Какой автомат поставить на греющий кабель

Автоматика управления электрообогревом труб

Электрообогрев труб необходим для нормального функционирования и передачи исходного продукта по трубам при неблагоприятных условиях и иных погодных условиях, при которых исходный продукт может кристаллизоваться и прекратить свое движение. Обычно с такой проблемой можно столкнуться, когда трубы залегают на малой глубине под землей (в участках промерзания земли) или расположены на воздухе. Для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, часто прибегают к использованию утеплителей, которым обворачивают трубопроводы, однако возникают случаи, при которых его использования бывает недостаточно, именно в таких случаях используется элктрообогрев с помощью греющих кабелей.

Так же, бывают случаи, при которых необходимо поддерживать определенную температуру трубопровода, выше окружающей среды.

При проектировании электрообогрева той или иной системы электрообогрева трубопровода, необходимо правильно выбрать тип, мощность и количество греющего кабеля. В рамках данной статьи будут рассматриваться только саморегулирующиеся кабели.

Типы кабелей, которые применяют для обогрева трубопровода:

1. не взрывозащищенные и взрывозащищенные с классом температур от Т1-Т6 (85-450 градусов);
2. с покрытием из фтор полимера (не реагирующий материал для кислотных и агрессивных сред) и с полиолефиновой оболочкой;
3. с применением экранирующего слоя (повышает стойкость к механическим нагрузкам) и без него.

Мощность и количество греющего кабеля, определяется из теплотехнического расчета.

Рассчитать тепловые потери трубопровода можно по следующей формуле:

Q = (2 * π * h * λ * k * (T_н — T_нар) / In((d + 2m) / d)

π — математическая постоянная (3.14);
h — длина трубы, м;
T_н — необходимая температура жидкости в трубе, ℃;
T_нар — температура окружающей среды, ℃;
m — толщина теплоизоляции, м;
d — диаметрт трубопровода, м;
k — коэффициент запаса мощности кабеля;
λ — коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м ℃;

Мощность кабеля необходимо выбирать таким образом, чтобы его мощность перекрывала полученные тепловые потери.

Имеется трубопровод 10м с наружным диаметром 110 мм, требуемая температура трубы 10℃. Температура окружающей среды -35℃. Слой теплоизоляции – минеральная вата 50 мм. коэффициент теплоизоляции 0.038 Вт/м℃. Коэффициент запаса 1.2. Включение системы обогрева происходит при 5℃.

Подставив все значения, получаем тепловые потери в размере 155.01 Вт (15.50 Вт/м).

Таким образом, правильным выбором будет являться выбор кабеля, который сможет выдавать мощность свыше 13.29 (Вт/м), например, Samreg 16 — 2CR, который обладает удельной мощностью 16 Вт/м.

Частые ошибки, связанные с выбором кабеля

При необходимости поддерживать большую температуру (выше 10℃) стоит учитывать изменения параметров греющего кабеля согласно графику (1). Таким образом, при необходимости поддерживать температуру 50 ℃, кабель Samreg 16 — 2CR будет обладать удельной мощностью 10 Вт/м.

Не учитывается температура пропарки (если она есть). Подбирается кабель, который способен поддерживать необходимую температуру, однако не способен выдерживать температуру пропарки. После чего происходит разрушение оболочки кабеля, в последствии нарушение работы греющего кабеля и его неисправность.

Не учитывается дополнительное количество греющего кабеля для задвижек, фланцев и опор трубопровода, что ведет к недостатку общей длинны кабеля.

Именно поэтому всегда лучше обратится к инженеру специализирующимся на электрическом обогреве и заранее учесть все тонкости в индивидуальном порядке именно для вашего случая.

После выбора саморегулирующегося кабеля, необходимо определить:

• Каким образом его включать в сеть?
• Применять ли автоматическое управление?
• Достаточно готового терморегулятора?
• Необходимо проектирование полноценного шкафа управления?

Для этого нужно понять, каким максимальным током обладает ваша будущая система.

Максимальный ток – это всегда пусковой ток. Как правило пусковые токи (и пусковая мощность) для греющего кабеля в 2.5 – 3 раза больше номинальных. Это связано с внутренним сопротивлением провода. По мере нагревания провода, внутреннее сопротивление увеличивается. Исходя из закона ома (2) видно, что чем меньше сопротивление, тем больше ток и наоборот.

