Číslo 8-9/2014 vychází v tištěné podobě 1. 9. 2014. Na internetu bude v elektronické verzi k dispozici vzápětí. 

Téma: Veletrhy MSV 2014; Elektrotechnická výstava 2014; For Arch 2014

Hlavní článek
Aktivní filtry pro vysokonapěťové aplikace
Metody přípravy tenkých vrstev
 

Ze zahraničního tisku
Poklesy napětí
Napětí na rámečku
Chrániče za sebou

Inovace, technologie, projekty
Soukromí v internetu věcí
TRIZ – inovace bez hranic

Archiv
Elektřina – šok a zděšení (1. část)

Retro Elektro
Technika v domácnosti (1)


Materiálové a konštrukčné riešenie káblov pre elektrické vyhrievanie

číslo 1/2002

Elektrotechnologie, materiály pro elektrotechniku

Materiálové a konštrukčné riešenie káblov pre elektrické vyhrievanie

Ing. Otto Verbich, CSc., Ing. Milan Ovčiarik, Ing. Janka Sulová, VUKI a. s., Bratislava

Problém získávania tepla a vytvárania tepelnej pohody v obydliach je starý ako ľudstvo samo – od jaskýň až po súčasnú éru atómových reaktorov. Základný cieľ však bol rovnaký – vytvoriť v domovoch také podmienky, aby sa ľudia v nich cítili príjemne. Pri vytváraní tepelnej pohody však nemožno podceňovať ekonomické faktory, predovšetkým náklady na vybudovanie rozvodu tepla a tiež na samotné vykurovanie. Dnes, v období, keď sa čoraz častejšie hovorí o limitovaných zásobách neobnovujúcich sa zdrojov energie v prírode, ako sú ropa, zemný plyn a uhlie, je vhodné hľadať nové spôsoby zabezpečenia ohrevu priestorov, ale aj objektov, prípadne pozrieť sa na tie už známe z nového uhla pohľadu a prehodnotiť ich ekonomickosť. Tu možno očakávať aj zvýšenie záujmu o ohrev a vykurovanie elektrickou energiou, a teda aj väčší dopyt po najracionálnejšom, t. j. priamom elektrickom vykurovaní, kedy je zdrojom tepla práve elektrická energia. Jedným zo spôsobov, ako elektrickou energiou priamo vyhrievať vonkajšie aj vnútorné priestory alebo objekty, je aj využitie tzv. vykurovacích alebo tepelných káblov, ktorým sa budeme v nasledujúcom texte venovať podrobnejšie, predovšetkým z pohľadu ich materiálového a konštrukčného riešenia.

Rozmanitosť využitia vyhrievacích vodičov a káblov je daná predovšetkým ich jednoduchou konštrukciou, ktorá umožňuje vytvárať z nich tepelné zdroje najrôznejších príkonov (od 1 do 70 W na bežný meter dĺžky) s relatívne nízkou povrchovou teplotou, s možnosťou ľahkej inštalácie a s nízkou obstarávacou cenou.

Z porovnania konštrukcií bežne vyrábaných vyhrievacích káblov možno zistiť tieto charakteristické konštrukčné prvky:

  • odporové jadro,
  • jednoduchý alebo dvojitý izolačný obal z polymérnych materiálov,
  • prípadné ochranné prvky – kovové opletenie, opláštenie alebo ich kombináciu.

Obr. 1.
1 – odporové jadro, 2 – izolácia

O tepelnom namáhaní káblov pre vykurovanie priestorov a objektov rozhoduje veľa faktorov, z ktorých najvýznamnejšie sú samotná konštrukcia tepelných káblov (tzv. geometrický faktor), použité polymérne materiály, najmä ich tepelná vodivosť a dlhodobá tepelná odolnosť a v prípade už hotových vyhrievacích okruhov aj ich merné zaťaženie (W·m–1). Táto skupina parametrov je daná výrobcom vyhrievacích káblov a užívateľ ich nemôže zásadne ovplyvniť.

Uvedenú skupinu faktorov môže podstatne zhodnotiť tak projektant vykurovania, ako aj realizačná firma, a to dodržaním projektovaných parametrov, technologického postupu realizácie a kvalitou odvedenej práce.

