М. Київ, пер. Західний літ 3Ц

тел. +38 044 362 86 34
тел. +38 050 888 63 96
тел. +38 093 889 99 67
тел. +38 096 888 64 95

e-mail: info@rostok-group.com

Мы работаем по всей Украине и странах СНГ!

Саморегулирующиеся кабели - исследование их свойств при низких температурах

Специфика саморегулирующихся нагревательных кабелей

Саморегулирующиеся нагревательные кабели широко применяются на промышленных предприятиях с целью подогрева различных труб и резервуаров, особенно на нефтегазодобывающих предприятиях, в отрасли нефтехимии.

Саморегулирующиеся ленты или кабели занимают особое место среди кабельной продукции благодаря своей специфичности. Их типовая конструкция включает две электрожилы, расположенные параллельно. Эти жилы покрываются полупроводящим полимерным материалом, который заполнен углеродом (т.н. матрица). Затем матрицу покрывают несколькими слоями электроизоляции, а также экранирующей оплеткой и оболочкой. Саморегулирующийся нагревательный кабель в сечении имеет форму овала.

Полупроводящая матрица состоит как бы из многочисленных сопротивлений, которые подсоединены к проводящим жилам кабеля параллельно. После того, как на разомкнутые жилы кабеля подается напряжение, в матрице создается ток, который приводит к выделению тепловой энергии. При этом происходит расширение матричного материала, нарушаются контакты между частичками углерода. С ростом сопротивления, ток в матрице уменьшается. По прошествии определенного времени (до 5 мин.) температура матрицы и ток в ней постепенно стабилизируются. Значение сопротивления матрицы в расчете на один метр длины доходит до нескольких сотен Ом. В результате саморегулирующиеся нагревательные кабели имеют уникальные свойства:

  • Длина кабеля при подключении его на полном напряжении может варьироваться от 1 м до предельно допустимой. При этом выполнения каких-либо специальных расчетов не требуется. Данное свойство ленты имеет особую ценность потому, что длина трубопровода, который предполагается обогревать, обычно заранее неизвестна.
  • Способность локального изменения тепловыделения кабеля. Это означает, что при повышении температуры в определенной локальной зоне обогреваемого объекта тепловыделение кабеля соответственно снижается. В результате безопасность обогревающей системы существенно повышается, а процесс монтажа нагревательных саморегулирующихся кабелей значительно упрощается, т.к. становится возможным взаимное приближение и пересечение кабелей (лент). 

Рассмотренная зависимость мощности выделения тепловой энергии кабеля от температуры трубы предполагает соблюдение специальных правил, установленных для проведения измерений, а также нормирования тепловой мощности кабелей. Стандартными условиями нормирования мощности саморегулирующейся ленты являются такие: отрезок кабеля, который нужно измерить, закрепляется на металлической трубе, которая имеет диаметр более 50 мм. При этом необходимо создать устойчивый тепловой контакт. По металлической трубе пропускают поток охлаждающей жидкости, которая имеет температуру 10±0,5°С (иногда 5°С). Труба вместе с нагревательным кабелем должны быть покрыты теплоизоляцией, которая имеет толщину слоя свыше 20 мм. Измеренная в таких стандартных условиях мощность саморегулирующейся ленты называется номинальной. Чтобы измерить зависимость мощности кабеля от температуры, нужно установить в трубе требуемую температуру и затем постоянно ее поддерживать.

Таких измерений зависимости мощности от температуры нужно провести не менее чем три, при различных значениях температуры обогреваемой трубы. Затем составляются графики, которые показывают зависимость мощности кабеля определенной марки от его температуры, которые приводятся в каталогах продукции предприятий-поставщиков. Такие графики показывают зависимость мощности кабеля от температуры трубы, но не ленты (кабеля).

В результате при слабом контакте кабеля с обогреваемой трубой, мощность, которая выделяется этим нагревательным кабелем, будет не вполне соответствовать графику, приведенному в справочнике. Если же свободно подвесить в воздухе саморегулирующий нагревательный кабель, то снижение теплоотдачи кабеля приведет к тому, что мощность его, полученная в результате измерения, будет меньше, чем нормируемая, приблизительно на 30%.

В справочниках поставщиков дополнительно к рассмотренным выше графикам приводят также графики зависимости силы пускового тока, приведенного к одному метру длины кабеля, от изменения температуры нагреваемого объекта. Пусковой ток имеет максимальную силу только в момент подключения питания кабеля. За одну минуту пусковой ток обычно снижается, но полностью стабилизируется он в течение примерно пяти минут. Наибольшее значение этого пускового тока зависит от таких факторов: температура нагрева, длина кабеля и его конструкция.

