КАБЕЛЬНАЯ НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2001 года по МПК H05B3/56 H05B3/36 F24D13/02 

Изобретение относится к электронагревательным системам, применяемым для обогрева помещений, кровли, участков автодорог и т. п. и может быть использовано в строительстве, как элемент конструкции встроенных систем отопления, например, при размещении электронагревательных систем в бетонной стяжке пола.

Известна кабельная система для отопления помещений (патент РФ N 2121772, МПК 6 H 05 В 3/35, опубл. 10.11.1998), содержащая электронагревательные кабели, устройство для регулирования температуры, термочувствительный датчик, соединительные кабели и соединительные муфты. Кабельная система выполнена в виде не менее одной нагревательной секции, включающей нагревательный и соединительные кабели, выполненные с полимерной термостойкой оболочкой. Каждый конец нагревательного кабеля соединен, соответственно, с одним из концов соединительных кабелей и соединения герметизированы в соединительных муфтах. Нагревательный кабель имеет многослойную изоляцию, покрытую экранирующим проводником, соединенным с заземленной нейтралью. Поверхность экранирующего проводника защищена нанесенный поверх него термостойкой полимерной оболочкой.

Наличие экранирующего проводника уменьшает индуцируемые нагревательным кабелем электромагнитные поля до уровней, не превосходящих допустимых по санитарным нормам, но такая конструкция нагревательного кабеля удорожает систему.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой системе является кабельная нагревательная система (см. DE-VI "Строй - price", N 14 (147), 1999), содержащая по крайней мере один одножильный неэкранированный нагревательный провод, уложенный, например, в форме меандра, над теплоотражающей проводящей поверхностью (экраном), зафиксированный относительно нее бетонной стяжкой и подключенный к силовой сети через подключенные к его концам с помощью соединительных муфт соединительные провода.

Однако такие кабельные системы имеют повышенный уровень напряженности электромагнитного поля в пространстве, окружающем кабельную систему и, кроме того, по соображениям электробезопасности применяются только для обогрева сухих помещений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение уровня напряженности электрической составляющей электромагнитного поля в пространстве, окружающем кабельную нагревательную систему, при одновременном повышении ее электробезопасности для биологических объектов, то есть повышение совместимости такой системы с биологическими объектами.

Решение этой задачи достигается тем, что известная кабельная нагревательная система, содержащая по крайней мере один неэкранированный изолированный нагревательный провод над проводящим тепловым экраном и зафиксированный относительно него бетонной стяжкой, при этом концы нагревательного провода через соединительные муфты присоединены к первым концам соединительных проводов, второй конец первого соединительного провода подключен к нейтральному выводу силовой сети, соединенному с защитным заземлением, снабжена входным устройством защиты, содержащим реле обрыва тока, реле цепи управления, каждое из которых имеет обмотку и нормально разомкнутую контактную группу, реле с низкоомной обмоткой и нормально замкнутой контактной группой, кнопки запуска и отключения кабельной нагревательной системы, при этом один конец обмотки реле обрыва тока подключен ко второму концу второго соединительного провода, а второй конец обмотки реле обрыва тока через последовательную цепь, состоящую из нормально разомкнутой контактной группы реле цепи управления и нормально разомкнутой контактной группы реле обрыва тока, подключен к фазовому выводу силовой сети, а параллельно нормально разомкнутой контактной группе реле обрыва тока включена кнопка запуска кабельной нагревательной системы, в точку соединения концов нормально разомкнутой контактной группы реле обрыва тока, нормально разомкнутой контактной группы реле цепи управления и кнопки запуска кабельной нагревательной системы включен один из концов обмотки реле цепи управления, другой конец обмотки которого подключен к нейтральному выводу силовой сети через последовательную цепь, состоящую из кнопки отключения кабельной нагревательной системы и нормально замкнутую контактную группу реле с низкоомной обмоткой, которая включена между нейтральным выводом силовой сети и проводящим тепловым экраном.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена кабельная нагревательная система, на фиг. 2 показан разрез по А-А.

