การทำความร้อนด้วยไฟฟ้าเทปทำความร้อนหรือการทำความร้อนบนพื้นผิวใช้สายเคเบิลทำความร้อนเพื่อรักษาหรือเพิ่มอุณหภูมิของท่อและภาชนะ ระบบนี้เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบความร้อน ไฟฟ้า ที่สัมผัสกับท่อ ซึ่งโดยทั่วไปจะหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนเพื่อรักษาความร้อนและลดการสูญเสีย ความร้อนที่เกิดขึ้นจะรักษาอุณหภูมิของท่อ การใช้งานรวมถึงการป้องกันการแข็งตัว การรักษาอุณหภูมิการไหลในระบบน้ำร้อน และการรับรองอุณหภูมิของกระบวนการสำหรับสารที่แข็งตัวที่อุณหภูมิแวดล้อม สายเคเบิลทำความร้อนด้วยไฟฟ้าเป็นทางเลือกแทนการทำความร้อนด้วยไอน้ำเมื่อไม่มีไอน้ำหรือไม่ต้องการใช้^{[ 2 ]}

การทำความร้อนด้วยไฟฟ้าเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษ 1930 แต่ในตอนแรกยังไม่มีอุปกรณ์เฉพาะทาง สายเคเบิลหุ้มฉนวนแร่ทำงานที่ความหนาแน่นกระแสสูงเพื่อสร้างความร้อน และอุปกรณ์ควบคุมถูกดัดแปลงมาจากแอปพลิเคชันอื่นๆ^{[ 3 ]} สายเคเบิลทำความร้อนแบบต้านทานหุ้มฉนวนแร่ได้รับการแนะนำในช่วงทศวรรษ 1950 และสายเคเบิลทำความร้อนแบบขนานที่สามารถตัดให้ได้ความยาวตามต้องการในภาคสนามก็เริ่มวางจำหน่าย สายเคเบิลเทอร์ โมพลาสติกแบบจำกัดตัวเองวางจำหน่ายในปี 1971 ^{[ 4 ]}

ระบบควบคุมสำหรับระบบทำความร้อนแบบติดตามพัฒนาจากเทอร์โมสตัทแบบหลอดบรรจุแคปิลลารีและคอนแทคเตอร์ในช่วงทศวรรษ 1970 ไปจนถึงระบบควบคุมคอมพิวเตอร์แบบเครือข่ายในช่วงทศวรรษ 1990 ในระบบขนาดใหญ่ที่ต้องการการควบคุมและการตรวจสอบจากส่วนกลาง^{[ 5 ]}

เอกสารฉบับหนึ่งคาดการณ์ว่าระหว่างปี 2000 ถึง 2010 ระบบทำความร้อนแบบติดตามจะคิดเป็น 100 เมกะวัตต์ของโหลดที่เชื่อมต่อ และระบบทำความร้อนแบบติดตามและฉนวนกันความร้อนจะคิดเป็นเงินลงทุนสูงถึง 700 ล้านดอลลาร์แคนาดาในแหล่งน้ำมันทรายของอัลเบอร์ตา^{[ 6 ]}

มาตรฐานสากลที่ใช้ในการออกแบบและติดตั้งระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้า ได้แก่ มาตรฐาน IEEE 515 และ 622 มาตรฐานอังกฤษ BS 6351 และมาตรฐาน IEC 60208 ^{[ 5 ]}

การใช้งานระบบทำความร้อนด้วยความร้อนผ่านท่อที่พบได้บ่อยที่สุด ได้แก่:

• ระบบป้องกันการแข็งตัว
• การรักษาอุณหภูมิ
• หิมะละลายบนทางเข้าบ้าน

การใช้งานอื่นๆ ของสายเคเบิลทำความร้อนแบบติดตาม ได้แก่:

