Stránka 1 Provoz a poruchy topných kabelů Datum: 31.3.2008 Autor: Jiří Koreš Zdroj: Elektroinstalatér 1/2008 Článek nemá za úkol unavovat teoretickými úvahami a předpisy, ale nabízí pohled na topné kabely z hlediska chyb při návrhu, instalaci a provozu. Všeobecně V posledních několika letech došlo k masivnímu rozšíření používání topných kabelů. Rozlišuje se asi pět základních skupin: 1. podlahové vytápění - kabely, - teplá dlažba; 2. ochrana potrubí - kabely; 3. ochrana okapů - kabely; 4. ochrana venkovních ploch - kabely; 5. technologické ohřevy - kabely, fólie. Pro uložení pod dlažbou (teplá dlažba) se většinou užívají rohože, kdy vlastní topný kabel je umístěn na rastru (obr. 1), se kterým je jednodušší práce při montáži. Pro uložení ve vrstvě betonu se zpravidla užívá samotný kabel, který se upevňuje například na armaturu nebo na kladky či lepením k podkladnímu betonu (obr. 2). Obr. 1 Topná rohož Obr. 2 Topný kabel Proti přímotopům, prosazovaným v nedávné minulosti, nabízí využití topných kabelů, případně i fólií, některé výhody. Je to relativně levné z hlediska pořizovacích nákladů. Další výhodou je dobrá možnost regulace, a to zejména ve spojení s inteligentními termostaty. Podlahové topení je proti klasickému (radiátory, konvektory) výhodnější, protože stejné tepelné pohody lze dosáhnout při nižší teplotě vzduchu, což přináší úsporu 3-6 % energie. Pro aplikaci podlahového a stropního vytápění platí ČSN 33 2000-7-753, ve které je předepsáno použití proudového chrániče s vybavovacím proudem I Δn 30 ma pro topné kabely ve všech prostorách. Jsou v ní i další zajímavá ustanovení. Dodavatel předá uživateli instrukce s popisem topného systému a jeho funkce, informace o provozu topné soustavy, umístění topných jednotek, jejich výkonu a rozdělení. Je zde uveden požadavek na upozornění, že v případě tepelných podlahových systémů se nesmí nic upevňovat do podlah tam, kde jsou umístěny. Doslovně je v příloze A ČSN 33 2000-7-753 uvedeno: "Dodavatel topného systému musí předat vhodný počet kopií provozních pokynů majiteli nebo jeho zástupci při dokončení. Jedna kopie provozních pokynů musí být trvale připevněna na vnitřní straně dveří v každé příslušné rozvodnici nebo v její blízkosti." Za celou dobu platnosti normy jsem se nesetkal se splněním tohoto požadavku. Třeba je to tím, že se potkávám s poruchami a nikoli s řádně provedenými topnými systémy. Mnohdy dostane uživatel informaci o úplně jiných použitých kabelech a proudový chránič je použit v lepším případě pro podlahové topení pouze v koupelně atd. Ustanovení normy o proudových chráničích nemá význam jen z hlediska ochrany osob, ale i z hlediska vlastního kabelu v případě poruchy. Význam proudového chrániče Jednoduchý příklad pro ilustraci: Topný kabel o výkonu 880 W, délky 44 m, odpor 60 Ω, délkový odpor 1,36 Ω/m, měrný výkon 20 W /m, čemuž odpovídá proud 3,8 A, a. předřazené jištění 10 A/B bez proudového chrániče,
