SnoTracTM 表面冰雪融化系统

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2008-12-9 8:27:39 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:热管

SnoTrac是目前世界上最耐用和有效的冰雪融化系统。根据集肤效应加热原理,SnoTrac系统利用一种坚固的、厚管壁的碳钢“热管”来融化冰雪。这种埋在混凝土或沥青中的热管利用根据项目需要而制造的SnoTrace电缆将能量安全地传送到系统中。SnoTrace系统的一个突出特点是它只需很少的回路就可以融化较大面积的冰雪,从一个电源点可以加热190 m2以上。
 
每个SnoTrac系统均严格按照国家电气法规(NEC)中专门关于集肤效应加热系统的第426和427款的要求进行设计、制造和安装。此外,SnoTrac集肤效应系统通过了美国工厂业务互检协会(文件编号:J.I.2N6A0.AF)和UL(文件编号:E163149,第94NK14488号项目)的关于冰雪融化产品的认证,保证了赛盟公司提供的系统的性能和安全。赛盟公司提供一套计算书并获得了上述批准。
 
可靠性良好、使用寿命长和维护方便是用户选择赛盟系统用于冰雪融化的重要原因,其它原因还有:
l           与电阻式伴热带相比,在一定的区域内SnoTrac系统所需的回路数量少
l           对于SnoTrac电缆不存在无法更换电缆的问题
l           SnoTrac系统的能耗成本低于液体循环加热式冰雪融化系统
l           赛盟公司为SnoTrac公司提供了良好的设计与工程帮助
l           热管非常坚固
l           赛盟交钥匙工程不仅保证SnoTrac的产品本身的质量,而且保证其安装质量和使用性能
l           安装方便,并可现场灌注混凝土。
 
加热系统描述…
 
SnoTrac集肤效应加热系统的原理基于两个现象:场效应和集肤效应。其加热部件是碳钢管(又叫做热管),其内部穿有一根专门设计的含氟聚合物绝缘的电缆。热管和绝缘的伴热电缆在一端相连,另一端与交流电源相连。交流电压在电缆中产生电流,并从热管内壁流回。由热管流回的电流集中在热管内壁,是因为绝缘的电缆和回流热管中的电流所形成的电磁场效应。回流电流穿透热管达一定深度,该厚度被称为“集肤厚度”。集肤深度内的电流在热管中产生热量,这部分热量传到四周的混凝土中。由于如上所述的现象,热管的外表面几乎没有电压,如需要可以将SnoTrac系统两端或中间点接地。集肤效应原理详见本手册中第3页。
 
热管
含氟聚合物的抗磨损外套
含氟聚合物绝缘层
镀镍铜绞线
 
集肤效应原理
 
交流电流密度在电缆的截面上分布并不均匀,表面的电流密度较高,这就是所说的“集肤效应”现象。流过电缆截面的有效电流减少了,而其有效阻值则增加了。由于电缆内部电通量不同,产生自感应电磁力,从而形成集肤效应,且交流电频率越高,集肤效应越明显。
 
集肤效应现象的示意图见图1、图2和图3。如图1所示,在给圆钢施加交流电压之后,电流从其外表面流过,而不是其中心流过。
 
图2显示的是将圆钢变成钢管所发生的情况。电流仍然在钢管的外表面流动(管内的电流仍为零)。
 
图3显示的是在钢管内的电缆与钢管相连,并施加交流电。在此情况下,电流由绝缘的电缆流过,经钢管内表面流回,钢管的外表面没有电流。
 
图3所示的连接方式是SnoTrac集肤效应加热系统的基础。由于需要进行冰雪融化处理的区域通常是矩形或其他不规则形状的,因此热管应依照上述形状进行铺设。为此,需要使用一些穿线盒、电源接线盒和尾端接线盒。电源接线盒和尾端接线盒应防潮、防日晒。
 
使用碳钢管作为热管保证了热管的良好铁磁性能,管壁厚表号为40的碳钢管在采用工频交流电时会产生很好的集肤效应。必须注意到,如果使用铜或其它非磁性材料,则只有在特别高的频率下才会发生集肤效应。
 
通过集肤效应系统产生热量
 
集肤效应伴热不是利用感应效应产生热量而是用来通过将电流通路仅集中在电缆截面的一小部分来增加加热回路中的一部分有效电阻。SnoTrac系统所产生的热量主要是由通过增加的碳钢管阻抗所产生的。(SnoTrac电缆在电流流向集肤效应尾端接线盒时不可避免地产生I2R的热量)。
 