Кабельная нагревательная система содержит неэкранированный изолированный нагревательный провод 1, уложенный, например, в форме меандра 2, в плоскости над проводящим тепловым экраном 3, удаленной от нее на расстоянии Δ . Неэкранированный изолированный нагревательный провод 1 зафиксирован относительно плоскости проводящего теплового экрана 3 бетонной стяжкой 4. Концы нагревательного провода через соединительные муфты 5 и 6 присоединены к первым концам соединительных проводов 7 и 8, второй конец первого соединительного провода 7 подключен к выводу 9 нейтрали силовой сети, соединенному с защитным заземлением 10.

Кабельная нагревательная система имеет входное устройство защиты 1, образованное реле 12 обрыва тока, один конец обмотки 13 которого подключен ко второму концу второго соединительного провода 8, а второй конец этой обмотки 13 через последовательную цепь, состоящую из нормально разомкнутой контактной группы 14 реле 15 цепи управления и нормально разомкнутой контактной группы 16 реле 12 обрыва тока, подключен к фазовому выводу 17 силовой сети, а параллельно нормально разомкнутой контактной группе 16 реле 12 обрыва тока включена кнопка 18 запуска кабельной нагревательной системы. В точку 19 соединения концов нормально разомкнутой контактной группы 16 реле 12 обрыва тока, нормально разомкнутой контактной группы 14 реле 15 цепи управления и кнопки 18 запуска кабельной нагревательной системы подключен один из концов обмотки 20 реле 15 цепи управления, другой конец обмотки 20 которого через последовательную цепь, состоящую из кнопки 21 отключения кабельной нагревательной системы и нормально замкнутую контактную группу 22 реле 23, имеющего низкоомную обмотку 24, подключен к нейтральному выводу 9 силовой сети, причем низкоомная обмотка 24 реле 23 включена между нейтральным выводом 9 силовой сети и проводящим тепловым экраном 3.

Кабельная нагревательная система работает следующим образом.

При нажатии на кнопку 18 запуска кабельной нагревательной системы ее нормально разомкнутые контакты замыкаются и напряжение питания от силовой сети поступает через фазовый и нейтральный вводы 17 и 9, контакты кнопки 18 к последовательной цепи управления, состоящей из обмотки 20 реле 15 цепи управления, нормально замкнутые контакты кнопки 21 отключения кабельной нагревательной системы и нормально замкнутую контактную группу 22 реле 23. В последовательной цепи управления возникает ток, срабатывает реле 15, и контакты его нормально разомкнутой контактной группы 14 замыкаются. При этом в цепи обмотки 13 реле 12 обрыва тока возникает ток, протекающий по неэкранированному изолированному нагревательному проводу 1. Появление тока в обмотке 13 реле 12 обрыва тока приводит к его срабатыванию, контакты его нормально разомкнутой контактной группы 16 замыкаются и фиксируют рабочий режим кабельной нагревательной системы до момента принудительного разрыва цепи управления кнопкой 21 отключения кабельной нагревательной системы. Нажатие на кнопку 21 отключения кабельной нагревательной системы приводит к обесточиванию обмотки 20 реле 15 цепи управления, срабатыванию реле, 15 цепи управления и, следовательно, размыканию его нормально разомкнутой контактной группы 14, что обесточивает обмотку 13 реле 12 обрыва тока, его срабатывание и размыкание контактов его нормально разомкнутой контактной группы 16, которая этим фиксируется в разомкнутом состоянии.

Тепло от протекания тока по неэкранированному изолированному нагревательному проводу 1 через бетонную стяжку 4, отражаясь от проводящего теплового экрана 3, передастся в воздушную среду, например, отапливаемого помещения.