• การป้องกันหิมะ/น้ำแข็งบนทางลาดและบันได
• การป้องกันหิมะ/น้ำแข็งในรางน้ำและหลังคา
• ระบบทำความร้อนใต้พื้น
• การป้องกันน้ำแข็งบริเวณรอยต่อประตู/วงกบ
• การไล่ฝ้ากระจก
• ป้องกันการควบแน่น
• การป้องกันบ่อจากการแข็งตัว
• การทำให้ดินอุ่นขึ้น
• การป้องกันการเกิดโพรงอากาศ
• ลดการเกิดหยดน้ำเกาะบนหน้าต่าง

ท่อหรือภาชนะทุกชิ้นจะสูญเสียความร้อนเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อม ฉนวนกันความร้อนช่วยลดอัตราการสูญเสียความร้อนแต่ไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด ระบบทำความร้อนแบบติดตามช่วยรักษาอุณหภูมิให้อยู่เหนือจุดเยือกแข็งโดยการปรับสมดุลความร้อนที่สูญเสียไปกับความร้อนที่จ่ายเข้าไป โดยปกติแล้วจะใช้เทอร์โมสตัทในการจ่ายพลังงานเมื่อวัดอุณหภูมิได้ต่ำกว่าค่าอุณหภูมิที่ตั้งไว้ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 3°C ถึง 5°C และมักเรียกว่า 'จุดตั้งค่า' เทอร์โมสตัทจะตัดการจ่ายพลังงานให้กับระบบทำความร้อนแบบติดตามเมื่อวัดอุณหภูมิได้สูงกว่าค่าอุณหภูมิที่ตั้งไว้อีกค่าหนึ่ง ซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่าค่าจุดตั้งค่า 2°C ^{[ 7 ]}

การติดตั้งสายเคเบิลให้ความร้อนบนหลังคาหรือในรางน้ำเพื่อละลายน้ำแข็งในช่วง ฤดู หนาวเมื่อใช้ในรางน้ำ สายเคเบิลไม่ได้มีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้รางน้ำมีน้ำแข็งหรือหิมะเกาะ แต่มีไว้เพื่อให้เป็นทางระบายน้ำที่ละลายแล้วจากหลังคาลงสู่ท่อระบายน้ำหรือท่อน้ำทิ้งได้อย่างสะดวก

ท่อส่งน้ำร้อนสามารถติดตั้งระบบทำความร้อนแบบติดตามได้เช่นกัน ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบหมุนเวียนเพื่อจ่ายน้ำร้อนไปยังจุดจ่ายน้ำ การผสมผสานระหว่างระบบทำความร้อนแบบติดตามและฉนวนกันความร้อนที่เหมาะสมกับอุณหภูมิแวดล้อมในการทำงาน จะช่วยรักษาสมดุลความร้อน โดยที่ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากระบบทำความร้อนแบบติดตามจะตรงกับความร้อนที่สูญเสียไปจากท่อ เทปทำความร้อนแบบจำกัดหรือควบคุมตัวเองได้ถูกพัฒนาขึ้นมาและประสบความสำเร็จอย่างมากในการใช้งานนี้

หลักการที่คล้ายกันนี้สามารถนำไปใช้กับท่อส่งของเหลวที่อาจแข็งตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำ เช่น น้ำมันดินหรือกำมะถันหลอมเหลว องค์ประกอบความร้อนที่ให้ความร้อนสูงถึงอุณหภูมิห้องสามารถป้องกันการอุดตันของท่อได้

การประยุกต์ใช้ระบบทำความร้อนแบบติดตาม (Trace Heating) ในภาคอุตสาหกรรมมีหลากหลาย ตั้งแต่อุตสาหกรรมเคมีโรงกลั่นน้ำมันโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไปจนถึงโรงงานผลิตอาหาร ตัวอย่างเช่นขี้ผึ้งเป็นวัสดุที่เริ่มแข็งตัวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 70 องศาเซลเซียส ซึ่งโดยปกติแล้วจะสูงกว่าอุณหภูมิของอากาศโดยรอบมาก ดังนั้น ท่อส่งจึงต้องมีแหล่งความร้อนภายนอกเพื่อป้องกันไม่ให้ท่อและวัสดุภายในเย็นตัวลง การทำความร้อนแบบติดตามยังสามารถทำได้ด้วยไอน้ำ แต่ต้องมีแหล่งไอน้ำ และอาจไม่สะดวกในการติดตั้งและใช้งาน