b. předřazené jištění 10 A/B a proudový chránič s vybavovacím proudem 30 ma. Stránka 2 Uvažuje se ideální případ poruchy. Na kabelu dojde k poruše asi v polovině délky, tj. 22 m, kabel je poruchou zkrácen na polovinu. Proud teče od fázového vodiče do místa poruchy a stíněním zpět ke zdroji. Napětí sítě je konstantní - 230 V. Platí a. měrný výkon na 1 m délky kabelu stoupne čtyřikrát; kabel bude zatížen tak, že buď dojde k jeho zničení, nebo nevydrží v některém místě a přeruší se obvod, b. proudový chránič odpojí chybný kabel už při rozdílovém proudu 30 ma do 0,2 s a tak nedojde k jeho zničení. Poruchy Na trhu se v současnosti můžeme setkat s mnoha výrobky tuzemských i zahraničních výrobců. Záleží pouze na investorovi, projektantovi a montážní firmě, jaký výrobek zvolí. Vlastní kabely jsou kvalitou srovnatelné. Potíže občas nastávají se spojkami a koncovkami, kde konstrukční a výrobní vady se projevují až po několika letech provozu. V začátcích, kdy montáž topných kabelů zajišťovalo pouze několik firem a stavebníci se k tomuto systému chovali s úctou, byly poruchy výjimečnou záležitostí. V současnosti dochází k masovému nasazování podlahového topení, opatřit kabel je možno na dobírku, v obchodních řetězcích, velkoobchodech a podobně. Při příjezdu na místo údajné poruchy je mnohdy zjištěno, že ten, kdo zapojoval kabel, nemá ani základní znalosti z elektrotechniky. Pokládku zajišťuje "každý, kdo má ruce a nohy", návod se čte, až když to nejde, a někdy ani tehdy ne. Další potíží je koordinace činností na stavbách, kdy elektrikáři při kompletaci zjistí, že kabel, který po položení změřili, jim někdo přeřízl, převrtal atd. Samozřejmě vinu dávají jim, protože stavba má všechno pořádku, zábradlí je přivrtáno, dlažba řádně vyspárovaná, dorazy dveří osazeny, jenom elektrikářům kabel v podlaze nehřeje. Existují tři možnosti řešení: 1. nic s kabelem nedělat, pokud je třeba, osadí se jiný zdroj tepla, například konvektor, což například v koupelně naráží na některé potíže zejména z hlediska prostorového, podle ČSN 33 2000-7-701; 2. vybourat celou podlahu a položit nový kabel; 3. zaměřit a opravit poruchu, zprovoznit podlahové vytápění (někdy však dojde na variantu 2, kdy je poruch větší množství a kabel je neopravitelný nebo opravitelný bez záruky na dlouhodobou spolehlivost). Druh poruchy 1. podélná - přerušení topného kabelu bez působení předřazeného jisticího prvku; 2. příčná - zkrat: a. působení předřazeného jisticího prvku, b. působení proudového chrániče; 3. izolační - většinou zjištěna při kompletaci a revizi, případně při opravě poruch. Měřicí metody Základem všeho je řádná identifikace poruchy. Pro příslušnou práci je třeba vždy zvolit odpovídající metodu a techniku. Ještě před začátkem zaměřování poruchy je třeba zjistit, zda se opravdu jedná o poruchu kabelu či jiného zařízení, zda je vadný jisticí či spínací prvek, termostat, čidlo, je-li chyba v zapojení apod. Je třeba zkontrolovat celistvost smyčky ohmmetrem, izolační stavy megmetem mezi žílou a opletem, případně i mezi stíněním a obecnou zemí. Stejně jako u klasických kabelů je základem řádného a rychlého určení místa poruchy znalost charakteru poruchy, konstrukce kabelu a trasy vedení. Vzhledem k tomu, že se jedná o malé průřezy, volí se pro zaměřování poruch topných kabelů většinou jiné metody než pro silové kabely. Téměř nepoužitelná je rázová metoda, která značně namáhá spoje a vzhledem k odporu jader má i velké tlumení. Určení poruchy na vzdálenost je rovněž použitelné pouze orientačně, protože na rozdíl od silových kabelů, které vedou odněkud někam a kde například chyba o 0,5 m ve volném terénu je akceptovatelná, tak stejná chyba v podlaze o 0,5 m znamená díru o několik dlaždic vedle. Indukční metody také nejsou moc vhodné.