当电流(由此会产生热量)产生于热管的内表面时,所产生的热量将从热管传递到周围的混凝土中,从而提升混凝土表面的温度,并将混凝土温度提高到设计温度,直至足以融化冰雪而不会给混凝土或系统造成损害。
 
SnoTracTM 表面冰雪融化系统
 
电气原理图…
 
集肤效应系统由一个钢管和钢管内的绝缘铜电缆组成,钢管充作一个交流回路的一个导体,钢管内的绝缘铜电缆则作为交流回路的另一导体。电缆中的交流电的电磁感应效应在热管的内壁产生集肤效应,集肤深度取决于交流电的频率,并可计算得出。
 
铁磁性钢管所产生的集肤效应使热管外层完全没有电流,因此钢管可在其长度的任何位置接地,并可固定于混凝土中的加固钢筋上,钢筋也可任意接地。此外,钢管为其内部的电缆提供了机械保护和防潮保护。
 
SnoTrac系统的项目范围
 
通常用于防止冰雪积聚对一表面区域伴热的系统建议包括SnoTrac集肤效应系统的设计、制造和供应,赛盟公司的工作范围包括:
· 依据用户或设计单位提供的设计参数进行系统的计算
· 选择热管的规格及SnoTrac电缆
· 采用有限元素分析验证其性能
· 计算SnoTrac变压器并选择为加热系统供电的二次侧电压
· 如需要,设计和提供相平衡装置
 
现场接线箱    SnoTrac电源接线盒
                   SnoTrac尾端接线盒
变压器         赛盟SnoTrac柜
禁止接地     接地
                  降雪传感器   热管
                  SnoTrac电缆          
 
· 设计及供应辅助设备,现场接线箱、电源接线盒、尾端接线盒和穿线盒
· 提供设计图纸,包括显示热管布置和所有接线盒位置的图纸、电气原理图、现场接线图、变压器接线图和配电及控制盘
· 提供碳钢热管、管接头和其它相关附件的规格
· 提供热管、管接头及相关附件的安装、焊接和检测要求
· 提供SnoTrac加热系统的操作及维护手册
· 提供技术支持,包括现场指导安装及检测
· 调试、开车和培训SnoTrac系统的维护人员
 
SnoTrac 系统的优越性
 
· 安装方便,所采用的技术也是众所周知的
·  SnoTrac系统中的材料,除了SnoTrac电缆,均容易获得
· 系统安全性能高,热管与大地等电势,坚固的热管为SnoTrac电缆提供完善的机械性保护
·  适用于爆炸危险性环境高(可用于1级2类)
· SnoTrac系统单个电路的有效加热面积为电阻式伴热带的6倍
· 维护方便,SnoTrac电缆可以在不损坏混凝土结构的情况下进行拆卸、替换和检查
 
关于SnoTrac系统问答
 
问:SnoTrac系统的一次侧和二次侧电压是多少?
答:SnoTrac系统通常可以使用277~480伏(交流电)的标准工业电压作为供电电压;二次侧电压由为特别设计的专用变压器提供,二次侧电压通常为480伏(交流电)或更低。
问:SnoTrac系统的功率密度是多少
答:SnoTrac系统的每英尺输出功率为45-50瓦特。很多应用场合可能只需要上述热/电输出,选用热管布置中心到中心间距为12英寸(300 mm)。当需要的热量越高,热管的间距就相应缩小。
问:需要多少个供电点为SnoTrac系统供电?
答:单个SnoTrac回路可以达2000英尺(610 m)。SnoTrac系统的典型安装的回路长度范围为800~1850英尺(240-560 m)。
问:SnoTrac系统会产生电磁干扰吗?
答:SnoTrac系统的设计工作频率为工频(50/60赫兹),不会产生射频干扰;
 
问:SnoTrac系统的可靠性如何?
答:SnoTrac系统的主要包括碳钢热管、SnoTrac电缆、电压器和配电设备,该系统被认为是可靠性很高的伴热系统,由于有热管的保护SnoTrac系统电缆,这使该系统成为了同类系统中最经久耐用的系统。
问:SnoTrac系统在电压不足的情况下是否可以运行?
答:可以。一般而言,电压降低除了可能会使热输出量相对减少外,不会影响系统的运行。但是,系统的相关控制功能元件,如变压器、接触器和传感器可能无法正常工作。因此,除非是在紧急情况下,不建议让系统在低于要求电压的条件下运行。
问:SnoTrac系统与阴极防腐系统是否兼容?
答:热管中所产生的电流不会穿透热管的管壁。这样就消除了可能产生的杂散电流,故热管及其所连接的加固钢筋安全接地。所以可以说,SnoTrac系统与阴极防腐系统是兼容的,因为两个系统之间不存在电流干扰。
问:SnoTrac电缆的结构如何?
答:SnoTrac电缆由一根镀镍铜绞线制成,可以保证在安装过程中保持最大限度的灵活性。电缆的外护套为具有抗磨损和耐热的含氟聚合物绝缘层。电缆的尺寸和绝缘厚度取决于电/热要求以及系统的工作电压。
问:SnoTrac系统需要什么备件?
答:取决于配电设备的不同,SnoTrac系统的备件通常包括:指示灯泡、保险丝和备用SnoTrac电缆。备件的实际品种和数量要根据不同的项目提出不同的建议。

