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
-
Мощности греющего кабеля. Чем больше удельная мощность кабеля (Вт/м), тем больше СТ.
-
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.
- Рассчитаем требуемую мощность
- Подберем кабель и крепления, подходящий для Вашего объекта
- Порекомендуем удобную систему управления
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?
- 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.
- Уменьшение сечения подводимого к системе обогрева питающего кабеля - влечет за собой прямую экономию в стоимости как самого питающего кабеля, так и сопутствующих монтажных материалов.
- 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.
- 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.
Греющий кабель Samreg
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.
Внимание!
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.
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
- 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.
- 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.
