Патент на изобретение №2355132

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДОГРЕВА ПЛОЩАДОК, В ЧАСТНОСТИ СПОРТИВНОЙ ПЛОЩАДКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к установке для подогрева площадок, а именно спортивных площадок, с использованием кабелей (9, 9′, 9″), по которым подается электрический ток и которые заглублены в грунт площадки. Упомянутая установка отличается тем, что поверхность подлежащих подогреву площадок разделена на несколько участков (1а, 1b, 1с, , 1n) и каждый участок нагревают, по меньшей мере, двумя нагревательными линиями (9, 9′, 9″), каждая из которых представляет собой вторичную цепь общего трансформатора (3а, 3b и 3с). Изобретенная установка предотвращает промерзание спортивной площадки абсолютно безопасным способом в отношении подвода электрического тока при достижении значительной экономии потребления электрической энергии, затрат на ввод и эксплуатацию. При этом также предоставляется возможность регулирования подаваемой от каждого трансформатора энергии в зависимости от того, какая площадка должна быть подогрета. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к установке для обеспечения подогрева площадок, в частности для предотвращения промерзания спортивных площадок.

Такие нагревательные установки известны, и в них используются токопроводящие кабели, которые заглублены в грунт и по которым подается электрический ток через трансформаторы, размещенные в предназначенном для оборудования помещении, находящемся вблизи подлежащей подогреву площадки. Последняя разделена на несколько участков траншеями, в которых размещены нагревательные кабели, подключенные к цепи вторичной обмотки трансформатора.

Установки для подогрева площадок такого типа имеют основной недостаток, состоящий в том, что электрическая энергия передается от трансформатора к подлежащему подогреву участку линиями питания, которые в эксплуатации оказались очень дорогими по величине потребляемой энергии, с одной стороны, и по стоимости исходных материалов, с другой стороны. Кроме того, в установках такого типа все подлежащие подогреву участки не имеют идентичных характеристик, особенно в отношении их удельного сопротивления, так что при необходимости доведения их до одинаковой температуры к ним должна подводиться различная энергия нагрева в зависимости от этих характеристик.

И, наконец, установки данного типа должны быть абсолютно безупречными с точки зрения электробезопасности.

Исходя из этого целью настоящего изобретения является создание установки для обеспечения подогрева площадок, в частности спортивных площадок, при помощи которой может быть предотвращено промерзание последних абсолютно безопасным способом в отношении подвода электрического тока при достижении значительной экономии как с точки зрения потребления электрической энергии, так и затрат на ввод в эксплуатацию. Целью настоящего изобретения является также предоставление возможности регулирования подаваемой от каждого трансформатора энергии в зависимости от того, какая площадь должна быть подогрета.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание установки для подогрева площадки, в частности спортивной площадки, при помощи кабелей, по которым подается электрический ток и которые заглублены в грунт площадки, которая отличается тем, что поверхность подлежащей подогреву площадки разделена на несколько участков и каждый из участков подогревают, по меньшей мере, двумя нагревательными линиями, каждая из которых образует вторичную цепь одного и того же трансформатора.

Этот трансформатор предпочтительно является тороидальным, а его вторичная обмотка выполнена из металла с более высокой удельной электропроводностью, чем того, из которого выполнены нагревательные линии, таким образом, вторичная обмотка может быть выполнена из меди, а нагревательные линии – из алюминия. При этом диаметры провода вторичной обмотки и провода нагревательной линии могут быть одинаковыми, что существенно облегчает их соединение друг с другом.

Для того чтобы максимально уменьшить длину линий подвода питания, трансформаторы расположены в непосредственной близости от площадки, предпочтительно в специальном канале, заглубленном в грунт.

В особенно интересном варианте осуществления изобретения провод первичной обмотки (5) трансформаторов имеет экран, представляющий собой слой металла, предпочтительно алюминия или меди.

Провод, образующий вторичную обмотку трансформатора, преимущественно может быть выполнен из двух токопроводящих жил, скрученных друг с другом.

Далее описан один из вариантов осуществления настоящего изобретения, представляющий собой пример, не ограничивающий объем изобретения и описанный со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение установки для подогрева в соответствии с изобретением.

Фиг.2 представляет собой вид сверху трансформатора, использованного в установке в соответствии с изобретением.

Фиг.3 представляет собой разрез трансформатора, показанного на Фиг.2, выполненный по линии III-III на последнем.