通用技术要求
第一部分 概述
 
1、  设计、供应和安装经UL和美国工厂业务互检协会(FM)认证、专门用于融化冰雪的系统(包括伴热电缆及其组件),加热系统应要适于埋在混凝土中。伴热系统应符合美国国家标准协会/电气和电子工程师协会标准ANSI/IEEE 515-1997标准,并完全依照制造商的安装说明进行安装,不能违反安装及操作说明
2、  加热系统被称作“集肤效应加热系统”,该系统包括铁磁性热管、可更换的600伏集肤效应单芯电缆、配电及控制设备、降雪传感器及所需安装附件。系统材料、设计计算以及安装检测均由制造商完成。一般不允许使用直埋式电阻伴热带,除非对此加热方案另有考虑
3、  回路的数量取决于系统的设计和性能要求(参见第三部分)。热管布置时应考虑达到在设计图纸所示区域的系统性能要求的功率密度,热量大部分由热管的集肤深度产生
4、  SnoTrac系统供电电压为380伏(或其他电压),由集肤效应制造商根据回路所需功率计算选定专用变压器,由变压器向回路供电
5、  电气设计应能平衡供电侧的三相平衡,因集肤效应加热为单相负荷,回路数量应设计为偶数,选用三相变两相的T型变压器。变压器的数量及容量由系统设计者确定
6、  集肤效应电路中的电压不得超过480伏(交流电)
 
第二部分 产品
 
1、  热管应为管壁厚表号为40的无缝或有缝碳钢管(ASTM A-53,或相当的国内的10号碳钢管),热管的规格由制造商决定。热管的内壁要光滑,没有铁锈、毛刺或其它可能损伤集肤效应电缆的杂质,热管端部应打圆角
2、  所有管接头材料应为ASTM A-53或相当的材料,焊缝为100%连续焊
3、  热管可由施工单位提供
4、  集肤效应电缆:为一根裸绞线,其外为挤压的含氟聚合物绝缘层,并在其外挤压含氟聚合物的抗磨损外套。绝缘层的厚度为0.030英寸(0.76 mm),抗磨损外套的厚度为0.012英寸(0.30 mm)。上述厚度为最小允许值,其挤压允许误差为+10 mil/-0。绝缘材料应为原装的含氟聚合树脂。伴热电缆应采用50微英寸(1.3微米)的镀镍退火同心铜线的绞线,铜绞线的规格及绞合方式由集肤效应制造商确定
5、  制造商应提交下列集肤效应电缆测试的结果报告,这些报告将作为设计材料的一个组成部分:
a、  高压火花试验—在制造过程中(挤压或冷却),电缆必须要进行在线的高压火花试验,在线速度不高于10英尺/秒(3 m/s)的情况下承受最少10,000伏的电压。测试过程中一旦发现问题,必须在故障部位做好标记,在绝缘层挤压完成之后,将检测不合格的部分除掉后再盘到电缆盘上
b、  直流电压绝缘耐压测试—制造完成之后,所有电缆浸入水中并通电进行5分钟的10,000伏直流电压耐压测试。在进行测试之前,电缆应在水中至少浸泡6小时。(首先在额定的交流电压下对电缆进行3次15秒检测,然后逐步升压,每次检测的电压都比上一次增加2千伏,每次持续15秒钟,直至达到5分钟的测试电压)。如绝缘层产生电弧或被击穿,则表明检测不合格,电缆上的所有检测不合格的部分均应予以去除
c、  交流电压绝缘耐压测试—从每批次电缆上取一段10英尺(3 m)长的试样,将其浸入水中,并逐步加电至2,200伏(交流电)。在最高电压之下的持续时间为1分钟。(首先在额定的交流电压之下对电缆进行两次10秒检测,然后每次升压500伏进行检测,检测时间15秒,直至达到1分钟的测试电压)。如绝缘层产生电弧或被击穿,则表明检测不合格
d、  尺寸测量—从每批次电缆在两端各取一段长为6英寸(150 mm)的试样,并对每段电缆的绝缘层尺寸及线芯直径进行测量。检测结果必须要符合产品规格要求
e、  产品标识—所有的电缆交货盘上必须标明产品情况,并且在抗磨损外套上要连续印上制造商名称、绝缘材料、线径(美国线规AWG)、线芯类型、额定电压及产品编号
6、  穿线盒、膨胀盒、电源/尾端接线盒应由集肤效应系统制造商提供。盒体外涂环氧涂层,盒盖配有防水垫片。电源连接或接地,应采用铜端子
7、  盘/柜:控制盘,包括断路器和接触器,应为防尘、防水的NEMA 4X(相当于IP 65),适用于户外。盘/柜应包括端子排和内部接线,控制系统就带有用于接地故障保护电流监测装置
8、  控制系统组成:集肤效应加热系统的控制系统应由制造商设计,并包括可编程逻辑控制器(PLC)、继电器、接触器和计量用继电器或电流继电器、以及显示加热回路电流值的电流表,并可能包括(为方便使用,可另外设置单独的盘/柜)一个紧急按钮和指示系统状态的一组指示灯,如系统正常、系统故障、各加热回路通电指示灯等
 
第三部分 系统性能
 
1、  所设计的冰雪融化系统要能在环境温度不低于_____ºC且风速不高于____km/hr的情况下保证地表面没有冰雪
2、  系统的性能应在融化冰雪时加热区域表面温度至少达到0ºC。回路断路器的容量应按在冷混凝土启动电流来确定
3、  制造商应使用计算机辅助设计程序提交混凝土截面的ANSYS有限元素分析(FEA)结果。该设计程序旨在验证冰雪融化系统能够正常运行的最恶劣环境条件。该程序可以验证冰雪融化系统在环境气温、相对湿度和降雪量三个设计参数下的最低融雪量(英寸/小时)
 
第四部分 安装
 
1、  冰雪融化系统的应在集肤效应系统制造商的指导下来安装
2、  承包商应负责协调集肤效应系统制造商的要求和现场的特定安装要求。这些要求包括但不限于:制作或采购各类穿线盒、膨胀盒、电源/尾端接线盒以及连接组件及其他附件,选用合适的控制电缆、伴热电缆等
3、  在安装加固钢筋及浇注混凝土之前,应先将管壁厚表号为40的碳钢热管埋入到混凝土的上层。如安装图纸所示,热管应用垫板支撑,可用铁丝将钢筋固定在热管上。热管应在浇注完毕后混凝土表面以下2-3英寸(50-75 mm)之间。在安装过程中尤其要注意结构混凝土层或顶部混凝土层中的伸缩接缝、施工或工作接缝。在需要时,应安装膨胀盒。对热管的两端进行打磨处理,倒角大约为10º。清洁热管内表面以确保清除管内的切削油、毛刺和其它机械杂质。对管接头进行100%满焊,防止混凝土进入热管内部
4、  依照制造商的安装手册和设计图纸安装电源/尾端接线盒、膨胀盒和穿线盒
5、  在热管中穿伴热电缆之前,应先对穿线盒与穿线盒之间的热管内部进行清理,确保热管内部没有杂质和杂物。不需要电缆拉线头,拉力不应超过300磅(136 公斤力)
6、  在变压器与配电柜、配电柜与控制盘、控制盘与加热回路电源接线盒之间提供接线端子。按照制造商的手册对融雪电缆进行冷端电源制作
7、  根据设计资料安装变压器、控制盘、配电柜等设备
8、  对变压器、配电柜、控制盘、温度控制器和加热回路电源之间进行接线
 
第五部分 检测
 
1、  应由制造商派出的代表对所有热管接头进行外观检查,确保接头的焊接符合制造商的要求
2、  在进行端部连接之前先用2,500伏直流兆欧计(摇表)对集肤效应电缆和热管之间进行绝缘电阻测试。尽管建议使用2,500伏直流摇表,但也可使用500伏以上的摇表进行测试。不论电缆长度如何,电缆对地电阻均应大于20兆欧姆。注意:本测试进行完毕之后方可将电缆的两端连接
3、  冰雪融化系统的调试应在制造商的指导下进行,以确保系统正常运行
4、调试时所有控制和安全设备均应处于工作状态,并将系统的运行数据与设计计算结果进行核对。制造商应提供操作手册


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