ТАИР — Терморегулятор и плавный пуск для саморегулирующегося кабеля

Пусковой ток саморегулирующегося греющего кабеля и его влияние

У греющего саморегулирующегося кабеля существует такое понятие, как номинальное потребление. Например, у греющего кабеля указывается мощность 30Вт, эта мощность при +10°С. В более теплых условиях он потребляет меньше, если холоднее — потребляет больше. Чем ниже температура окружающей среды и хуже утеплитель, тем больше теплопотери и тем больше греющий кабель будет потреблять энергии. И наоборот,

чем выше температура воздействия на кабель, тем ниже потребление саморегулирующегося греющего кабеля. Таким образом, есть номинальное потребление греющего кабеля, а есть реальное, которое может быть, как выше, так и ниже номинала.

Также, у саморегулирующегося греющего кабеля имеется такое явление, как пусковой ток.

При разных температурах и в разных средах пусковой ток нагревательного кабеля разный. В тепле он может быть всего в два раза выше номинала, при сильных морозах у различных моделей он может вырасти до 5-10 раз. Условия, в которых находится саморегулирующийся греющий кабель влияют на то, с какой скоростью он (нагревательный кабель) выйдет на свой рабочий режим, то есть, как долго будет длиться воздействие пускового тока у греющего кабеля. Допустим, под утеплителем, кабель, примотанный сверху к трубе, быстро прогрелся и время действия пускового тока в этом случае минимально и быстро снижается. Если же саморегулирующийся кабель будет в среде, которая тепло от греющего кабеля забирает сильно, например, во льду, в бетоне или в холодной воде, то кабель прогревается дольше и действие пускового тока более длительным.

Также, у кабеля есть такое явление, как перегрев токоведущих жил и перегрев греющей матрицы при пуске греющего кабеля в особенно сильные морозы, например, при -45С. Это актуально для кабельных систем обогрева на объектах в северных регионах. т. е. у кабеля есть предельная температура, при которой он может работать, у обычных бытовых кабелей с температурной серией Т6 это +85°С. При более высоких температурах могут начаться проблема с полимерами, они начинают разрушаться.

Получается так, что проблема пусковых токов проявляется в двух направлениях.

Первое — это большая нагрузка на электросеть, автоматы и силовые кабеля могут не выдерживать.

И второе – у кабеля, которые часто запускается с сильный мороз, сильно сокращается срок службы, именно из-за перегрева жил и матрицы.

Вот именно эти две проблемы терморегулятор ТАИР решает полностью. Он плавно включает кабель в работу, тем самым убирая негативное воздействие пускового тока на сеть и автоматы и продлевает срок службы кабеля за счёт ликвидации чрезмерного нагрева матрицы и токоведущих жил греющего кабеля.

Область применения прибора «ТАИР».

В зависимости от исполнения прибор имеет бытовое, коммерческое или промышленное применение.

• В быту и коммерческих условиях может быть применен для запуска и регулировки систем подогрева водопровода, канализации, ступеней, отмосток, водостоков, крыш, дорожек, почвы в теплицах, приточной вентиляции, теплых полах, саунах и т.д.
• На строительных объектах дополнительно может быть использован для обеспечения технологических температурных характеристик заливаемых бетонных смесей.
• На коммунальных предприятиях применяется для поддержания работы коммуникаций, критичных к температурным условиям (трубопроводы, коллекторы, запорная арматура и т.п.).
• На промышленных объектах в системах обогрева шкафов автоматики, системах обогрева технологических установок, системах обогрева трубопроводов и т.д.
• Во взрывозащищенном исполнении прибор может быть применен во взрывоопасных зонах в соответствии со степенью защиты (1Ex m IIC T6).
• Конструктивные особенности прибора позволяют применение в условиях экстремально низких температур – вид климатического исполнения УХЛ с категорией размещения 1.

Устройство прибора

Прибор состоит из электронного модуля размерами 58х18х16 мм, с высокой степенью интеграции, установленного в алюминиевом теплоотводящем корпусе, крепежных элементов и различных вариантов кабельных вводов (или клемм) для подключения кабеля. Индикация производится через
лампочку в корпусе. Электронный модуль содержит двухцветный светодиод, позволяющий визуально отображать все режимы работы прибора. Электронный модуль защищен жестким теплопроводящим эпоксидным компаундом с широким температурным диапазоном работы.

Применяемые в микроконтроллере современные алгоритмы позволяют в реальном времени производить сложные электротехнические и тепловые расчеты и управлять мощностью нагрузки на основе измеренных значений тока и температуры. Оригинальные конструктивные решения и тщательно подобранная элементная база, обеспечивают высокую надежность прибора и возможность
использования при крайне низких температурах.

Внешний вид и размеры прибора показаны на рисунке 1.