Фиг.4 представляет собой схематический вертикальный разрез, показывающий специальный канал, расположенный рядом с подлежащей подогреву площадкой.

Фиг.5 представляет собой схематический вид сверху футбольного поля, подогреваемого при помощи установки в соответствии с изобретением.

Фиг.6 представляет собой вид в разрезе провода первичной обмотки, использованного в установке в соответствии с изобретением.

Часть спортивной площадки 1, разделенной на несколько участков, то есть на участки 1a, 1b, 1с, которые подлежат подогреву для того, чтобы предотвратить их промерзание, показана, например, на Фиг.1.

Установка для подогрева состоит из группы трансформаторов 3а, 3b, 3с, , 3n, каждый из которых предназначен для подогрева определенного участка 1a, 1b, 1c, , 1n площадки. Таким образом, трансформатор, например, обеспечивает подачу электропитания для трех нагревательных линий 9, 9′, 9″ участка. Эти нагревательные линии заглублены в грунт каждого из этих участков и расположены равномерно или неравномерно по этим участкам в зависимости от потребности в тепловой энергии каждого из последних.

Более конкретно, первичная обмотка 5 каждого из этих трансформаторов запитана от трехфазной электрической линии 7, образованной двумя фазными линиями LI, L2 и нейтральной линией N. Обычно для того чтобы обеспечить электрический баланс установки, три первичные обмотки трансформаторов 3а, 3b и 3с запитаны от линий L1-L2, L2-N и L1-N соответственно.

Каждая из трех нагревательных линий 9, 9′, 9″, связанных с трансформаторами 3а, 3b, 3с, , 3n, соответственно подключена ко вторичной обмотке 8, 8′, 8″ последних.

Такой трансформатор, который, по существу, содержит тороидальный сердечник 10, на который намотаны первичная обмотка 5 и три вторичные обмотки 8, 8′ и 8″, показан на Фиг.2 и Фиг.3. (Для ясности на чертеже показана только обмотка 8.) Каждая вторичная обмотка состоит из пяти витков медного провода, присоединенных каждым из своих концов при помощи соединительного элемента 12 к соответствующей нагревательной линии 9, 9′, 9″, длина которой такова, что она может покрыть определенную часть поверхности подлежащего подогреву участка.

Первичная обмотка 5 как таковая состоит из большего количества витков медного провода меньшего диаметра. Провод преимущественно имеет электростатический экран, являющийся частью его конструкции и выполненный из алюминиевой или медной фольги.

Понятно, что в зависимости от внешних условий каждый из подлежащих подогреву участков 1a, 1b, 1c, , 1n отличается от соседних участков, так что каждый из них должен использовать нагревательную линию 9, 9′, 9″, способную подавать различную энергию.

В соответствии с настоящим изобретением оператору предоставляется возможность точного регулирования на площадке энергии, подаваемой каждой вторичной обмоткой в зависимости от специфических физических параметров подлежащего подогреву грунта и специфических требований к его подогреву. Это осуществляется путем изменения напряжения обмотки. Этим напряжением электропитания можно управлять путем изменения количества витков каждой из вторичных обмоток.

Таким образом, возможно обеспечение подачи среднего напряжения электропитания при определенном количестве витков (например, пять) с обеспечением оператору возможности либо отключения одного или двух витков, если необходимо уменьшить напряжение, либо добавления двух витков, если необходимо увеличить напряжение.

Таким образом, как показано на Фиг.4, трансформаторы 3 могут быть размещены в специальном канале 16, например, выполненном в траншее, выкопанной в грунте по краю площадки.

Для этого трансформаторы могут быть выполнены полностью герметизированными путем покрытия их магнитопроводов материалом, состоящим, например, из смолы или полимера.

Для сведения к минимуму потерь, вызванных эффектом Джоуля во вторичных цепях трансформаторов, их витки, образующие вторичную обмотку, и нагревательные кабели, заглубленные в землю, могут быть различного типа. Таким образом возможно выполнить витки вторичной обмотки из металла с очень хорошей удельной электропроводностью, что максимально снижает нагрев вторичной обмотки трансформатора, а для витков, формирующих нагревательные линии 9, 9′, 9″, использовать металл с более высоким удельным сопротивлением.