Pre výpočet parametrov vykurovacieho okruhu je treba vedieť merný odpor jadra vybraného tepelného vodiča (r), napätie, na ktoré bude vykurovací okruh pripojený, a tiež jeho merné zaťaženie (r). Tretí a posledný parameter, merné zaťaženie vyhrievacieho vodiča (W·m–1), si volí projektant sám s prihliadnutím k ochladzovacím podmienkam inštalácie, ktorú navrhuje. V žiadnom prípade nesmie prekročiť maximálnu dovolenú hodnotu rmax, zvyčajne udávanú výrobcom.

Dĺžka vyhrievacieho okruhu L a jeho celkový príkon P sú dané týmito jednoduchými vzťahmi:

Rovnice 1, 2, 3.

Hodnota rmax sa uvádza vždy pre určité ochladzovacie podmienky, najčastejšie pre uloženie vodiča vodorovne vo vzduchu pri teplote 20 °C. Pre horšie ochladzovacie podmienky musí byť volené menšie merné zaťaženie. Tepelné namáhanie izolácie vyhrievacieho vodiča je dané okrem iného aj hmotnosťou a všeobecne rozmermi vyhrievacieho jadra. Platí, že jadro väčších rozmerov, väčšej hmotnosti, s väčším ochladzovacím povrchom má pri rovnakom zaťažení menšiu povrchovú teplotu, menšie oteplenie DJ než jadro tenšie. Je to dané všeobecne známym vzťahom pre výpočet tepelnej kapacity

Rovnice 4, 5.

Káble pre vykurovanie priestorov a objektov by teda mali zohľadňovať nasledovné požiadavky:

  • Čo najjednoduchšia konštrukcia – odporové jadro a izolácia, prípadne ochranné opletenie a plášť.
  • Dlhodobá teplotná odolnosť izolácie a plášťa kábla má byť min. 80 °C (teplota jadra kábla).
  • Jadro kábla sa musí dať ľahko spojiť s Cu vodičmi studených vývodov.
  • Káble majú mať dostatočnú mechanickú pevnosť na zabránenie ich poškodenia pri manipulácii.
  • Tepelný výkon kábla má byť v rozsahu 5 až 30 W·m–1.
  • Káble sú najčastejšie pripájané na bežné napätie 230 V, zriedkavejšie na 400 V.
  • Káble majú mať prijateľné ceny.

Materiály pre jadrá vykurovacích káblov

Hlavným zdrojom tepla pri prechode elektrického prúdu kovovým vodičom sú Joulové straty, ktoré môžeme vypočítať podľa vzťahu:

w = nj d2 Sj ru [1 – a20 (J – 20)]          (6)

kde w sú tepelné straty (W/m), nj počet jadier v kábli, r prúdová hustota (A/mm2), Sj prierez jadra (mm2), rFONT FACE="Symbol" SIZE=2>u merný elektrický odpor pri teplote u (W·mm2/m), a20 teplotný súčiniteľ odporu (1 až 3·10–6) K–1, u teplota (°C).

Obr. 2.
1 – odporové jadro, 2 – izolácia, 3 – opletenie

Teplotný súčiniteľ odporu väčšiny kovových materiálov používaných ako vodiče vykurovacích káblov má hodnotu rádovo 10–6 K–1. Vzhľadom na rozsah teplôt pre najčastejšie používané vykurovacie káble (20 °C až 200 °C) je vplyv zmeny elektrického odporu od teploty minimálny a hodnota v zátvorkách vo vzťahu (6) je takmer rovná 1.

Prúdové zaťaženie vykurovacích káblov je podmienené možnosťami istenia elektrických obvodov v príslušných objektoch. Pripojovacie napätie, najčastejšie 230 V, a istenie okruhov, maximálne 63 A, vymedzujú prúdovú hustotu (A/mm2) v závislosti od prierezu vodiča. Prúdová hustota je v reálnych podmienkach podobná pre všetky typy káblov. Prierez vodiča vykurovacieho kábla a počet jadier vo vodiči významnou mierou vplývajú na prúdovú hustotu a tým aj na celkový výkon, pričom platí, že pre rovnaký tepelný výkon sa musí vodič s menším prierezom zohriať na vyššiu teplotu. Vyššia teplota vodiča kladie väčšie nároky na tepelnú odolnosť izolácie i celého kábla.