ในห้องปฏิบัติการ นักวิจัยที่ทำงานด้านวัสดุศาสตร์ใช้การให้ความร้อนแบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อให้ความร้อนแก่ตัวอย่างอย่างสม่ำเสมอ พวกเขาอาจใช้การให้ความร้อนแบบค่อยเป็นค่อยไปร่วมกับตัวปรับ แรงดัน ไฟฟ้า เพื่อควบคุมพลังงานความร้อนที่ส่งไป วิธีนี้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการให้ความร้อนแก่วัตถุอย่างช้าๆ เพื่อวัดคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิก เช่นการขยายตัวทางความร้อน

เนื่องจากการให้ความร้อนแก่ของเหลวข้นจะทำให้ความหนืดลดลง จึงช่วยลดการสูญเสียที่เกิดขึ้นในท่อ ดังนั้นแรงดันดูดสุทธิที่เป็นบวก (ความแตกต่างของแรงดัน) ที่มีอยู่จึงสามารถเพิ่มขึ้นได้ ซึ่งจะช่วยลดโอกาสการเกิดโพรงอากาศเมื่อสูบจ่าย อย่างไรก็ตาม ต้องระมัดระวังไม่ให้เพิ่มแรงดันไอของของเหลวมากเกินไป เพราะจะส่งผลเสียอย่างมากต่อแรงดันที่มีอยู่ ซึ่งอาจมากกว่าประโยชน์ใดๆ^{[ 8 ]}

สายเคเบิลทำความร้อนแบบอนุกรมทำจากลวดที่มีความต้านทานสูง หุ้มฉนวน และมักมีปลอกป้องกันอีกชั้นหนึ่ง โดยจะจ่ายไฟด้วยแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด และความร้อนจากความต้านทานของลวดจะสร้างความร้อนขึ้น ข้อเสียของสายเคเบิลทำความร้อนประเภทนี้คือ หากต่อไขว้กันเอง อาจเกิดความร้อนสูงเกินไปและไหม้ได้ มีขนาดความยาวที่กำหนดไว้ และไม่สามารถตัดให้สั้นลงได้ในภาคสนาม นอกจากนี้ หากเกิดการขาดที่ใดก็ตามตามแนวเส้นลวด จะทำให้สายเคเบิลทั้งหมดเสียหาย ข้อดีคือ โดยทั่วไปแล้วมีราคาไม่แพง (หากเป็นสายเคเบิลทำความร้อนแบบพลาสติก) หรือในกรณีที่ใช้ฉนวนแร่ จะสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงมากได้ สายเคเบิลทำความร้อนแบบฉนวนแร่เหมาะสำหรับการรักษาอุณหภูมิสูงในสายการผลิต หรือรักษาอุณหภูมิต่ำในสายที่อาจร้อนจัด เช่น ท่อไอน้ำอุณหภูมิสูง

^{[ 2 ]}

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ทำความร้อนแบบอนุกรมจะใช้ในระบบทำความร้อนสำหรับท่อส่งยาว เช่น ท่อส่งน้ำมันยาว และท่อลำเลียงน้ำมันที่ท่าเทียบเรือในโรงกลั่นน้ำมัน

