Samoregulujący kabel grzejny ma cechy „sztucznej inteligencji”, ponieważ na jego odprowadzanie ciepła ma wpływ temperatura otoczenia. Współczesne osiągnięcia nauki i techniki umożliwiły uzyskanie elementu konstrukcyjnego systemu grzewczego, który wraz ze wzrostem temperatury otoczenia zmniejsza uwalnianą moc cieplną, a wraz ze spadkiem temperatury otoczenia wzrasta. W tym przypadku wydzielanie ciepła w każdym odcinku kabla jest determinowane temperaturą otoczenia bez dodatkowych urządzeń sterujących i nie zależy od stanu sąsiednich odcinków.
Samoregulujący kabel grzejny ma cechę konstrukcyjną – jest to specjalna polimerowa matryca wytwarzająca ciepło z wtrąceniami przewodzącymi wykonana z materiału węglowego. Spadek temperatury prowadzi do ściskania materiału osnowy, zwiększając tym samym liczbę ścieżek przewodzących, co zwiększa rozpraszanie ciepła kabla. Wraz ze wzrostem temperatury otoczenia materiał osnowy pęcznieje, co prowadzi do przerwania połączeń między wtrąceniami i zmniejszenia liczby ścieżek przewodzących, a to z kolei prowadzi do zmniejszenia wytwarzania ciepła. Dzięki takiemu urządzeniu samoregulujący kabel każdym ze swoich odcinków dopasowuje się do temperatury otoczenia.
Samoregulujący kabel grzejny – jak działa?
Samoregulujący kabel grzejny składa się z dwóch przewodzących równoległych przewodów miedzianych. Są wielożyłowe, z reguły mają 17-19 przewodów. Najbardziej akceptowalną powłoką dla drutów jest nikiel, który zapobiega ich utlenianiu i starzeniu. Matryca i rdzenie przewodzące są pokryte wewnętrzną warstwą izolacyjną, a na niej umieszczony jest ekran. Ta wielowarstwowa konstrukcja pokryta jest od góry plastikową powłoką ochronną. Zastosowane dwie warstwy izolacyjne zapewniają wzrost wytrzymałości dielektrycznej kabla, ochronę przed obciążeniami udarowymi oraz negatywnym wpływem czynników środowiskowych.
Zewnętrzna powłoka przewodu, oplot i wewnętrzna izolacja zapewniają mechaniczną, chemiczną i elektryczną ochronę… ale „magia” dzieje się w przewodzącym rdzeniu kabla grzejnego.
A. Niska temperatura otoczenia = Wysoka moc grzewcza. Jeśli temperatura w bezpośrednim sąsiedztwie samoregulującego kabla grzejnego jest niska, to jego moc grzewcza zwiększa się. Polimerowe łańcuchy rdzenia przewodu kurczą się, powodując powstanie wielu połączeń elektrycznych pomiędzy wbudowanymi cząsteczkami węgla.
B. Umiarkowana temperatura otoczenia = Niska moc grzewcza. W odpowiedzi na podwyższoną temperaturę otoczenia zmniejsza się moc grzewcza samoregulującego kabla grzejnego. Polimerowe łańcuchy rdzenia przewodu rozszerzają się, zmniejszając tym samym liczbę połączeń elektrycznych.
C. Wysoka temperatura otoczenia = Praktycznie zerowa moc grzewcza. Jeśli temperatura otoczenia kabla grzejnego osiągnie wysoki poziom, to jego moc spada praktycznie do zera. Ze względu na maksymalny stopień rozszerzenia się łańcuch w polimerowych rdzenia przewodu, praktycznie nie ma żadnych połączeń elektrycznych. Samoregulujący kabel grzejny dostosowuje swoją moc grzewczą na długości całego przewodu. Dzięki temu taki system jest bezpiecznym i niezawodnym rozwiązaniem dla wielu aplikacji.
Rdzeń w kablu samoregulującym
Materiał rdzenia przewodzącego w kablu samoregulującym jest kluczowym elementem, który umożliwia funkcję samoregulacji temperatury. Rdzeń ten jest zazwyczaj wykonany z kompozytu polimerowego, który zawiera przewodzące cząstki. Oto szczegółowy opis składu i działania tego materiału:
- Polimer przewodzący:
- Termoplastyczny polimer: Główna matryca rdzenia jest wykonana z termoplastycznego polimeru, takiego jak polietylen. Ten polimer ma właściwości, które pozwalają na zmiany w strukturze fizycznej w odpowiedzi na temperaturę.
- Zachowanie termoplastyczne: Kiedy temperatura otoczenia rośnie, polimer rozszerza się, co powoduje zwiększenie odległości między cząstkami przewodzącymi i wzrost oporu. Gdy temperatura spada, polimer kurczy się, zmniejszając odległość między cząstkami i obniżając opór.
- Cząstki przewodzące:
- Czarne sadza: Najczęściej używane cząstki przewodzące to sadza (węgiel), która jest dodawana do polimeru. Sadza ma doskonałe właściwości przewodzące, co pozwala na efektywne przewodzenie prądu.
- Cząstki metaliczne: W niektórych przypadkach mogą być używane cząstki metaliczne, takie jak srebro, miedź czy nikiel, choć są one rzadsze ze względu na wyższy koszt.
- Dodatki i modyfikatory:
- Stabilizatory: Dodatki, które stabilizują polimer i zwiększają jego trwałość oraz odporność na starzenie się i działanie promieniowania UV.
- Modyfikatory elastyczności: Substancje, które poprawiają elastyczność rdzenia, co jest ważne dla jego wytrzymałości mechanicznej i zdolności do wytrzymywania cyklicznych zmian temperatury.
- Struktura kompozytu:
- Homogeniczna mieszanka: Polimer i cząstki przewodzące są starannie mieszane, aby uzyskać jednorodny kompozyt. Zapewnia to równomierne właściwości przewodzące w całym rdzeniu.
- Skład warstwowy: W niektórych zaawansowanych konstrukcjach mogą być stosowane warstwowe układy, gdzie różne warstwy materiału mają różne właściwości przewodzące i termiczne, co może poprawiać efektywność i trwałość przewodu.
- Działanie samoregulujące:
- Zmiana rezystancji: Główna cecha rdzenia przewodzącego polega na jego zdolności do zmiany rezystancji w odpowiedzi na temperaturę. Kiedy temperatura otoczenia spada, rezystancja rdzenia maleje, co zwiększa przepływ prądu i generowanie ciepła. Kiedy temperatura rośnie, rezystancja rdzenia wzrasta, co zmniejsza przepływ prądu i ogranicza generowanie ciepła.
Rdzeń przewodzący w kablach samoregulujących jest więc starannie zaprojektowanym kompozytem, który łączy właściwości termoplastycznego polimeru z przewodzącymi cząstkami, umożliwiając efektywne i bezpieczne zarządzanie temperaturą w różnych aplikacjach.
Pozostałe informacje
- Firma Raychem jest wynalazcą samoregulujących kabli grzejnych i światowym potentatem w tej dziedzinie.
- Samoregulujące kable grzejne mogą się krzyżować i dotykać bez ryzyka przepalenia.
- Samoregulujące kable grzejne mogą być przycinane na odpowiednią długość na placu budowy, dając pełną elastyczność w sytuacjach, gdy projekt instalacji odbiega od rzeczywistej sytuacji na placu budowy.