Для оптимизации качества и удобства соединения витков вторичной обмотки с нагревательными линиями 9, 9′, 9″ эти элементы предпочтительно имеют идентичные диаметры. При этом понятно, что разница в сопротивлении этих элементов будет обусловлена только разницей в удельном сопротивлении соответствующих материалов, выбранных для изготовления витков вторичной обмотки и нагревательных элементов. Было установлено, что при изготовлении витков обмотки из меди, а нагревательных кабелей из алюминия получено удовлетворительное соотношение электропроводности, позволяющее осуществить такое техническое решение. (Соотношение удельной электропроводности меди и алюминия фактически составляет 1,6.)

Предпочтительно нагревательный кабель на практике выполнен из двух жил, скрученных друг с другом для того, чтобы избежать образования магнитного поля, индуцированного этими кабелями в подлежащей нагреву площадке.

Выходное напряжение вторичных цепей трансформаторов составит порядка 40-50 В, а сопротивление нагревательных линий 9, 9′, 9″ составит порядка 0,5-0,8 Ом. Тогда мощность вторичной цепи каждой из обмоток трансформатора составит порядка 20 кВА.

Провод, образующий первичную обмотку трансформатора, показан в разрезе на Фиг.6. Видно, что этот провод первичной обмотки – изнутри наружу – состоит из алюминиевой проволоки 18, слоя 20 изоляции, выполненного, например, из поливинилхлорида, медного слоя 22, образующего экран, и, наконец, изолирующего и герметизирующего слоя 24, выполненного, например, из поливинилхлорида.

В качестве примера было установлено, что установка в соответствии с изобретением могла обеспечивать подогрев спортивной площадки размером 6000 м² при внешней температуре -10°С и поддерживать температуру площадки 5°С, предотвращая ее промерзание. Для этого потребовался комплект из двадцати четырех трансформаторов, распределенных вдоль площадки в заглубленном в грунт специальном канале, с единичной мощностью 20 кВА, что обеспечивает полную мощность 480 кВА. Вторичные обмотки этих трансформаторов включали в себя пять обмоток, каждая из которых обеспечивала мощность 4 кВА, а сопротивление нагревательных линий 9 было порядка 0,6 Ом.

Формула изобретения

1. Установка для подогрева площадки, в частности спортивной площадки, при помощи кабелей (9, 9′, 9″), по которым подается электрический ток и которые заглублены в грунт площадки, отличающаяся тем, что поверхность подлежащей подогреву площадки разделена на несколько участков (1а, 1b, 1с, , 1n), а каждый из участков подогревается по меньшей мере двумя нагревательными линиями (9, 9′, 9″), каждая из которых образует вторичную цепь одного и того же трансформатора (3а, 3b и 3с).

2. Установка для подогрева по п.1, отличающаяся тем, что трансформатор (3а, 3b и 3с) выполнен тороидальным, а его вторичная обмотка (7) выполнена из металла с более высокой удельной электропроводностью, чем того, из которого выполнены нагревательные линии (9, 9′, 9″).

3. Установка для подогрева по п.2, отличающаяся тем, что вторичная обмотка (7) выполнена из меди, а нагревательные линии (9, 9′, 9″) выполнены из алюминия.

4. Установка для подогрева по п.3, отличающаяся тем, что диаметры проводов вторичной обмотки (7) и нагревательных линий (9, 9′, 9″) являются, по существу, одинаковыми.

5. Установка для подогрева по п.1, отличающаяся тем, что трансформаторы (3а, 3b и 3с) расположены в непосредственной близости от площадки.

6. Установка для подогрева по п.5, отличающаяся тем, что трансформаторы (3а, 3b и 3с) расположены в специальном канале (16), заглубленном в грунт.

7. Установка для подогрева по п.1, отличающаяся тем, что провод первичной обмотки (5) трансформаторов (3а, 3b и 3с) имеет экран, представляющий собой слой (22) металла.

8. Установка для подогрева по п.7, отличающаяся тем, что экран выполнен из алюминия или меди.

9. Установка для подогрева по п.1, отличающаяся тем, что провод, образующий вторичную обмотку трансформатора, выполнен из двух токопроводящих жил, скрученных друг с другом.

10. Установка для подогрева по п.1, отличающаяся тем, что напряжение холостого хода вторичной обмотки трансформатора (3а, 3b и 3с) составляет порядка 50 В.

11. Установка для подогрева по п.1, отличающаяся тем, что магнитопровод трансформатора изолирован, в частности, при помощи смолы или полимера.

РИСУНКИ