Экспериментальное исследование поведения саморегулирующихся кабелей в низкотемпературных условиях

Саморегулирующиеся нагревательные кабели применяются для обогревания трубопроводов и резервуаров, которые работают при значительных отрицательных температурах. Обычно, система запускается при температуре объекта, который обогревается, и его тепловой изоляции значительно ниже нуля. Проектирование технических характеристик кабельной системы обогрева, как при пуске, так и при эксплуатации системы, требует учета свойств нагревательных кабелей в низкотемпературных условиях.

Зависимость характеристик кабеля от изменения температуры воздуха была исследована путем проведения опытов в специальной климатической камере. Для подготовки эксперимента циркуляция воздуха и прочие условия были установлены таким образом, чтобы значения мощности были очень близки к тем результатам, которые получены в условиях стандартизованной установки. Экспериментальные измерения мощности проводились при таких температурах: +10; +3; 0; -10; -20; -30; -40°С. Всего было исследовано по три образца каждой марки нагревательного кабеля. После достижения нужной температуры каждый образец оставался в камере в продолжение часа. После этого саморегулирующийся нагревательный кабель подключали к номинальному напряжению. Выполнялся замер пускового тока, показатели снижения его силы при постепенном разогреве кабеля.

При снижении температуры был отмечен рост силы пускового тока, а также установившегося после пуска тока. Эксперимент показал небольшое увеличение коэффициента пускового тока. Вместе с этим был отмечен рост разности температур самого кабеля и климатической камеры.

Проведено сравнение установившейся мощности со справочными графиками, приведенными в каталоге.

Результаты исследований показали существенное отличие полученного опытным путем графика изменения мощности кабелей в низкотемпературной области от графиков по каталогу.

Помимо этого, для всех исследованных типов нагревательных кабелей были определены как абсолютные, так и относительные значения пускового тока. Это необходимо для разработки и внедрения высококачественных обогревательных систем, в которых используют саморегулирующийся нагревательный кабель. Были вычислены средние показатели силы тока, пускового и установившегося, по всем опытным образцам. Опытные данные показали, что мощность кабелей практически имеет линейную зависимость от изменения температуры.

Данные, полученные экспериментальным путем, показали, что при большом увеличении силы пускового тока в условиях низких температур воздуха, отношение пускового тока к установившемуся имеет слабую зависимость от изменения температуры, а преимущественно зависит от конструктивных особенностей кабеля.

Обеспечение безопасного запуска обогревательных систем саморегулирующихся кабелей, возможно при условии использования выключателей-автоматов типа С.

Для определения соответствия характеристик автоматических выключателей и кабелей выполнен расчет приведенных характеристик автоматических выключателей и нагревательных кабелей.

Для этого наибольшее значение силы тока автомата при его включении считается равным 1. Прочие значения нужно делить на этот пусковой ток. Аналогичным образом определены приведенные характеристики кабелей.

Согласно полученным результатам пусковой ток кабеля и автоматического выключателя равны. Инерционность тепловых процессов в нагревательных кабелях приводит к запаздыванию выхода их в стационарный режим по сравнению с автоматами. График короткой секции нагревательного кабеля, где пусковой ток составляет всего 60% наибольшего тока автомата, проходит ниже графика пусковой характеристики автоматического выключателя. Полученные результаты справедливы только для одной исследованной марки нагревательного кабеля при +10°С. Если температура ниже, пусковой ток возрастает, поэтому допустимая длина секции саморегулирующегося кабеля должна соответственно уменьшаться.

Условия, для которых рассчитана допустимая длина нагревательной секции: температура +10°С, подключение к автомату при номинальной силе тока 16 А.

Выводы

Проведены исследования поведения саморегулирующихся кабелей при низкотемпературных условиях. Получены графики таких характеристик: пусковой ток, значение его коэффициента, установившийся после стабилизации ток.

Разработана методика расчета допустимой длины секции с учетом параметров автоматических выключателей.

Полученные результаты дают возможность усовершенствования методики разработки систем обогревания различных трубопроводов, резервуаров и прочих промышленных объектов, использующих саморегулирующиеся нагревательные кабели.

 

 

Наши клиенты

Статьи и новости

Все статьи PDF прайс Online-розрахунок