Merný elektrický odpor FONT FACE="Symbol" SIZE=2>ru (W·mm2/m) je materiálový parameter kovu, z ktorého je zhotovený vodič kábla. Hodnota merného elektrického odporu jadier sa pohybuje v rozsahu od 0,01786 (Cu) až po 1,1 W·mm2/m. Vhodnou voľbou materiálu vodiča a jeho geometrickými rozmermi možno výrazne ovplyvniť výsledný tepelný výkon kábla ako aj tepelné zaťaženie konštrukčných materiálov vykurovacích káblov.

Výber vhodného jadra je podmienený konečnou aplikáciou kábla (napr. vyhrievanie podláh, chodníkov, rámp, ochrana proti námrazám, kompenzovanie strát tepla v potrubí), pracovnými podmienkami, pri ktorých bude kábel pod napätím, a v neposlednom rade aj cenovou kalkuláciou realizácie.

Jadrá používané vo vykurovacích kábloch od rôznych výrobcov možno rozdeliť do týchto troch typov:

  • odporové drôty,
  • odporové lanká, vpolovodivé polymérne zmesi medzi dvomi vodičmi z Cu laniek.

Obr. 3.
1 – odporové jadro, 2 – izolácia, 3 – plášť

Prierezy odporových drôtov sa pohybujú v rozmedzí od 0,1 po 4,0 mm2, ktoré umožňujú zostaviť širokú paletu odporových jadier buď priamo z nich, alebo pri výrobe laniek. Niektorí výrobcovia robia aj káble s obdĺžnikovým prierezom vodiča. Obdĺžnikový prierez vodiča dovoluje použiť kábel dlhšou stranou obdĺžnika na vyhrievaný objekt a tým zväčšiť kontaktnú plochu oboch telies. Tiež sa možno stretnúť s jadrami, kde je odporový drôt malého priemeru navinutý na textilnej centrále. Takéto jadrá umožňujú minimalizovať vonkajšie priemery vykurovacích káblov pri zachovaní variability odporov jadier zmenou stúpania navinutého drôtu. Vyžadovaný tepelný výkon sa pohybuje v rozsahu 5 až 70 W/m, pričom pracovná teplota jadra je spravidla 70 až 80 °C.

Materiálom kovových vodičov sú odporové drôty zo zliatin medi s prísadou niklu, mangánu alebo chrómu. Obsah jednotlivých kovov v zliatinách sa pohybuje v rozmedzí 1 až 50 %.

Z pohľadu náročnosti materiálového riešenia sú najzaujímavejšie jadrá tzv. samoregulačných káblov. V tomto prípade sú paralelné vodiče z medi, najčastejšie laniek, ale mostík medzi nimi je vytvorený polymérom, ktorý je polovodivý, pričom závislosť vodivosti od teploty je nepriamo úmerná, t. j. so zvyšovaním teploty elektrická vodivosť polyméru klesá. Elektrický odpor polymérneho mostíka – vyhrievacieho prvku stúpa a úmerne tomu klesá prietok prúdu a tepelný výkon. S klesajúcou teplotou prebieha proces opačne a tepelný výkon sa zvyšuje. Táto dôležitá charakteristika tepelného samoregulačného kábla chráni kábel pred vlastným prehriatím.

Polymérne materiály pre jadrá samoregulačných káblov

Princíp samoregulačných vykurovacích káblov spočíva vo využití teplotnej závislosti tzv. polovodivých polymérnych materiálov, u ktorých s rastom teploty klesá ich elektrická vodivosť. Hlavnou zložkou samoregulačných káblov je jadro kábla, pozostávajúce z dvoch paralelných Cu vodičov, medzi ktorými je nanesená polovodivá polymérna vrstva (tzv. mostík). Pri bežnej teplote sa medzi nimi uzatvára elektrický obvod, v ktorom sa mení elektrická energia na tepelnú. So zvyšujúcou sa teplotou vykurovacieho kábla dochádza k zahriatiu polovodivej polymérnej vrstvy na teplotu, pri ktorej rastie jej odpor a prúd pretekajúci medzi Cu vodičmi je minimálny, pričom povrch kábla je zahriaty na požadovanú teplotu. Po poklese teploty kábla sa obnoví vodivosť polymérneho mostíka, obvod sa opäť uzavrie a kábel začína hriať. Tento proces, vyznačujúci sa určitou hysteréziou, sa cyklicky opakuje a spôsobuje autoreguláciu vykurovacieho kábla.