При нормальной изоляции неэкранированного изолированного нагревательного провода 1 ток в проводящем тепловом экране 3 отсутствует, так как цепь, в которую он включен, не замкнута. Поскольку проводящий тепловой экран 3 подключен через обесточенную низкоомную обмотку 24 реле 23 к нейтральному выводу 9 силовой сети, то он представляет эквипотенциальную поверхность с нулевым потенциалом. Эффект уменьшения электрической составляющей электромагнитного поля в пространстве над бетонной стяжкой 4 достигается вследствие изменения структуры электрического поля в пространстве. Действительно, изолированный от нейтрального вывода 9 силовой сети проводящий тепловой экран 3 с толщиной много меньшей глубины проникновения поля на промышленной частоте, не оказывает существенного влияния на электромагнитное поле кабельной нагревательной системы. При занулении же проводящего теплового экрана 3, он, даже при малой толщине, приобретает функцию электрического экрана, так как в каждом сечении кабельной нагревательной системы между неэкранированном изолированным нагревательным проводом 1 и проводящим тепловым экраном 3 приложена разность потенциалов. При этом на промышленной частоте 50 Гц электрическая составляющая квазистатического электрического поля, в каждым поперечном сечении неэкранированного изолированного нагревательного провода 1, в основном, сосредотачивается в пространстве между ним и экраном (по аналогии с полем проводника над проводящей поверхностью). При этом величина напряженности электрического поля в пространстве над неэкранированным изолированным нагревательным проводом 1 уменьшается. Так, при величине промежутка Δ в пределах 10 мм между неэкранированным изолированным нагревательным проводом 1 и проводящим тепловым экраном 3, выполненным из алюминиевой фольги с толщиной 0,1 мм, величина напряженности электрического поля в пространстве над неэкранированным изолированным нагревательным проводом 1 уменьшатся в 3-7 раз.

Обеспечение электробезопасности кабельной нагревательной системы, образованной неэкранированным изолированным нагревательным проводом 1 достигается тем, что при повреждении его изоляции и замыкании его на проводящий тепловой экран 3 происходит рост тока в низкоомной обмотке 24 реле 23, которое срабатывает, его нормально замкнутая контактная группа 22 размыкается, обмотка 13 реле 12 обрыва тока обесточивается, его контактная группа 16 размыкается и фиксируется в этом состоянии. Происходит аварийное отключение кабельной нагревательной системы от фазового ввода 17 силовой сети.

Защитное отключение кабельной нагревательной системы от силовой сети при обрыве в неэкранированном изолированном нагревательном проводе 1 осуществляется реле 12 обрыва тока, исчезновение тока в обмотке 13 которого вызывает cpaбaтывание его нормально разомкнутой контактной группы 16, фиксирующейся в разомкнутом состоянии. При этом происходит аварийное отключение кабельной нагревательной системы от фазового ввода 17 силовой сети.

Прикосновение пользователя к проводящему тепловому экрану 3 безопасно как в случае обесточенной низкоомной обмотки 24 реле 23 ввиду того, что при этом проводящий тепловой экран 3 имеет потенциал защитного заземления 10 независимо от величины сопротивления низкоомной обмотки 24, так и в аварийном режиме - при замыкании неэкранированного изолированного нагревательного провода 1 на проводящий тепловой экран 3 благодаря низкому сопротивлению проводящего теплового экрана 3 и низкоомной обмотке 24 реле 23. В обоих режимах сам проводящий тепловой экран 3 выполняет функции защитного заземления, так как подключен к выводу 9 нейтрали силовой сети, соединенному с защитным заземлением 10.

Изоляция неэкранированного изолированного нагревательного провода 1 может быть выполнена в виде полимерной термостойкой оболочки, а соединительные муфты 5 и 6 изготавливаются из материала аналогичного химического состава.

Устройство может использоваться в комплекте со стандартным блоком регулирования температуры, содержащим датчик температуры, коммутирующий элемент и программатор, задающий оптимальный режим регулирования. При этом механические кнопки запуска 18 и отключения 21 кабельной нагревательной системы должны быть заменены на электронно-управляемые аналоги.

