Заявки производителю греющего кабеля и теплого пола: mail@obogrev-kabel.ru
Феърфилд
8 800 20-16-235
+7 351 277-80-89
Заказать звонок
mail@obogrev-kabel.ru Почта для заявок

Автоматика управления электрообогревом труб

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 * (Tн - Tнар) / In((d + 2m) / d)

Где:

π - математическая постоянная (3.14);
h - длина трубы, м;
Tн - необходимая температура жидкости в трубе, ℃;
Tнар - 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.

Пример:

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

Зависимость мощность кабеля Samreg 16-2CR от температуры

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.

I = U / R (2)

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

График пускового тока
Саморегулирующийся кабель

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.

Схема подключения автоматического обогрева трубопровода Электрическая схема управления обогрева

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;

    Схема вводного автомата
  2. Дифференциальный автомат или УЗО;
  3. Контакторы;
  4. Промежуточное реле;
  5. Терморегулятор.

Водные автоматы

Состав вводного автомата

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

Характеристика срабатывания вводного автомата

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

Состав контактора

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

Состав промежуточного 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 АРТ-19

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.

Пример 1:

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:

Рраб = 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:

Рстарт (мах) = 3 * 2200 Вт = 6600 Вт

Тогда стартовый ток: Iстарт (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.

Тогда:

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

Рстарт (мах) = 3 * 2200 Вт = 6600 Вт

Iстарт (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.

Пример 2:

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:

Вводной автомат.

Подаем питание на ШУ. Находим максимальный ток вводного автомата:

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

Pстарт = 3 * 2160 Вт = 6480 Вт

Iмах = 6480 Вт / (3 * 220 В) = 9.81 А

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

Дифф. автомат.

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.

Контактор.

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.

Клеммы.

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

Выстроим управляющую часть:

Автоматический выключатель

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).

Терморегулятор «ОВЕН» ТРМ1 Щ1.У.Р

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.

Полезные статьи

Обогрев бытовых труб греющим кабелем
Обогрев водопровода греющим кабелем
Обогрев канализации греющим кабелем
Обогрев ливневой канализации греющим кабелем
Муфтирование греющего кабеля
Готовые секции греющего кабеля в комплектах
Помощь инженера
Бесплатный подбор кабеля для трубопровода
  • Рассчитаем требуемую мощность
  • Подберем кабель и крепления, подходящий для Вашего объекта
  • Порекомендуем удобную систему управления
Спасибо, наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время
Заполните обязательные поля
Отправляя форму, вы даете свое согласие на обработку персональных данных.
Расчеты будут отправлены на Ваш e-mail, внимательно проверьте данные при отправке.