Такое свойство электрических приборов при включении называется переходным процессом, они всегда возникают при включении. Для каждого электрического прибора и устройства переходный процесс индивидуален и пусковые токи могут достигать величины в 10-14 раз выше номинальных.

Греющие саморегулирующиеся кабели обладают апериодическим переходным процессом, который длится от 7 до 15 мин (3).

Пусковые токи дают понимание о том, каким образом необходимо включать кабель в сеть.

Для примера выше, был выбран кабель Samreg 16 — 2CR с удельной мощностью 16 Вт/м. Для полного обогрева 10м. трубопровода, необходимо 10м кабеля.

Мощность, потребляемая кабелем будет: 16 Вт/м * 10 м = 160 Вт.

Тогда максимальная мощность (при включении) будет: 160 * 3 = 480 Вт. Это означает, что в начальный момент, кабель будет потреблять 480 Вт и по мере прогрева кабеля (завершения переходного процесса) мощность будет падать до отметки в 160 Вт.

Из формулы (4). Мы можем найти максимальный ток провода.

P = I * U; I = P / U

Напряжение сети принимаем 220 В. Тогда максимальный ток: I = 480 Вт / 220 В = 2.18 А. В домах, квартирах и жилых помещениях как правило, на розетки установлены автоматические выключатели на 16 А. Поэтому 10 метров такого кабеля можно подключать к обычной розетке не боясь перегрузок.

Таким образом можно осуществить не автоматический обогрев трубопровода. Т.е. включение и выключение зависит только от пользователя. Вариант исполнения такого обогрева представлен ниже.

В случае необходимости обеспечения автоматического регулирования в подобных случаях, можно прибегнуть к терморегуляторам. Например, терморегулятор IceFree TR-16 который может осуществить управление по одному каналу (одной трубы) в пределах от +1 до +125 ℃. Максимальное подключение – 3 провода. Схема его подключения и электрическая схема подключения представлены ниже.

Таким образом можно осуществить автоматическое управление обогрева маломощной секции не превышающую стартовые токи в 16А.

Однако такое решение может подходить не всем, стоит отметить, что минимальная температура работы терморегулятора достигает -40 ℃, так же регулятор нельзя использовать при взрывоопасных условиях. Так же нет возможности управления сразу несколькими каналами, а приобретение еще одного терморегулятора для нового канала управления может оказаться экономически и энергетически не выгодным.

В каких случаях необходимо использование шкафа управления?

Применение специального шкафа управления всегда рассматривается и рассчитывается индивидуально для каждого случая. Его использование гарантирует полное решение и удовлетворения требований по электрическому обогреву. В зависимости от мощности потребляемой кабелем, количества секций и количества каналов управления производится расчет и проектирование ШУ.

Основные элементы автоматического управления ШУ

Везде подобное обозначение на схеме:

1. Вводной автомат;
2. Дифференциальный автомат или УЗО;
3. Контакторы;
4. Промежуточное реле;
5. Терморегулятор.

Водные автоматы

Вводной автомат (5) – это устройство, позволяющее в автоматическом режиме производить отключение сети в случае перегрузки и короткого замыкания. Модельный ряд вводных автоматов включает модели от 1 до 4х фазных включений.

Вводной автомат состоит из 2х элементов:

• биметалическая пластина;
• электромагнитный расцепитель.

Электромагнитный расцепитель, реагирует на короткое замыкание в сети, и в случае его наличия моментально размыкает цепь.

Биметалическая пластина реагирует на изменение тока, в случае прохождения тока, превышающего максимально допустимый ток автомата, через некоторое время пластина начнет выгибаться, после чего произойдет размыкание цепи.

Что бы понять за какое время произойдет размыкание, и сколько времени вводной автомат может выдерживать сверх тока нужно обратить внимание на букву, которая изображена возле рычага управления (А, B, C, D). Это – его характеристика (6) в бытовых электрощитах, как и в ШУ чаще всего используют вводные автоматы с характеристикой «С». На графике слева – шкала времени в секундах, снизу шкала отношения количества сверх тока к максимальному (т.е. во сколько раз протекающий по автомату ток больше чем максимально допустимый).

Как видно из графика, в случае превышения значения максимального тока в 2 раза автоматический выключатель должен произвести размыкание через 40-250 с.