Прибор состоит из электронного модуля высокой степени интеграции, установленного в алюминиевом теплоотводящем корпусе (1), крепежных элементов (2) и различных вариантов кабельных вводов (3) (или клемм) для подключения кабеля (4). В
зависимости от исполнения прибор оснащается различными корпусами и различными скобами (2) для крепления на плоскость, DIN рейку (5) или скобой на трубу. На основной скобе расположен крепежный элемент для подключения заземления (6). Индикация производится через расположенный в корпусе
рассеиватель из оптически прозрачного поликарбоната (7). Электронный модуль защищен жестким теплопроводящим эпоксидным компаундом с широким температурным диапазоном работы. Варианты исполнения и функциональной насыщенности прибора приведены в таблицах.

Решаемые прибором проблемы.

Современные тренды в конструкциях систем обогрева

Современный тренд в конструкциях промышленных нагревателей — все большее использование элементов с самоограничивающимися свойствами на основе характеристики PTC (Позитивное температурное сопротивление). Подобные элементы имеют существенное преимущество в области безопасности. В то же время, системы обогрева, построенные на нагревательных элементах с положительной температурной зависимостью (PTC), требуют специфических средств контроля и управления. Нагревательные элементы с PTC в рабочем диапазоне температур имеют широкий разброс потребляемого тока и другие особенности работы.

Нюансы и особенности нагревательных элементов

В элементах с положительным температурным коэффициентом (PTC) на основе керамики проявляется варисторный эффект и ярко выраженная частотная зависимость сопротивления, а также диапазон температур с NTC характеристикой. Переходный процесс при подаче питания на керамический нагревательный элемент приводит к резкому единичному броску тока длительностью несколько микросекунд и амплитудой более чем в 5 раз превосходящей ток состояния включения элемента. Изменение режима потребления тока, также приводит к временному росту потребляемого тока вне зависимости от характера изменения потребляемой мощности.

В момент запуска саморегулирующегося кабеля при низких температурах (например при -45° в северных регионах) потребление тока может в 6-10 раз превышать номинал. Длительность прогрева до номинала составляет несколько минут. При циклах включения-выключения, перепады температуры и броски тока приводят к разрушению полимерной проводящей матрицы и в итоге к резкому сокращению срока службы кабеля. Контакты токоведущих проводников с полимерной проводящей матрицей деградируют от количества циклов включения – выключения и от резких бросков тока. Негативные качества саморегулирующихся кабелей искусно маскируются производителями кабеля.

Управление системами обогрева на основе саморегулирующихся греющих кабелей

Качественное управление нагрузкой на основе саморегулирующихся греющий кабелей подразумевает плавный выход на рабочий режим при пуске и затем одновременный контроль тока и температуры с минимизацией перепадов температуры нагревателя и включением в момент перехода питающего напряжения через ноль. Необходимость одновременного контроля температуры и потребляемого тока обусловлена сложностью правильного выбора номинала автомата выключения (АВ), при использовании систем обогрева на крайне низких температурах.
Компромиссные решения по увеличению коэффициента запаса тока АВ приводят к снижению безопасности системы. Для плавной регулировки состояния нагрузки и минимизации бросков тока,
необходимо исключить релейную систему регулировки температурного диапазона на основе гистерезиса. С другой стороны, применение классических систем на основе теории автоматического регулирования (ТАУ), таких как классические ПИД регуляторы и ПИД регуляторы с различными степенями свободы, сильно усложняет настройку на конкретном объекте. Без точной настройки, безусловно возникают колебательные явления. В приборе ТАИР применены оригинальные решения, позволяющие управлять нагрузкой с PTC сводя к минимуму описанные выше негативные
влияния особенностей данного вида нагрузки.

Экономическое обоснование терморегулятора ТАИР.

Экономическое обоснование использования прибора основано на расчетах снижения потребляемой системой обогрева мощности за счет регулировки состояния кабеля и за счет отсутствия гистерезиса. Дополнительно, при использовании устройства плавного пуска ТАИР продлевается срок жизни кабеля.

При всех плюсах, и порой отсутствию альтернативы саморегулирующемуся греющему кабелю, установлено, на основе лабораторных испытаний, что бюджетные коммерческие кабеля могут терять до 50% своей мощности в течение 3 лет из-за деградации матрицы. Сколько именно мощности уходит с каждым годом зависит от материалов и производителя греющего кабеля.

Для таких применений есть все основание полагать, что использование прибора позволит сэкономить более 30% стоимости греющего кабеля. Практика применения саморегулирующихся кабелей с высокими коэффициентами стартового тока показывает, что при монтаже таких кабелей дополнительные затраты на устройства автоматической защиты, соединительные коробки и силовые кабели, вырастают на 30-40%. Использование прибора убирает эти затраты. В итоге, затраты на применение прибора ТАИР могут окупаться в первый сезон эксплуатации.

В видео ниже мы проговорили эти нюансы саморегулирующегося греющего кабеля и провели три эксперимента с устройством плавного пуска ТАИР. Получилось несколько затянуто, но может оказаться интересным тем, кто хочет разобраться с плавным пуском греющего кабеля.

Купить терморегулятор с плавным пуском ТАИР можно здесь: