Tak jako ve všech odvětvích dnešní doby, tak je i pro oblast topných kabelů charakteristická široká nabídka typů el. topných kabelů. K dispozici jsou sériové odporové kabely (zpravidla dodávané v konečných délkách s nemožností jejich krácení), paralelní topné kabely s konstatním výkonem (konstatní výkon topného kabelu s možností krácení).
Poslední dobou díky svým nesporným přednostem velmi stále populárnější samoregulační topné kabely (proměnlivý výkon v závislosti na okolní teplotě, krácení na libovolnou délku, možnost křážení apod). Hlavním argumentem prodejců a výrobců sériových topných kabelů je údajná krátká životnost samoregulačních topných kabelů.
Jak je to ve skutečnosti se životností topných kabelů?
Životnost samoregulačních topných kabelů je dána normou IEC60079/30-1, ve které je přímo uvedený způsob testování. Test zrychleného stárnutí zahrnuje vystavení topného kabelu po dobu 15 minut při běžné pokojové teplotě, následují vystavení teplotě odpovídající jeho max. teplotní odolnosti po dobu 15 minut v zapnutém stavu. Po 1500 cyklech nesmí topný kabely vykazovat větší odchylky než +20 % a -25 % v porovnání s výkonem na počátku testu. Tento způsob zkoušení zahrnuje vysoký stupeň roztahování s následným smršťováním, který prověří vlastnosti topné matrice, kontakt kvality spoje mezi elektrickými vodiči a polovodičovou matricí, což se v konečném důsledku projeví i na výkonu topného kabelu.
Možné příčiny vad topných kabelů
V podstatě jsou možné tři příčiny vad samoregulačních topných kabelů:
- nehomogenní topná matrice
- ztráta těsnosti izolačního pláště
- zvýšený odpor mezi elektrickými vodiči a extrudovanou matricí
Nehomogenní topná matrice
Určitě je možné, že nehomogenní topná matrice samoregulačního topného kabelu může vést postupem času k jeho úplné degradaci. Avšak stejně je možné, že nehomogenita způsobí pouze vznik lokálních horkých míst, nebo naopak „lokální zkraty“, které mohou vést ke zvýšení výkonu. Chyby mohou být způsobeny nezabezpečením odpovídající kvality technologického procesu při přípravě kompozitní směsi, případně extruze polovodičové směsi na el. vodiče. Tyto problémy by u renomovaných výrobců vskutku neměly nastat. Jen pro zajímavost: firma Heat Trace Limited skladuje každou vyrobenou šarži polovodičové matrice po dobu 10 let, aby případnou reklamaci uživatele bylo možno porovnat s dodaným kabelem.
Ztráta těsnosti vnitřního izolačního pláště
V tomto případě je možné usuzovat, že vzduchová mezera, která vznikne mezi topnou matrici a primárním izolačním pláštěm, může způsobit lokální přehřívání vlivem horšího odvodu tepla, což v konečném důsledku může vést ke snížení životnosti topného kabelu. Čím větší je teplotní rozdíl mezi max. teplotní odolností topného kabelu a provozní teplotou, tím delší je životnost topné matrice.
Vznik poruchy topného kabelu kvůli netěsnosti vnitřního pláště je velmi málo pravděpodobný. Je prakticky nepředstavitelné, že výrobce není schopen odstranit vzduch v průběhu vlastní extruze polovodičové vrstvy. Zpravidla následuje další část výrobního procesu, kterou je opatření topného kabelu ochranným opletením a dalším venkovním izolačním pláštěm. I tyto technologické operace skrývají určitá rizika, která mohou zapříčinit zvýšení teploty polovodičové matrice. Pokud by mezi jednotlivými vrstvami vznikly vzduchové mezery a např. topný kabel bude uložen na plastovém potrubí nebo mezi tepelnými izolacemi, mohou tyto faktory ovlivnit teplotu polovodičové vrstvy se všemi důsledky.
Teplota topné matrice je ovlivněna poklesem teploty uvnitř topného kabelu samotného a současně i přenosem tepla od topné vrstvy k povrchu, který je ohříván. Z toho důvodu samoregulační topné kabelu opatřené kontinuálním kovovým pláštěm budou chladnout rychleji, k čemuž navíc přispěje i geometrie topného kabelu, než topné kabely, které mají pouze ochranné opletení a polymerovou izolaci.