Дифференциальные автоматы или УЗО

Данные типы приборов предназначены для размыкания цепи при появлении утечки тока. Утечка может произойти в случае, когда ток уходит в землю на прямую, через неисправный электрический прибор, или человека, который по ошибке стал проводником цепи.

Прибор постоянно фиксирует разность токов между нейтральным проводом и фазой, в случае достижения тока утечки в размере 30 мА, происходит размыкание цепи. Существуют и иные номиналы, но чаще всего используют данное значение, поскольку при частоте в 50 Гц (стандартная частота сети в России и большинстве стран) смертельный ток (фибрилляционный) составляет 80-100 мА.

УЗО необходимо выбирать на ступень (чаще всего) выше вводного автомата. Это устройство не способно выдерживать нагрузки выше указанных и в случае перегрузки сети даже на короткий срок, УЗО выйдет из строя.

Поэтому в шкафах управления используют дифференциальные автоматы. Их отличие заключается в том, что они объединяют в себе функцию автоматического выключателя (о котором мы упомянули ранее) и УЗО. И в случае перегрузки сети не выйдут из строя. В ШУ диф. автоматы в случае неисправности одной из линий позволяют продолжать работать остальным и сигнализировать об отключении (аварии) на одной из линии.

Контакторы

Контактор – это механический коммутационный аппарат, который обладает единственным положением покоя. Данные устройства предназначены для замыкания и размыкания электрической цепи удаленно даже в случаях перегрузки. В ШУ используются модульные контакторы (КМ). Контакторы имеют категории применения АС1 и АС3. К категории АС1 (АС7А) относятся все неиндуктивные или слабо индуктивные нагрузки (лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные лампы). К остальным типам нагрузки применим тип АС3. В паспорте прибора, и на самом приборе часто производитель указывает, какая максимальная мощность допустима на 1 фазу контактора. Конструктивно, контактор представляет из себя катушку с подвижным и неподвижным сердечниками. При подаче управляющего напряжения на катушку, подвижный контакт притягивается к неподвижному. Поскольку контакты основной линии прикреплены к подвижному сердечнику, то в момент притяжения сердечников, происходит замыкание основных контактов.

Промежуточное реле

Промежуточное реле — это еще одно коммутационное устройство в ШУ. Но в отличии от контакторов, промежуточное реле служит для замыкания и размыкания управляющей сети. Поэтому промежуточное реле не рассчитано на высокую мощность и не способны замыкать и размыкать силовые линии. (Силовыми линиями, проводами, называют часть электрической схемы, по которой на прямую подается питание на потребителя). В прочим их устройство схоже с устройством контакторов и работает по аналогичному принципу.

1 — пружина: 2 — магнитопровод: 3 — включающая катушка; 4 — выводы катушки; 5 — якорь; 6 — упорный винт; 7 — регулировочная шпилька; 8 — неподвижный контакт; 9 — подвижный контакт; 10 — крышка; 11 – толкатель.

Терморегулятор

Терморегулятор – устройство, которое отслеживает температуру по средствам датчика температуры (ДТ), впоследствии производя включение и выключение нагревательных линий. Устройство необходимо для поддержания определенной температуры, и экономии электроэнергии. В случае его отсутствия, нагревательный кабель используется только в ручном режиме и производит нагрев до максимальной рабочей температуры которая указана в паспорте производителя.

Например, имеется водосточная труба, в которой необходимо поддерживать температуру 5℃. Используется саморегулирующийся кабель Samreg 40-2CR. Терморегулятор позволяет устранить перерасход электроэнергии и в пределах погрешности поддерживать заданную температуру. Без его использования, саморегулирующийся кабель будет производить неконтролируемый нагрев до 65℃. Что ведет многократному перерасходу электроэнергии и не выполнению требований.

Логика построения схемы автоматического управления обогревом

Схемы автоматического управления могут быть рассчитаны и спроектированы на 1, 2 и 3 фазы питания.

Когда и при каких условиях необходимо применение той или иной схемы?

В случае электрообогрева трубопровода или емкости, часто случается так, что необходимое количество греющего кабеля, превышает максимально допустимый размер одной секции. Это связано с его конструктивными и физическими особенностями. Поэтому необходимо разделять кабель на несколько секций.