Obr. 4.
1 – odporové jadro, 2 – izolácia, 3 – opletenie, 4 – plášť

Polymérne materiály sú spravidla izolačné látky s vnútornou rezistivitou rádovo 1010 až 1017 W·m, podľa polarity ich makromolekúl. Zmenu ich vodivosti možno dosiahnuť čiastočne ich povrchovou úpravou, ale predovšetkým vnútornou úpravou hmoty polyméru, pričom iba druhá alternatíva zabezpečuje vodivosť polyméru, využiteľnú pre potreby jadier pre samoregulačné vykurovacie káble.

Najvýraznejšou teplotnou závislosťou sa vyznačujú polymérne materiály plnené anorganickými zložkami, upravujúcimi ich vodivosť. Najčastejšie sa na tieto účely používajú povrchovo upravované práškové kovy alebo rôzne modifikácie uhlíka (grafit, tzv. polovodivé sadze s veľkým povrchom). Z pohľadu ceny sú najvýhodnejšie sadzami plnené polymérne materiály s upravenou vodivosťou, pričom na dosiahnutie vodivosti, potrebnej na vytvorenie mostíka medzi Cu vodičmi samoregulačného vykurovacieho kábla, musí mať použitý polymér vnútornú rezistivitu rádovo 105 až 109 W·m. Takúto vodivosť možno dosiahnuť presne limitovaným podielom polovodivých sadzí v polyméroch, pričom ich množstvo umožňuje výrobu mostíkov s rôznym výkonom. Pomerne vysoký stupeň plnenia polymérnej matrice limituje aj výber materiálov vhodných na tieto účely, pretože výrazne zhoršuje ich spracovateľnosť a úžitkové vlastnosti. Z tohto pohľadu je výber materiálov obmedzený na nasledovné: pre teploty –5 až +80 °C – PVC, –20 až +80 °C – PE, –20 až +100 °C – XPE, –20 až +120 °C – EVaC, –25 až +90 °C – EPDM, –25 až +100 °C – PA a –30 až +180 °C – SiR. Treba tiež spomenúť, že predovšetkým pre teplotnú triedu zhodnú s PE možno použiť takmer celé spektrum bežných elastomérov plnených polovodivými sadzami, ich využitie je však závislé na technologickom vybavení spracovateľa (príprava zmesí, klasické vulkanizačné linky).

Polymérne materiály pre izolácie a plášte vykurovacích káblov

Izolácia jadier vykurovacích káblov má súčasne izolovať vodiče a odvádzať vznikajúce teplo. Z týchto dôvodov by ideálny elektroizolačný materiál pre vykurovacie káble mal mať tieto vlastnosti:

  • dobré elektroizolačné vlastnosti,
  • vysokú trvalú tepelnú odolnosť,
  • vysokú tepelnú vodivosť,
  • vyhovujúce mechanické vlastnosti,
  • dobrú spracovateľnosť,
  • nízku cenu.

Tab. 1. Kombinácie polymérnych materiálov doporučené normou IEC 60800
Izolácia jadra Prídavná izolácia Plášť
PVC PVC PVC
PVC PA PVC
EPDM PVCP VC
XPE PVC PVC
EPDM CSP CSP
XPE PE PE
XPE CSP CSP
EVaC CSP CSP
EVaC PA CSP

Materiál spĺňajúci všetky uvedené vlastnosti zatiaľ neexistuje. Vyžadovanú elektrickú pevnosť a vnútornú rezistivitu pri pracovných podmienkach vykurovacích káblov (max. 750 V) spĺňa drvivá väčšina bežne dostupných elektroizolačných materiálov.