สายเคเบิลกำลังไฟฟ้าคงที่ประกอบด้วยโซนกำลังไฟฟ้าคงที่หลายโซน และผลิตโดยการพันองค์ประกอบความร้อนละเอียดรอบสายตัวนำคู่ขนานที่หุ้มฉนวนสองเส้น จากนั้นจึงทำรอยบากที่ด้านสลับกันของตัวนำในฉนวน องค์ประกอบความร้อนมักจะถูกบัดกรีเข้ากับสายตัวนำที่เปิดออก ซึ่งจะสร้างวงจรความร้อนขนาดเล็ก จากนั้นจึงทำซ้ำเช่นนี้ไปตลอดความยาวของสายเคเบิล จากนั้นจะมีปลอกหุ้มด้านในซึ่งแยกสายตัวนำออกจากสายดิน ในสายเคเบิลเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม จะมีการใช้ปลอกหุ้มด้านนอกเพิ่มเติมที่ทำจากยางหรือเทฟลอน^{[ 2 ]}

ข้อดีของระบบนี้เมื่อเทียบกับส่วนประกอบแบบอนุกรมคือ หากส่วนประกอบเล็กๆ ชิ้นใดชิ้นหนึ่งเสียหาย ระบบส่วนที่เหลือก็จะยังคงทำงานต่อไปได้ ในทางกลับกัน ส่วนของสายเคเบิลที่เสียหาย (โดยปกติช่วง 3 ฟุต) จะยังคงเย็นอยู่และอาจทำให้เกิดการแข็งตัวในส่วนนั้นได้ นอกจากนี้ สายเคเบิลนี้สามารถตัดให้ได้ความยาวตามต้องการได้ในสถานที่ติดตั้ง เนื่องจากวงจรแบบขนาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวงจรทำงานเฉพาะถึงโซนสุดท้ายของสายเคเบิลเท่านั้น เมื่อติดตั้งในสถานที่ คุณมักจะต้องติดตั้งเลยปลายท่อไปเล็กน้อย เมื่อติดตั้งสายเคเบิลกำลังวัตต์คงที่ หรือสายเคเบิลทำความร้อนใดๆ ก็ตาม สิ่งสำคัญคืออย่าให้สายเคเบิลซ้อนทับหรือสัมผัสกันเอง เพราะจะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและไหม้ได้ สายเคเบิลกำลังวัตต์คงที่มักติดตั้งร่วมกับเทอร์โมสตัทเพื่อควบคุมกำลังไฟที่จ่ายให้กับสายเคเบิล ทำให้เป็นแหล่งความร้อนที่เชื่อถือได้มาก

ข้อเสียของสายเคเบิลชนิดนี้คือ สายเคเบิลที่มีกำลังวัตต์คงที่ส่วนใหญ่จะไม่มีการบัดกรีเชื่อมต่อกับสายไฟหลัก แต่ใช้การเชื่อมต่อแบบกด ทำให้มีโอกาสเกิดวงจรเย็นได้ง่ายกว่าเนื่องจากการเชื่อมต่อหลวมที่เกิดจากการดัดแปลงและติดตั้งสายเคเบิล

เทปทำความร้อนแบบควบคุมตัวเองได้ คือสายเคเบิลที่มีความต้านทานแปรผันตามอุณหภูมิ โดยจะมีความต้านทานต่ำเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดตั้งค่าของสายเคเบิล และมีความต้านทานสูงเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดตั้งค่าของสายเคเบิล เมื่ออุณหภูมิของสายเคเบิลถึงจุดตั้งค่า ความต้านทานจะสูงขึ้น ทำให้ไม่มีการจ่ายความร้อนเพิ่มเติมอีกต่อไป