После разделения кабеля, на несколько частей, экономически и энергетически выгоднее становится разделить нагрузку между фазами. Так же в большинстве случаев нагрузку на фазы стремятся сделать по возможности одинаковой, т.е. длинна греющей ленты на каждой секции должна быть примерно одинаковой (при условии, если используется один и тот же кабель с одинаковой мощностью). В случае использования кабелей разной мощности, необходимо опираться на показатели номинальной мощности каждой секции. По необходимости либо уменьшать, либо увеличивать показатели мощности (увеличивать уменьшать количество кабеля) на отдельной линии. Тем самым, приравнивая нагрузки на фазах.

Имеется труба (или несколько соединенных труб) суммарной длинной 55 см. Был выбран кабель Samreg 40-2CR.

Необходимая температура трубы 10℃.

Максимальная допустимая длина кабеля составляет 55м.

В случае построения однофазной схемы управления, рабочая мощность кабеля будет:

Р_раб = 55 м * 40 Вт/м = 2200 Вт

Далее необходимо понять какой вводной автоматический выключатель в данной ситуации необходим. Расчёт производится по максимальной мощности потребителей электроэнергии. Номинал вводного устройства выбирают, рассчитывая мощность (или ток) всех потребителей при одновременном включении в сеть. Поскольку стартовая мощность в 3 раза больше рабочей (номинальной), то в данном случае:

Р_{старт (мах)} = 3 * 2200 Вт = 6600 Вт

Тогда стартовый ток: I_{старт (мах)} = 6600 Вт / 220 В = 30 А

Таким образом, становится понято, что в данной схеме необходим однополюсный автоматический выключатель (С32) (выбор автомата, чаще всего, необходимо выбирать в большую сторону).

При применении двухфазной схемы, кабель разделится на 2 равные части. По 27.5 метров, монтаж кабеля будет производится не от начала и до конца трубы, а с середины и до краев.

Р_раб = 27.5 м * 2 шт * 40 Вт/м = 2200 Вт

Р_{старт (мах)} = 3 * 2200 Вт = 6600 Вт

I_{старт (мах)} = 6600 Вт / (2 * 220 В) = 15 А

В данном случае достаточно одного двухполюсного автоматического выключателя на 16 А.

Становится понятным, что, опираясь на ценовую политику производителей, дополнительные затраты и энергетические затраты, можно выбрать наиболее экономичную и энергоэффективную систему электрического обогрева.

Имеются 3 отдельных трубы длинной по 18 м. Исходя из теплотехнического расчета специалист делает вывод, что ему необходимо собрать систему управления на 3 отдельных секции с автоматическим поддержанием температуры трубы с общим каналом управления, общим включением ручного и автоматического режима, чтобы присутствовал сигнал «авария» и сигнал «обогрев включен». Был выбран кабель марки Samreg 40-2CR. Необходимая температура трубы 10℃.

Далее по схеме. Выстроим силовую часть:

Подаем питание на ШУ. Находим максимальный ток вводного автомата:

Р_раб = 3 шт * 18 м * 40 Вт/м = 2160 Вт

P_старт = 3 * 2160 Вт = 6480 Вт

I_мах = 6480 Вт / (3 * 220 В) = 9.81 А

Выбираем трехполюсный автоматический выключатель на 16А с характеристикой С (выбор с запасом). QF0 на схеме.

Обеспечиваем безопасность и режим аварийного отключения.

Далее необходимо установить дифференциальный автомат, выбираем на 1 ступень ниже или равный вводному автомату. С10 30мА. FD1 на схеме.

Обеспечиваем удаленное включение и выключение для управляющей части.

Далее выбираем контактор по суммарному максимальному току входящих секций (9.81А), в данном случае выбираем контактор равный вводному автомату (16А). В случае применения нескольких контакторов, выбирать его номинал необходимо по суммарному потребляемому току секции к которой он подключен. KM1 на схеме.

С контакторов питание подается на клеммы ШУ (в дальнейшем на греющий кабель).

Выстроим управляющую часть:

Установим еще один автоматический выключатель для отдельно защиты и включения управляющей части. Возьмем питание с фазы А. Поскольку потребление тока управляющей части мало, поэтому достаточно будет установить автоматический регулятор на 6А (С6), на схеме SF.

С него подаем питание на зеленую лампу «Сеть» (должна гореть при работе).