Vzhľadom k tomu, že tepelné káble pre vykurovanie majú v mnohých konštrukciách jednoduchú a aj dvojitú izoláciu a zvyčajne tiež plášť, ktoré nemusia byť z rovnakého materiálu, dochádza pri kombinácii rôznych polymérnych materiálov k ich vzájomnému ovplyvňovaniu. Vzájomné pôsobenie rôznych typov polymérov je zvlášť výrazné pri vyšších teplotách, čo je presne prípad tepelných káblov. Tento problém je zohľadnený v normách IEC a VDE, ktoré doporučujú vzájomné kombinácie polymérnych materiálov. Doporučené kombinácie polymérnych materiálov sú uvedené v tab. 1 a tab. 2.

Ako vidno, norma IEC 60800 sa zameriava predovšetkým na materiály pre najviac používanú skupinu káblov, t. j. pre teploty povrchu jadra 80 °C, popr. 100 °C. Norma VDE 0253 v odporúčaných kombináciách polymérnych materiálov rieši izolácie pre vyššie teploty jadier vykurovacích káblov.

Tab. 2. Kombinácie polymérnych materiálov doporučené normou DIN VDE 0253
Izolácia jadra Prídavná izolácia Plášť
SiR SiR
EVaC PVC
Fluórpolymér PVC
SiR PVC
PP PA
Fluórpolymér EVaC
Fluórpolymér Fluórpolymér
EVaC EPDM
Fluórpolymér EVaC PVC
SiR PVC PVC

Rozvíjajúci sa trh s vykurovacími káblami v strednej Európe je v súčasnosti obsadený zhruba tromi dodávateľmi systémov káblového vykurovania. Títo spravidla sami nevyrábajú elektrické vykurovacie káble ani ostatné komponenty systémov. Aplikujú dodávky od rôznych výrobcov, pričom producenti vykurovacích káblov tento sortiment vyrábajú s využitím know-how a technológií používaných tiež pre iné skupiny káblov. Aj tu možno hľadať pomerne široké spektrum používaných izolačných a plášťových materiálov, predovšetkým pre nižšie teplotné triedy káblov. Pre ilustráciu uvádzame v tab. 3 prehľad funkčných vlastností polymérnych materiálov doporučených normami IEC 60800 a VDE 0253 z pohľadu požiadaviek na vykurovacie káble.

Z prehľadu uvedeného v tab. 3 vidno, že viac ako dve tretiny doporučených polymérnych materiálov pre ochranné obaly vykurovacích káblov sú pre teplotné triedy do 80, popr. 100 °C. Všetky uvedené materiály zároveň spĺňajú základné požiadavky na vykurovacie káble – dobré termomechanické vlastnosti, dlhú životnosť pri doporučenej teplote a prijateľnú tepelnú vodivosť.

Dlhodobým pôsobením tepla na polymérne materiály tieto degradujú a tým sa aj zhoršujú ich elektroizolačné a mechanické vlastnosti. Vzhľadom k tomu, že izolácia je nanesená priamo na vodič, je vyžadovaná čo najvyššia tepelná odolnosť elektroizolačných materiálov. Bežne dostupné a bežne používané polymérne materiály možno na základe ich trvalej tepelnej odolnosti zostaviť do tejto postupnosti:

PVC = PE < PP Ł XPE Ł EPDM Ł TPE = CSP Ł EVaC < SiR < fluorpolyméry (najodolnejšie), (PVC – polyvinylchlorid, EPDM – etylénpropylénový kaučuk, PE – polyetylén, TPE – termoplastický elastomér, PP – polypropylén, EVaC – etylénvinylacetát, XPE – zosietený PE, SiR – silikónový kaučuk, CSP – chlórsulfónovaný PE).