Такая кабельная нагревательная система обеспечивает электробезопасность и электромагнитную совместимость с биологическими объектами при установке в жилых помещениях и равномерное распределение температуры по высоте помещения, аналогичные более дорогостоящим кабельным нагревательным системам, выполненным из экранированных нагревательных проводов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электронагревательным системам, применяемым для обогрева помещений, кровли и т.п. и может быть использовано как элемент встроенных систем отопления. Технический результат от использования изобретения - уменьшение уровня напряженности электрической составляющей электромагнитного поля в пространстве, окружающем такую систему, при одновременном повышении ее электробезопасности. Сущность изобретения состоит в следующем. Система содержит неэкранированный изолированный провод (1) над проводящим экраном (3). Провод (1) зафиксирован относительно плоскости теплового экрана (3) бетонной стяжкой (4). Концы провода (1) через муфты (5) и (6) соединены с первым концом проводов (7) и (8), второй конец первого соединительного провода (7) подключен к выводу (9) нейтрали силовой сети, соединенному с защитным заземлением (10) Согласно изобретению система имеет входное устройство (11) защиты, содержащее реле (12) обрыва тока, один конец обмотки (13) которого подключен к выводу (8), а другой ее конец (13) через последовательную цепь из нормально разомкнутой контактной группы (14) реле (15) цепи управления и нормально разомкнутой контактной группы (16) реле (12), подключен к фазовому выводу (17) силовой сети. Параллельно контактной группе (16) реле (12) обрыва тока включена кнопка (18) запуска системы. В последовательной цепи управления возникает ток, срабатывает реле (15), цепи управления и контакты его нормально разомкнутой контактной группы (14) замыкаются. В цепи обмотки (13) реле (12) обрыва тока возникает ток, протекающий по проводу (1). Это приводит к срабатыванию реле (12), контакты его нормально разомкнутой контактной группы (16) замыкаются и фиксируют режим системы до принудительного разрыва цепи управления кнопкой (21) отключения системы. Нажатие на эту кнопку приводит к обесточиванию обмотки (20) реле (15) цепи управления. 2 ил.

Кабельная нагревательная система, содержащая по крайней мере один неэкранированный изолированный нагревательный провод над проводящим тепловым экраном и зафиксированный относительно него бетонной стяжкой, при этом концы нагревательного провода через соединительные муфты присоединены к первым концам соединительных проводов, второй конец первого соединительного провода подключен к нейтральному выводу силовой сети, соединенному с защитным заземлением, отличающаяся тем, что что она снабжена входным устройством защиты, содержащим реле обрыва тока, реле цепи управления, каждое из которых имеет обмотку и нормально разомкнутую контактную группу, реле с низкоомной обмоткой и нормально замкнутой контактной группой, кнопки запуска и отключения кабельной нагревательной системы, при этом один конец обмотки реле обрыва тока подключен ко второму концу второго соединительного провода, а второй конец обмотки реле обрыва тока через последовательную цепь, состоящую из нормально разомкнутой контактной группы реле цепи управления и нормально разомкнутой контактной группы реле обрыва тока, подключен к фазовому выводу силовой сети, а параллельно нормально разомкнутой контактной группе реле обрыва тока включена кнопка запуска кабельной нагревательной системы, в точку соединения концов нормально разомкнутой контактной группы реле обрыва тока, нормально разомкнутой контактной группы реле цепи управления и кнопки запуска кабельной нагревательной системы включен один из концов обмотки реле цепи управления, другой конец обмотки которого подключен к нейтральному выводу силовой сети, через последовательную цепь, состоящую из кнопки отключения кабельной нагревательной системы и нормально замкнутую контактную группу реле с низкоомной обмоткой, которая включена между нейтральным выводом силовой сети и проводящим тепловым экраном.