Далее подаем питание на контактор (КМ) на 13 вход и с 14 выхода переходим к зеленой лампе «Обогрев включен».

Подключим питание промежуточного реле (К) параллельно с диф. автоматом, как показано на схеме (контакты 14 и 13). Управляющую цепь проведем через логические контакты 9 и 1 (нормально разомкнутые). В случае прекращения питания, контакты замкнуться и загорится авария.

Далее подведем 2 питающих провода к переключателю, на 1 выход переключателя SA1 произведем соединение с терморегулятором выводы 4 и 5. После чего необходимо подать управляющее напряжение на питающие клеммы А1 и А2 контактора (КМ).

В рамках данной статьи мы возьмем в качестве примера терморегулятор «ОВЕН» ТРМ1 Щ1.У.Р. Терморегулятор имеет 2 питающих выхода на выбор.

Контакты 1 и 2 для переменного тока 220 В и 15, 16 для постоянного тока с напряжением 24 В.

Контакты 3, 4, 5 – реле управления, контакты 4 и 5 – нормально разомкнутые контакты 3 и 4 – нормально замкнутые. Контакты 9, 10, 11 предназначены для подключения датчика температуры.

В случае если температура (по датчику) ниже необходимой, производится переключение реле терморегулятора, контакт 3-4 размыкается, а контакт 4-5 замыкается, происходит включение нагревательных секций и получается в случае переключения переключателя вручную, мы подаем питание на контактор, который замыкает сеть.

В случае перевода ручки-регулятора в другую сторону, контактор не будет запитан до тех пор, пока не сработает реле терморегулятора (4, 5) на схеме А1.

Подобным образом можно производить проектирование и расчет автоматических систем электрообогрева.

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.

От чего зависит величина стартового тока

1. Мощности греющего кабеля. Чем больше удельная мощность кабеля (Вт/м), тем больше СТ.
2. 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

Для чего снижают стартовый ток?

1. Уменьшение нагрузки на питающую сеть при старте системы обогрева . В момент пуска системы обогрева возникает бросок тока тем больший, чем большая общая длина кабеля запускается одновременно. Это ведет к «просадке» напряжения , ослаблению и подгоранию контактных соединений электропроводки, перекосу фаз, нагрузке на трансформаторную подстанцию, возможному отключению электроэнергии и в некоторых случаях даже к пожару. Данные явления особенно актуальны в старых изношенных электросетях.
2. Уменьшение сечения подводимого к системе обогрева питающего кабеля — влечет за собой прямую экономию в стоимости как самого питающего кабеля, так и сопутствующих монтажных материалов.
3. Уменьшение номинала вводного автомата, защищающего цепи питания греющего кабеля — обеспечивает более качественную защиту от токов КЗ и по перегрузке в установившемся режиме работы системы обогрева (ток в установившемся режиме в несколько раз меньше пускового), снижение стоимости электроустановки, питающей систему электрообогрева в целом.
4. Увеличение срока службы греющего кабеля — броски тока при старте увеличивают износ матрицы греющего кабеля и преждевременное его старение, а также ухудшение греющих свойств. Применение мер ограничения пускового тока продлевает кабелю жизнь.

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.

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.

Максимальная длина греющего кабеля

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.

Способы снижения пускового тока греющего кабеля

Включение разных групп секций греющего кабеля в разные моменты времени

суть данного способа в том, что вся система электрообогрева разделяется на группы (по возможности равномерно). Каждая следующая из групп включается только тогда, когда предыдущая группа выйдет на номинальный режим работы (обычно через 4-5 мин). Таким образом, можно значительно снизить общий пусковой ток системы обогрева. В общем случае при равномерном распределении мощностей по группам результирующий стартовый ток Iст.рез будет таким:

Iст. рез = Pном.гр * Кст / Uпит, где

Pном.гр. — номинальная мощность одной группы в системе обогрева,
Uпит — напряжение питания системы обогрева,
Кст — коэффициент стартового тока, равный Кст=(N+2)/N, где N — количество групп в системе обогрева.

Например, для одной группы коэффициент стартового тока будет равным 3, для двух групп — 2, для трех групп — 1,66, для четырех — 1,5 и т.д.

Последовательное включение групп можно обеспечить с помощью реле времени.