Tab. 3. Prehľad polymérnych materiálov pre izolácie a plášte vykurovacích káblov

  Merná hmotnosť Pevnosť Ťažnosť Elektrická pevnosť Vnútorná rezistancia Merné teplo Tepelná vodivosť Teplota použitia dlhodobá Cena
Jednotka kg·m–3 MPa % kV·mm–1 W m kJ·kg–1·K–1 W·m–1·K–1 °C Sk/kg
PE 920 – 950 20 min 500 22 > 1017 1,7 – 2,2 0,35 –50 +100 nízka
XPE 920 – 950 20 min 200 22 > 1017 1,7 – 2,2 0,35 –50 +100 stredná
PP 890 – 910 20 min 500 25 > 1017 1,8 – 2,0 0,16 –10 +100 nízka
PVC 1200 – 1400 15 min 250 10 – 15 > 1012 0,06 0,17 –20 +80 nízka
EVaC 920 – 950 10 min 600 20 > 1011 2,31 0,34 –50 +120 stredná
TPE 950 – 980 10 300 – 400 25 > 1016 1,8 – 2,0 0,30 – 0,35 –40 +100 vysoká
Fluór-polymér 1700 – 2200 40 – 60 150 – 400 80 > 1016 1,9 – 3,5 0,2 –190 +260 velmi vysoká
SiR 1250 6 – 8 250 – 300 30 > 1015 0,84 0,2 –50 +200 vysoká
EPDM 1200 10 – 15 300 – 600 25 > 1015 1,75 – 1,9 0,3 – 0,35 –60 +90 stredná
PA 1010 – 1020 55 – 60 200 – 300 18 > 1010 1,6 0,25 – 0,29 –60 +105 stredná
CSP 1200 – 1400 10 – 20 300 – 500 20 > 1011 1,75 – 2,2 0,3 – 0,5 –40 +100 vysoká

Jednou z typických vlastností polymérnych materiálov je ich zlá tepelná vodivosť. Bežne sa v technickej praxi používajú ako tepelné izolanty. Polymérne elektroizolačné materiály nie sú v tomto prípade výnimkou a pri konštrukcii vykurovacích káblov je treba s týmto faktorom rátať.

Vykurovacie káble sú najčastejšie používané ako pevne uložené. Z tohto dôvodu nie sú vysoké nároky na mechanické vlastnosti polymérnych obalových materiálov. K mechanickému poškodeniu najčastejšie môže dôjsť pri manipulácii s káblami a pri ich inštalácii.

Polymérne materiály sa spracovávajú technológiami plastov (PE, PVC, PP, TPE, fluorpolyméry) alebo gumárskymi technológiami (SiR, EPDM, EVaC, CSP). Na spracovanie zosietených termoplastov (XPE, EVaC) sa používa kombinácia oboch týchto technológií, ktoré rovnako bežne využívajú rôzni výrobcovia.

Obr. 5.
1 – odporové jadrá, 2 – izolácie, 3 – opletenie, 4 – plášť

Nezanedbateľným faktorom z hľadiska nákladov je cena použitých elektroizolačných materiálov. Samozrejme je snaha využívať čo najlacnejšie materiály pri garantovaní všetkých technických vlastností a noriem. Z hľadiska ceny možno elektroizolačné materiály zostaviť do tejto postupnosti:
PE < PP < PVC < EPDM < XPE < TPE < EVaC < CSP < SiR < fluorpolyméry (najdrahšie).

Výber vhodných polymérnych materiálov na izoláciu a plášte vykurovacích káblov je podmienený konečnou aplikáciou káblov a ich pracovnými podmienkami.

Najdôležitejšie dva parametre pri výbere izolačných a plášťových materiálov sú dlhodobá tepelná zaťažiteľnosť a cena materiálov.

Pre káble, ktorých teplota jadra v trvalej prevádzke nepresahuje 80 °C, je vhodné použiť ako izoláciu PE alebo PVC s ohľadom na cenu materiálu. PE aj PVC je rovnako vhodné použiť aj ako plášťové materiály. Materiál PP, ktorý má rovnako výhodné cenové relácie a tepelnú odolnosť vyššiu ako PE a PVC, sa neodporúča použiť z dôvodov menšej odolnosti voči mínusovým teplotám – problémy pri aplikácii pri nízkych teplotách, predovšetkým pre vonkajšie ohrevy.