สายเคเบิลเหล่านี้ใช้สายตัวนำคู่ขนานสองเส้นที่นำไฟฟ้าแต่ไม่สร้างความร้อนมากนัก สายตัวนำเหล่านี้ถูกหุ้มด้วยโพลิเมอร์กึ่งตัวนำ โพลิเมอร์นี้มีส่วนผสมของคาร์บอน เมื่อองค์ประกอบของโพลิเมอร์ร้อนขึ้น กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านน้อยลง ทำให้สายเคเบิลประหยัดพลังงานโดยธรรมชาติ และจะส่งความร้อนและพลังงานเฉพาะที่และเมื่อระบบต้องการเท่านั้น สายเคเบิลถูกผลิตขึ้นแล้วฉายรังสี โดยการปรับปริมาณคาร์บอนและปริมาณการฉายรังสี ทำให้สามารถผลิตเทปที่มีคุณสมบัติการทำงานแตกต่างกันได้ ข้อดีของสายเคเบิลนี้คือสามารถตัดให้ได้ความยาวตามต้องการในภาคสนาม มีความทนทานและเชื่อถือได้มากกว่าสายเคเบิลกำลังวัตต์คงที่ ไม่สามารถร้อนเกินไปได้ จึงสามารถวางไขว้กันได้ แต่การติดตั้งเทปในลักษณะนี้เป็นวิธีที่ไม่ควรทำ สายเคเบิลทำความร้อนแบบควบคุมตัวเองและแบบกำลังวัตต์คงที่นั้นมีอุณหภูมิการสัมผัสสูงสุดที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งหมายความว่าหากสัมผัสกับอุณหภูมิสูง เทปอาจเสียหายจนซ่อมแซมไม่ได้ นอกจากนี้ เทปแบบจำกัดตัวเองยังอาจมีกระแสไฟกระชากสูงกว่าเมื่อเริ่มใช้งานในสภาพอากาศเย็น คล้ายกับมอเตอร์เหนี่ยวนำดังนั้นจึงต้องใช้คอนแทคเตอร์ที่มีพิกัดสูงกว่า

สายเคเบิลทำความร้อนอาจเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟแบบเฟสเดียวหรือ (เป็นกลุ่ม) แบบสามเฟส การจ่ายไฟจะถูกควบคุมโดยคอนแทคเตอร์หรือตัวควบคุมแบบโซลิดสเตท สำหรับสายเคเบิลแบบควบคุมตัวเองได้ แหล่งจ่ายไฟจะต้องมีกระแสไฟอุ่นที่มากพอหากระบบถูกเปิดใช้งานจากสภาวะเย็น คอนแทคเตอร์หรือตัวควบคุมอาจมีเทอร์โมสตัทหากต้องการรักษาอุณหภูมิให้แม่นยำ หรืออาจเพียงแค่ปิดระบบป้องกันการแข็งตัวในสภาพอากาศที่ไม่รุนแรง

ระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าอาจต้องมีอุปกรณ์ป้องกันไฟรั่วลงดิน ( RCD ) เพื่อความปลอดภัยของพนักงานและอุปกรณ์ การออกแบบระบบต้องลดกระแสไฟรั่วให้น้อยที่สุดเพื่อป้องกันการตัดวงจรโดยไม่จำเป็น ซึ่งอาจจำกัดความยาวของวงจรทำความร้อนแต่ละวงจรได้

ระบบไฟฟ้าสามเฟสจะได้รับไฟผ่านคอนแทคเตอร์คล้ายกับสตาร์เตอร์มอเตอร์สามเฟสแบบ "ต่อตรง" ซึ่งควบคุมโดยเทอร์โมสตัท ที่ติดตั้ง อยู่บนสายไฟ วิธีนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิจะคงที่และสายไฟจะไม่ร้อนเกินไปหรือเย็นเกินไป

หากท่อน้ำแข็งเกาะเนื่องจากระบบทำความร้อนถูกปิด อาจต้องใช้เวลาสักระยะในการละลายโดยใช้ระบบทำความร้อนแบบเส้นลวด การละลายนี้ในระบบสามเฟสจะทำโดยใช้ 'หม้อแปลงอัตโนมัติ' เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าให้สูงขึ้น ทำให้ขดลวดทำความร้อนร้อนขึ้นเล็กน้อย ระบบเพิ่มแรงดันไฟฟ้านี้มักทำงานโดยใช้ตัวตั้งเวลาและจะสลับกลับสู่โหมด 'ปกติ' หลังจากช่วงเวลาหนึ่ง

• ประกาศของ CPSC เกี่ยวกับความปลอดภัยของเทปทำความร้อนสำหรับที่อยู่อาศัย (สหรัฐอเมริกา)