Пример принципиальной схемы шкафа управления с реле времени

Видео применения реле времени для последовательного включения линий обогрева

Включение нагрузки по зонам

Суть данного способа в том, что вся нагрузка системы обогрева разделяется на зоны, обычно от 2 до 4 зон. Каждая зона включается в свое определенное время, и зоны постоянно меняются. Например, для системы обогрева из трех зон включается в работу первая зона на некоторое время, затем она отключается и сразу включается вторая зона на определенное время, после отключения второй зоны включается третья зона также на требуемое время. Когда третья зона отключается, снова включается первая зона и цикл повторяется. Время работы каждой зоны может быть любым, однако рекомендуется, чтобы общий цикл работы системы обогрева не превышал 1 часа. Такой способ управления применяется при ограничении выделенной мощности на объекте и подходит как для саморегулирующегося, так и для резистивного кабеля. Алгоритм управления реализуется с помощью реле времени или программируемого контроллера

Включение нагревательных секций через УПП

УПП (устройство плавного пуска) — специализированный прибор, предназначенный для ограничения ПТ греющего кабеля. Принцип работы прибора состоит импульсной подаче питания на греющий кабель, т.е. на короткое время. За это время ток в кабеле не может возрасти до большой величины, но при этом происходит прогрев кабеля. Частота или продолжительность импульсов увеличивается по мере прогрева кабеля. Через 10-15мин система выходит на номинальный режим работы и работает до отключения питания. Применение прибора полностью устраняет ПТ греющего кабеля, что очень актуально для объектов с ограниченной выделенной мощностью. Подключаемая нагрузка к одному УПП до 7кВт. Для больших и энергоемких систем обогрева кровли приходится ставить достаточно большое количество таких устройств, что несколько повышает стоимость системы управления обогревом.

• Назначение: резервуар / трубопровод / кровля / площадка
• Габариты: 115х63х30 мм
• Диапазон измерения температур: -20… 45 °C
• Степень защиты IP: 44
• Максимальный ток нагрузки: 16 А
• Рабочий диапазон температур окружающей среды: –20. +50 °С

Оптовая цена

• Назначение: резервуар / трубопровод / кровля / площадка
• Габариты: 98х82х69 мм
• Степень защиты IP: 20
• Максимальный ток нагрузки: 32 А
• Рабочий диапазон температур окружающей среды: –20. +60 °С

Оптовая цена

• Назначение: резервуар / трубопровод / кровля / площадка
• Габариты: 170х102х88 мм
• Степень защиты IP: 20
• Максимальный ток нагрузки: 16 А
• Рабочий диапазон температур окружающей среды: –20. +60 °С

Оптовая цена

Система контроля тока нагревательного кабеля

Данный способ немного похож на способ 3. Система управления контролирует ток нагревательных секций, который должен быть не более заданного (устанавливается при настройке, в общем случае заданное значение тока может быть больше или равно номинальному току). Система управления отключает питание нагревательных секций при превышении тока секций относительно заданного, выдерживает небольшую паузу и снова подает питание на секции. Как только текущий ток превысил заданное значение, снова отключает питание секций, и цикл повторяется. Таким образом, греющий кабель постепенно прогревается и выходит на номинальный режим работы. Обычно 5-10 циклов включений/отключений достаточно, чтобы вывести кабель на номинальный режим. К преимуществам данного способа можно отнести возможность задавать любой ток ограничения, что косвенно определяет время выхода системы обогрева на номинальный режим. Чем больше заданный ток ограничения, тем быстрее система выйдет в номинальный режим работы и наоборот. Также преимуществом данного способа является возможность подключения нагрузки любой мощности, система управления при этом практически не меняется. Данный способ управления реализуется на реле максимального тока нагрузки или на программируемом контроллере.

Комбинированная система управления нагревательными секциями

Данный способ является различной комбинацией предыдущих способов управления обогревом. Для этой цели применяется программируемый контроллер со специализированным алгоритмом управления, который позволяет не только «убрать» пусковые токи греющего кабеля, но и перераспределить нагрузку между группами или зонами. Данный способ управления применяется для больших и энергоемких систем обогрева и является затратным при его реализации, но в дальнейшем при эксплуатации даст значительный экономический эффект.