Pre káble s teplotou jadra 100 °C sú vhodné izolačné materiály XPE, EVaC, CSP a TPE. Výber materiálu pre konkrétny typ je spravidla podmienený cenou jednotlivých druhov polymérov. Jednoznačne najdrahším typom sú TPE. Ako plášťové materiály v tejto teplotnej triede je možné použiť tiež PA a vulkanizáty na báze CSP a EPDM. Cenové náklady pre všetky typy materiálov sú porovnateľné.

Obr. 6.
1 – odporový vodič, 2 – Cu jadro, 3 – žila CYA, 4 – opletenie, 5 – plášť

Pre káble s pracovnou teplotou jadra do 120 °C sa výber vhodných materiálov podstatne zužuje. Na izoláciu jadra kábla sú vhodné EVaC, SiR a fluorované polyméry. Fluorpolyméry so svojimi vynikajúcimi mechanickými a elektrickými vlastnosťami a výbornou tepelnou odolnosťou sú jednoznačne najlepšími, ale aj najdrahšími elektroizolačnými materiálmi. Materiály na plášte káblov sú identické ako izolačné materiály.

Pri kábloch s teplotou jadra nad 150 °C sa výber materiálov zúžil na dva typy, a to SiR a fluorpolyméry. Pri teplotách nad 200 °C je nutné vylúčiť aj SiR. Kritéria pri výbere izolačných a plášťových materiálov sú v tomto prípade rovnaké.

Vrchné obaly jadier vykurovacích káblov, či už je to izolácia u káblov jednoduchej konštrukcie alebo plášť, musia tiež dostatočne dlhodobo odolávať vplyvom prostredia, v ktorom sú inštalované. U niektorých typov vykurovacích káblov sa vyžaduje zvýšená odolnosť voči UV žiareniu. Pokiaľ sa nejedná o sadzami stabilizované čierne obaly, najvhodnejšie sú pre nižšie teplotné triedy káblov materiály na báze polyolefínov. Materiály doporučené pre vyššie teplotné triedy káblov sa vyznačujú zároveň dobrou UV stabilitou.

Ak je požadovaná zároveň odolnosť voči olejom alebo chemikáliám, najvhodnejšie sú CSP a fluorpolyméry. Pri požiadavkách na flexibilitu káblov sú vhodnými obalovými materiálmi predovšetkým EPDM, TPE, SiR a EVaC. Požiadavku na samozhášavosť spĺňajú PVC a SiR, odolnosťou voči šíreniu ohňa sa vyznačujú fluorpolyméry. Pre plášte so zvýšenými nárokmi na mechanickú odolnosť (predovšetkým oder) sú najvhodnejšie PA a fluorpolyméry.

Najčastejšie konštrukcie vykurovacích káblov

Z pohľadu konštrukcie možno vykurovacie káble rozdeliť do dvoch skupín: na káble s jedným odporovým vodičom (konštrukcia a stručný popis je na obr. 1 až 4) a káble s paralelnými vodičmi. Do tejto skupiny možno zaradiť vykurovací kábel s paralelnými vodičmi, ktorého výhodou je jednoduchšia ukončiteľnosť vykurovacích okruhov (nemusí byť uložený tak, aby oba konce boli pri zdroji napätia) a ich vyšší výkon na meter kábla (obr. 5). Modifikáciou paralelného vykurovacieho kábla je kábel so spätným vodičom, uvedený na obr. 6. Jeden z vodičov je tzv. spätný, typ CYA, a jeho výhodou je jednoduchšie vytváranie meandrov vykurovacích okruhov prepojením koncov kábla. Posledným typom paralelného vykurovacieho kábla je tzv. samoregulačný (obr. 7). Jeho výhoda spočíva v jadre, ktoré je konštruované tak, že v dôsledku teplotnej závislosti vodivosti modifikovaného polyméru medzi dvomi Cu vodičmi nemôže dôjsť k jeho prehriatiu.

Záver

Elektrické podlahové vykurovanie zabezpečuje rovnomerný ohrev vnútorných interiérov, presnú reguláciu teploty a tým vytvára optimálne podmienky tepelného komfortu v obytných miestnostiach.

