ущерба для его работоспособности. На изделиях большинства производителей предусмотрены метки на местах реза. Шаг разметки, как правило, составляет 20 или 50 см.

Рекомендуем ознакомиться: Плинтус для труб системы отопления: как выбрать и установить

Единственный недостаток саморегулирующегося кабеля – достаточно высокая стоимость. К счастью, развитие технологии производства позволило в последние годы сделать его гораздо более доступным для потребителей.