Použitím kontinuálního kovového pláště v kombinaci s patentovanou polovodičovou vrstvou, která omezí výkon topného kabelu na nulu před dosažením maximální teplotní odolnosti, dochází k dalšímu prodloužení životnosti topných kabelů.
Z těchto důvodů firma Heat Trace Limited doplnila nabídku vysokoteplotních kabelů o typy (FSU, FS+ AFS) s kovovým pláštěm, který má vyšší mechanickou odolnost, přispívá k navýšení maximální teplotní odolnosti a současně i prodlužuje životnost topných kabelů.
Zvýšený odpor mezi elektrickými vodiči a extrudovanou matricí
Tato možnost vady samoregulačního topného kabelu je bezesporu nejčastější příčinou jeho degradace. Moderní technologické výrobní linky fy Heat Trace Limited umožňují prakticky nepřetržitou kontrolu těsnosti spojení elektrických vodičů s teplotní matricí v průběhu celého výrobního procesu.
Hlavní příčinou ztráty těsnosti spojení mezi topnou matricí a el. vodiči je neustálé roztahování a následné smršťování polovodičové matrice během provozu. Riziko poruchovosti se zvyšuje při použití samoregulačních topných kabelů o vysokých výkonech, které jsou opakovaně spouštěny do provozu při nízkých okolních teplotách.
Omezení velikosti náběhových proudů, a tím i prodloužení živostnosti samoregulačních topných kabelů může být dosaženo několika způsoby. Výzkumné a vývojové oddělení firmy Heat Trace Limited dosáhlo i v tomto směru značných pokroků, což dokládají i následná opatření:
- zvýšení „příčné vodivosti topných kabelů“
Topná matrice samoregulačních topných kabelů se skládá mimo jiné i z kruhových černých uhlíkových částic rovnoměrně rozložených v polymerové směsi. Tyto částice zabezpečují rovnoměrnou elektrickou vodivost v podélném i příčném směru.
Fy Heat-Trace používá speciální technologii, která zvyšuje příčnou vodivost v příčném směru o cca 300 %. Díky této vyšší vodivosti dochází k redukci náběhových proudů a podstatným způsobem snižuje napětí, které vzniká mezi topnou matricí a el. vodiči topného kabelu. Technologie zvýšení „příčné vodivosti“ je taktéž patentována fy Heat Trace Limited.
- SSD zařízení na omezení náběhových proudů
Jedná se o malé, levné zařízení bez pohyblivých částí, u kterých by mohla vzniknout porucha. SSD je sériově propojeno se samoregulačním topným kabelem a snižuje velikost náběhového proudu o cca 50 %.
Negativní NTC (teplotní koeficient SSD) vyrovnává pozitivní teplotní koeficient topného kabelu. Tím dochází k eliminaci startovacího proudu a omezení rizika poškození kabelu, které může vzniknout nadměrným roztahováním/smršťováním v oblasti spojení el. vodiče a polovodičové matrice.
Shrnutí
Z výše uvedeného vyplývá, že nejpravděpodobnější možnou příčinou omezení životnosti samoregulačnch topných kabelů je potenciální uvolnění kontaktu mezi el. vodiči a exdrudovanou polovodičovou matricí, přičemž riziko uvolnění spojení je vyšší u topných kabelů používaných pro vysoké teploty a výkony vlivem vzniku velkých napětí mezi rozdílnými materiály vznikajících při spínání topných kabelů při nízkých teplotách.
Startovací (spínací) proud, který může až několikanásobně převyšovat pracovní proud, lze s úspěchem eliminovat použitím samoregulačních topných kabelů s vysokou „příčnou vodivostí“ a použití SSD – zařízení na omezení náběhového proudu.
Je zřejmé, že vynikajících výsledků a významného pokroku v této oblasti lze dosáhnout bez navýšení výrobních nákladů.
Kombinace obou faktorů (zvýšená vodivost v příčném směru a SSD) nejen zvyšuje podstatným způsobem životnst samoregulačních topných kabelů, ale současně i potvrzuje technologický náskok výrobků fy Heat Trace Limited před konkurencí.
Při správné volbě samoregulačních topných kabelů je jejich životnost srovnatelná s životností technologických linek nebo jiných součástí výrobních zařízení, na kterých byly instalovány.
Podklady a ilustrace použity se souhlasem firmy Heat Trace Limited.
Nativa spol. s r.o.
28. října č. 2, 692 01 Mikulov
tel.: +420 724 592 020
fax: +420 519 513 313
e-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www: www.topnekabely.com