Dobré výsledky dává metoda snímání krokového napětí (obr. 3). Stránka 3 Obr. 3 Snímání krokového napětí Proud prochází od zdroje vadnou žílou kabelu do místa poruchy a vytváří napěťový trychtýř, který je možno nalézt měřidlem s nulou uprostřed. Pokud však dojde k průrazu například na armaturu či fixační pásek, je tato metoda mnohdy nepoužitelná. Vzhledem k tomu, že se jedná o topné kabely, nejlepší výsledky dává metoda měření teploty: a. určování místa poruchy z měření teploty v místě poškození zejména při plášťových chybách (obr. 4, 5) Obr. 4 Ohřev místa poruchy - proud z pomocného zdroje o velikosti několika jednotek až desítek ma vlastní kabel v trase neohřeje, ale na přechodovém odporu poruchy způsobí vzestup teploty, který je možno nalézt například bezkontaktním teploměrem či termokamerou; Obr. 5 Ohřev místa poruchy na termogramu b. určování trasy topného kabelu od zdroje do místa poruchy (obr. 6, 7) - průchod proudu z pomocného zdroje způsobí ohřátí kabelu od začátku do místa poruchy. Obr. 6 Ohřev trasy
Stránka 4 Obr. 7 Ohřev trasy na termogramu Zdroj musí mít takové parametry, aby kabel nepřetížil napěťově ani proudově. Příčiny poruch topných kabelů 1. konstrukční a chyby aplikace; 2. výrobní; 3. montážní; 4. mechanické. Jak je vidět z grafu 1, nejčastější příčinou poruch je mechanické poškození (65 %), následuje chyba montáže (20 %), 12 % představují výrobní a asi 3 % konstrukční a nezjištěné chyby. mechanická 65 mntáž 20 konstrukční a nezjištěno 3 výrobní vada 12 Tabulka 1 - Příčina poruchy [%] Obr. 8 Rozdělení poruch kabelů podle příčiny kabel 81 spojka 13 koncovka 6 Tabulka 2 - Chyby podle souboru [%] Obr. 9 Třídění podle závad na souborech Příklady poruch
Stránka 5 V mnoha případech je topný kabel poškozen při pokládce dlažby, kdy je závada způsobena cizími předměty v ploše pokládky, případně při čištění spár. Stavební firmy někdy čištění spár provádějí například nožem, špachtlí apod. Následky pro topný kabel jsou katastrofální (obr. 10). V těchto případech se mnohdy stává, že je nutno celý kabel vyměnit. Obr. 10 Přeříznutí špachtlí Na druhém místě v počtu příčin poruch je chyba montáže (obr. 11). Na obr. 12 je vidět kabel položený pod dlažbou v koupelně. Při hledání poruchy způsobené mechanickým poškozením bylo náhodou odkryto místo, kde lepidlo chybělo. Přehřátím došlo k roztečení izolace a topný vodič vybočil z pláště. Je pak pouze otázkou času, kdy dojde k poruše. Obr. 11 Čištění spár Obr. 12 Chyba montáže na pásku Občas se můžeme setkat i s kuriózními poruchami, kdy ten, kdo kabel poškodil, si je této skutečnosti vědom a opravu provede podle svých znalostí (obr. 13). Výrobní vady se vyskytují hlavně u zahraničních výrobců. Obr. 13 Uložení v dutině Nejvíce jich je u dvoužilových kabelů, které byly před časem dováženy, kdy ve výrobě při odizolovávání laněných vodičů na konci smyčky docházelo k jejich nastřižení. Porucha se projevuje také až za několik let. U některých výrobců zase dochází k odseparování materiálu pláště spojky či koncovky od kabelu a v případě, že je kabel použit v prostředí, kde se vyskytuje vlhko, je po nějaké době opět zaděláno na problém.
Stránka 6 Obr. 14 Neodborná oprava Obr. 15 Převrtaný kabel Obr. 16 Chyba pokládky Na dalších obrázcích a termogramech jsou vidět některé typické chyby, ke kterým dochází. Jde většinou o špatné umístění čidel, která mají být pokud možno uložena až v prostoru topných smyček (obr. 14, 15, 16) s nedovoleným poloměrem ohybu, nerovnoměrné rozmístění topných smyček (termogram na obr. 17), kde v pravém spodním rohu je vidět kabel na sobě, což má vliv na životnost kabelu, a termogram na obr. 18 - chyba pokládky. Obr. 17 Špatné položení na termogramu Obr. 18 Chyba pokládky na termogramu Závěr Poruchy topných kabelů se nevyhýbají produktu žádného výrobce. Většina jich je však způsobena chybami při montáži a mechanickým poškozením. Obecně platí, že topné kabely, pokud se řádně namontují a nikdo je mechanicky nepoškodí, patří k nejspolehlivějším elektrickým spotřebičům.