Почему греет греющий кабель?

Принцип работы разных кабельных систем обогрева одинаков. Он основан на способности металлов нагреваться, когда через них пропускают ток. Эта физическая особенность лежит в основе изготовления всех традиционных электронагревательных приборов — от калориферов до систем антиобледенения. При этом у греющих кабелей, цена которых зависит от эксплуатационных характеристик, существуют отличия. Они заключаются в интенсивности тепловыделения, уровне энергопотребления, долговечности. Все эти факторы влияют на выбор подходящей модификации нагревательного кабеля.

За счет чего выделяется тепло в нагревательных кабелях

Если объяснять по-простому — внутри кабеля расположены жилы, которые проводят ток, они соединены полупроводниковой прослойкой — матрицей. Основа кабеля — матрица, регулирующая сопротивление в зависимости от температуры среды. Возникает саморегуляция — чем ниже температура объекта, тем меньше сопротивление матрицы и больше нагрев провода.

Основная суть этого эффекта сформулирована в законе Джоуля-Ленца — в процессе прохождения тока через металлические проводники электрическая энергия напрямую преобразуется в тепловую (Q = I²Rt). Из формулы следует, что интенсивность тепловыделения во многом зависит от сопротивления токопроводящих жил. Чем выше этот параметр, тем сильнее греет кабель.

Наличие у металлов сопротивления прохождению электрического тока объясняется их кристаллической структурой — повторяющимися решетками, сформированными упорядоченно расположенными атомами. При прохождении сквозь металл заряженные электроны (носители тока) встречаются с ионами кристаллических решеток. В результате таких столкновений выделяется тепло.

Чем больше препятствий на пути электронов, тем сильнее нагревается проводник. По этой причине на характеристики нагревательных кабелей принципиально влияет выбор металла для изготовления токопроводящих жил. Для этих целей преимущественно используют:

• нихром;
• медь;
• сталь или сплавы на ее основе;
• медно-никелевый сплав;

Материалы для изготовления жил подбираются с таким учетом, чтобы не допустить нагрева кабеля сверх допустимых значений. При выполнении расчетов дополнительно учитывается взаимосвязь между теплоотдачей и ростом температуры. Все эти нюансы влияют на корректную работу систем обогрева, поэтому должны быть учтены при проектировании.

Отличия в работе нагревательных кабелей

На текущий момент существует 2 основных вида бытовых и промышленных нагревательных кабелей — резистивные и саморегулируемые. Они функционируют по общему принципу, но обладают разными теплотехническими характеристиками.

Резистивные кабели

Отличительная черта этих систем — одинаковый нагрев по всей протяженности жилы. Базовая модификация этого вида кабелей имеет одну греющую жилу, два конца которой подключаются к источнику питания. При проектировании разных видов одножильных резистивных кабелей изначально учитывают не только недопустимость нагрева сверх граничных значений, но и необходимость обеспечить полное падение прикладываемого напряжения.

Покупают резистивные кабели после скрупулезных расчетов, поскольку их нельзя укорачивать. Поэтому они продаются в подготовленных бухтах разной длины, чтобы обеспечить возможность реализации разных проектов.

Еще одно неудобство — необходимость точного расчета траектории укладки кабеля, поскольку его второй конец требуется четко вернуть к точке подключения. Чтобы исправить этот недостаток, разработали двухжильные резистивные кабели, которые можно подключать к питанию с одного конца (второй глушат муфтой).

Зональные кабели

Это модернизированная разновидность резистивных кабелей. Отличие — вокруг 2 токопроводящих изолированных жил намотана тонкая нихромовая проволока, образующая спираль с высоким сопротивлением. Именно она представляет собой рабочий элемент, выделяющий тепло. Преимущество зональных кабелей заключается в возможности их укорачивания. Места, где это можно сделать, обозначены на оболочке пунктирными линиями.

Саморегулируемые кабели

Это самая современная и совершенная модификация двухжильных греющих кабелей. Ее отличительная особенность — способность изменять силу нагрева в зависимости от показаний температуры. У саморегулируемых кабелей тепло, как и у других модификаций, выделяет металлическая жила.

Интенсивность ее нагрева изменяется за счет токопроводящей матрицы, которая меняет сопротивление при колебаниях температуры. В случае ее повышения сопротивление пропорционально увеличивается, что автоматически приводит к уменьшению тепловыделения. После охлаждения происходит обратный процесс — кабель греется сильнее. Благодаря этому, удалось повысить КПД систем нагрева и избежать перегорания кабеля при перехлестах.