Рекомендации по применению систем управления ограничением пускового тока кабеля

1. Система управления ограничением пускового тока кабеля необходима для объектов, которые подключены к старым изношенным сетям, где часто возникают аварии электроснабжения, а также для объектов с ограниченной выделенной мощностью. В некоторых случаях такая система может полностью решить проблему электроснабжения обогрева и значительно сэкономить средства на его эксплуатацию.
2. Для небольших и бюджетных систем обогрева для ограничения пускового тока рекомендуется применять способы 1 и 2. Данные способы ограничения тока не очень затратные, легко реализуются в шкафу управления обогревом, занимают немного места, однако достаточно эффективные. Для сложных систем обогрева с большим количеством кабеля рекомендуется применять способы 3, 4 и 5. Данные способы первоначально на этапе создания являются более затратными, но в дальнейшем позволят значительно сэкономить на обслуживании и предотвратить аварии в электроснабжении объекта, где установлена система обогрева.

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.

Как рассчитать, на сколько ампер нужен автомат?

Почему правильный выбор защитного автомата по номинальному току так важен? При выборе автомата необходимо также принимать в учет и сечение кабеля, который будет к нему подсоединяться. Здесь главное условие – это количество и общая мощность электроприборов, которые будут эксплуатироваться в сети. В случае неправильного выбора уставки возможны негативные последствия.

5 марта 2021

При выборе кабеля по току необходимо обеспечить запас. Здесь стоит принять в учет токи неотключения автомата. В соответствии с нормативной документацией ( ГОСТ Р 50345-2010 п. 8.6.2), ток неотключения гласит, что устройство защиты в случае 13% перегрузки может не отключиться. Например, ток отключения автомата С25А составляет 36.25А, а ток неотключения – 28.25А.

Если для подключения розеток будет выбран кабель из меди сечением 2,5 кв. мм., то его предельно допустимый ток – это 25А. Для такого кабеля необходим автомат до 16А. Если же такой кабель подсоединить к автомату на 25А, то в случае перегрузки 45% его отключение займет целый час! За это время жилы кабеля нагреются до высокой температуры, из-за чего проводка может даже загореться. Для того чтобы избежать пожара, необходимо очень внимательно подойти к выбору устройства защитного отключения.

Особенности расчета тока электрического автомата

Для однофазной сети в процессе расчета тока защитного устройства необходимо использовать формулу: I=P/U. Р – это мощность, а U – напряжение. Для более простого расчета часто пользуются таким вариантом: 1кВт приблизительно равен 4,5-5А.

Что касается расчета тока трехфазного устройства, то здесь необходимо использовать более сложную формулу. Но проще всего придерживаться такого варианта: 1кВт приблизительно равен 2А.

Последовательность расчета

В качестве примера возьмем расчет ампер для пары электрических конвекторов, суммарная мощность которых составляет 2,5 кВт. По формуле, указанной выше, определяем общую силу тока электроприборов: 2500/220=11,4А. Если пользоваться упрощенным вариантом, то получим 5*2,5=12,5А. Здесь важно понимать, что в случае с упрощенным расчетом мы автоматически принимаем в учет необходимый запас по току, поэтому именно такой вариант расчета является предпочтительным.

Теперь необходимо выбрать кабель. В России и странах СНГ рекомендовано использовать кабель ВВГнг, если речь идет об эксплуатации обычной бытовой сети. Сечение токопроводящей жилы необходимо выбирать по таблице, указанной в ПУЭ п.1.3.10. Но также эту таблицу могут размещать и компании-производители кабельной продукции. Для нашего случая подходит кабель, сечение которого составляет 1 кв. мм., а значение предельно допустимого тока составляет 15А.

Теперь осталось выбрать сам автомат, который необходим для того, чтобы защитить выбранный кабель от перегрева. На основе имеющихся характеристик выбираем автомат на 16А. Но мы помним о том, что автомат предназначен для защиты кабеля, сечение которого 1 кв. мм. Для него достаточно устройства на 10А, то это меньше рассчитанного нами значения общего тока конвекторов – 11,4А. Исходя из этого, выбираем кабель сечением 1,5 кв. мм., допустимый ток которого составляет 19А.