Obr. 7.
1 – Cu lanká, 2 – polovodivý mostík, 3 – izolácia, 4 – opletenie, 5 – plášť

Inštalácia elektrického vykurovania pomocou káblov je pomerne jednoduchá a v porovnaní s inými vykurovacími systémami aj cenovo výhodná. Široký sortiment vykurovacích káblov umožňuje vytvoriť systém spĺňajúci individuálne požiadavky užívateľa. Z týchto dôvodov sa množstvo aplikácií elektrického vykurovania pomocou káblov rozvíja dynamicky predovšetkým v krajinách s lacnejšou elektrickou energiou.

Polymérne materiály, používané v konštrukciách káblov pre podlahové vykurovanie, sú v kabelárstve známe a o ich termických vlastnostiach a dlhej životnosti pri zvýšených teplotách je veľké množstvo údajov, získaných dlhoročným výskumom v rozličných inštitúciách.

Zloženie a vlastnosti rozhodujúceho prvku – polovodivého polymérneho môstika samoregulačných káblov sú know-how jednotlivých výrobcov káblov, a preto sú samoregulačné káble výrazne drahšie oproti vykurovacím káblom klasickej konštrukcie. Ponúkajú však lepšie úžitkové vlastnosti a vyšší komfort pri aplikáciách.

Nesporné výhody elektrického podlahového vykurovania možno veľmi dobre využiť pri výstavbe nových obytných domov a priemyselných objektov, ale aj pri rekonštrukcii starších budov. Výborne sa systém elektrického podlahového vykurovania uplatňuje pri rekonštrukciách historických interiérov, kde často sú jedinou alternatívou vykurovania.

Aplikačné možnosti, vysoký užívateľský komfort ako aj prijateľné investičné náklady by nemali zostať nepovšimnuté zo strany architektov, projektantov, investorov a  v neposlednom rade tiež individuálnych stavebníkov.

Kde je zrejmá výhoda využitia vykurovacích káblov

  • Vykurovanie historických objektov bez narušenia estetiky interiéru.
  • Pri zabezpečovaní dopravy kvapalín reagujúcich na zmeny vonkajšej teploty (ohrev potrubí, sudov a zásobníkov).
  • Vykurovanie objektov v oblastiach, kde nie je plyn a nemožno kúriť uhlím (centrá väčších miest).
  • Na strechách a odkvapoch výškových budov na zabránenie spádu snehových závejov z nich.
  • Vyhrievanie mostov, príjazdových ciest a rámp alebo chodníkov proti námrazám (netreba odpratávať sneh, posýpať a nehrozí nebezpečie úrazov alebo havárií).
  • Udržiavanie teplej úžitkovej vody v rozvodnom potrubí bez cirkulácie, bezproblémová prevádzka vodného a odpadového potrubia pri okolitých mrazoch.
  • Ohrev liateho betónu pre vytvrdnutie v mrazoch (netreba prerušovať stavebné práce, nehrozí odparovanie chemických prídavkov do betónu).
  • Rozmrazovanie ľadu na nosných lanách alebo káblových rozvodoch signálov a energie.
Literatúra:

[1] VÍTEK, J.: Elektrické kabelové podlahové vytápění. Příloha časopisu Elektro, 1997, č. 5.

[2] VERBICH, O. – OVČIARIK, M. – SULOVÁ, J.: Materiálové a konštrukčné riešenie vykurovacích káblov. In: Konferencia Vykurovanie 1999. Stará Ľubovňa, 1999.

[3] DIN VDE 0253 Isolierte Heitzleitungen.

[4] IEC 1423-2, 1995 Heating cables for industrial applications – Part 2: Constructional and material requirements.

[5] PN VUKI 11009 z roku 2001.

[6] SOUŠEK, J.: Je přímotopné elektrické podlahové vytápění tím nežádoucím přímotopem? Elektro, 1996, č. 7.

[7] KUCBEL, J. – ŤAŽIAROVÁ, A.: Použitie elektrických samoregulovacích káblov v stavebníctve. TZB Haustechnik, 1998, č. 5, s. 36-43.

[8] PETRÁŠ, D.: Podlahové teplovodné vykurovanie. Bratislava, Jaga.

[9] Prospektové materiály pre vykurovacie káble VUKI a. s. Bratislava.