Особенности выбора автомата по номинальному току и напряжению:

• для кабеля сечением 0,5 кв. мм необходимо автомат с номинальным током 10А. Допустимая мощность для двухфазной сети составляет 2,4 кВт.
• для проводника, сечение которого 1 кв. мм потребуется защитное устройство на 17А (мощность 3,7 кВт);
• в случае если кабель имеет сечение 1,5 кв. мм, номинальный ток будет 23А, а мощность – 5 кВт;
• для проводника сечением 2,5 кв. мм номинальный ток составит 30А, а мощность – 6,6кВт;
• для кабеля сечением 4 кв. мм номинальный ток составит 41А, мощность 9 кВт.

Пример расчета

К примеру, максимально возможная одновременная нагрузка не сеть в быту составляет 2,4 кВт. Для расчета силы тока используем известную из уроков физики формулу: 2400Вт/220В=10,9А. Здесь ближайшее значение номинального тока по таблице составляет 10А. Можно ли взять его или все же будет выбивать? Выбивать не будет, так как для того чтобы расцепитель нагрелся, необходимо определенное время. При 11А нагревание займет около 20 минут и только после этого контакты будут разорваны. Но если за это время уменьшить общую мощность электроприборов (например, электрочайник выключится), то контакты разорваны не будут.

Довольно часто в сетях бытового назначения устанавливают на вводе 25А или 32А, на освещение 6А, а на розетки 10А и 16А. Что касается трехфазного ввода, то здесь расчет будет более сложным.

Что будет, если номинальный ток подобран неверно

Если взять номинал, который будет слишком большим или слишком маленьким, то ни к чему хорошему это не приведет. Например, если номинальный ток чересчур мал, то в случае наличия пиковой нагрузки будет просто пропадать электричество в сети. Брать номинал с запасом также не рекомендуется, так как в случае превышения порогового значения мощности электропроводка будет сильно нагреваться, пока расцепитель не сработает. А для его срабатывания необходимо время. Из-за этого и возникает большое количество пожаров.

Как подключить греющий кабель. схема

Принцип подключения саморегулирующегося нагревательного кабеля очень простой. Достаточно подключить его токопроводящие жилы просто к сети 220. И обязательно заизолировать второй конец греющего кабеля так, чтобы между токопроводящими жилами не было контакта. Оплетку на заземление, если есть.

Каким именно способом подключить саморегулирующийся кабель зависит от того, где вы его будете использовать, какие инструменты у вас есть, какие расходные материалы у вас в наличии.

Но схема везде одна и та же. Напомним что если хотите то можете купить готовые комплекты греющего кабеля.

Если вы купили греющий кабель для кровли и водостоков наотрез и будете его самостоятельно подключать, то помните, что нужно зашкурить и обезжирить изоляцию в месте заделки концевой муфты, то это намного повышает надежность.

А здесь рассмотрим кратко основные принципы.

Небольшое видео и серия фотографий о схеме подключении саморегулирующегося кабеля:

Ниже, на трех фотографиях кратко показаны этапы подключения клеевым комплектом муфт саморегулирующегося нагревательного кабеля без экрана, с экраном и греющего кабеля внутрь трубы (последний отличается концевым колпачком). Подробные статьи по соответствующим ссылкам.

Все очень просто. Нужно запитать нагревательный кабель от сети, если кабель экранированный — подключить заземление, и загерметизировать конец саморегулирующегося кабеля.

Подключение греющего кабеля без оплетки (экрана) саморегулирующегося типа:
Подключение экранированного саморегулирующегося нагревательного кабеля (с заземлением). Подробная статья >>Подключение греющего кабеля:
Подключение саморегулирующегося греющего кабеля для ввода внутрь трубы питьевого водопровода. (перед «заделкой» соединительной муфты вспомнить одеть сальник!) подробная статья: Греющий кабель внутри трубы подключение:
—

Если кабель без оплетки, то нужно просто запитать его от сети:

И обязательно заизолировать второй конец нагревательного кабеля. Между двумя токопроводящими жилами не должно быть контакта:

Если наш греющий кабель с заземляющим экраном, то экран подключаем к земле:

Если заземлять не хотим или некуда, а экран есть, то его можно просто обрезать:

Саморегулирующийся нагревательный кабель — это очень просто. Вот она вся схема:

Ответы на вопросы: как разделать кабель, сколько сантиметров изоляции снимать, на какую длину зачищать проводящие жилы, как изолировать зависят от того, каким способом будем подключать. Подробную схему подключения с помощью клеевого комплекта для заделки саморегулирующихся кабелей можно посмотреть ЗДЕСЬ.