العمل الحراري للتيار والكثافة الحالية وتأثيرها على تسخين الموصلات

من خلال العمل الحراري للتيار الكهربائي ، يتم فهم إطلاق الطاقة الحرارية أثناء مرور التيار عبر موصل. عندما يمر التيار عبر الموصل ، تصطدم الإلكترونات الحرة المكونة للتيار مع أيونات وذرات الموصل ، وتسخينه.

يمكن تحديد كمية الحرارة المنبعثة في هذه الحالة باستخدام قانون جول لينزوالتي صيغت على النحو التالي: كمية الحرارة المنبعثة خلال مرور التيار الكهربائي عبر الموصل تساوي ناتج مربع التيار ومقاومة هذا الموصل والوقت الذي يستغرقه التيار من خلال الموصل.

عند أخذ التيار بالأمبير ، والمقاومة بالأوم ، والوقت بالثواني ، نحصل على كمية الحرارة في الجول. وبالنظر إلى أن منتج التيار والمقاومة هما الجهد ، وأن منتج التيار والتيار هو الطاقة ، فقد اتضح أن كمية الحرارة المنبعثة في هذه الحالة تساوي كمية الطاقة الكهربائية المنقولة إلى هذا الموصل أثناء مرور التيار من خلالها. وهذا هو ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة.

يستخدم استلام الطاقة الحرارية من الطاقة الكهربائية على نطاق واسع منذ العصور القديمة في تقنيات مختلفة. تستخدم السخانات الكهربائية ، مثل السخانات ، وسخانات المياه ، والمواقد الكهربائية ، ومكاوي اللحام ، والأفران الكهربائية ، وما إلى ذلك ، وكذلك اللحام الكهربائي والمصابيح المتوهجة وغير ذلك الكثير ، في توليد الحرارة.

ولكن في عدد كبير من الأجهزة الكهربائية ، يكون التسخين الناجم عن التيار ضارًا: المحركات الكهربائية ، والمحولات ، والأسلاك ، والمغناطيسات الكهربائية ، وما إلى ذلك - في هذه الأجهزة غير المصممة لتلقي الحرارة والتدفئة يقلل من كفاءتها، يتداخل مع عملية فعالة ، ويمكن أن يؤدي إلى حالات الطوارئ.

بالنسبة إلى أي موصل ، وفقًا للمعايير البيئية ، تكون القيمة المقبولة المحددة للقيمة الحالية مميزة حيث لا يتم تسخين الموصل بشكل ملحوظ.

لذلك ، على سبيل المثال ، للعثور على الحمل الحالي المسموح به على الأسلاك ، استخدم المعلمة "الكثافة الحالية"تميز التيار لكل 1 متر مربع من مساحة المقطع العرضي لهذا الموصل.

تختلف كثافة التيار المسموح بها لكل مادة موصلة في ظل ظروف معينة ، حيث تعتمد على العديد من العوامل: على نوع العزل ، ومعدل التبريد ، ودرجة الحرارة المحيطة ، ومنطقة المقطع العرضي ، إلخ.

على سبيل المثال ، بالنسبة للآلات الكهربائية ، حيث تصنع اللفات ، كقاعدة عامة ، من النحاس ، يجب ألا تتجاوز كثافة التيار المسموح بها 3-6 أمبير لكل مليمتر مربع. بالنسبة للمصباح المتوهج ، وبصورة أكثر دقة في خيوط التنغستن ، لا يزيد عن 15 أمبير لكل متر مربع.

بالنسبة لأسلاك الإضاءة وشبكات الطاقة ، يتم أخذ كثافة التيار القصوى المسموح بها بناءً على نوع العزل والمساحة المستعرضة.

إذا كانت مادة الموصل عبارة عن نحاس ، والعزل من المطاط ، فإن مساحة المقطع المستعرض ، على سبيل المثال ، 4 مم مربع ، والكثافة الحالية لا تزيد عن 10.2 أمبير لكل متر مربع ، وإذا كان المقطع العرضي 50 ملم مربع ، فإن كثافة التيار المسموح بها ستكون فقط 4.3 أمبير لكل متر مربع إذا لم تكن الموصلات الموجودة في المنطقة المشار إليها عازلة ، فستكون كثافة التيار المسموح بها 12.5 و 5.6 أمبير لكل متر مربع ، على التوالي.

ما هو سبب خفض الكثافة الحالية المسموح بها للموصلات ذات مقطع عرضي أكبر؟ الحقيقة هي أن الموصلات ذات مساحة مستعرضة كبيرة ، على عكس الموصلات ذات المقاطع الصغيرة ، تحتوي على كمية أكبر من المواد الموصلة الموجودة داخلها ، ويتبين أن الطبقات الداخلية للموصل محاطة بأنفسها بطبقات تسخين تتداخل مع إزالة الحرارة من الداخل.

كلما زادت مساحة سطح الموصل فيما يتعلق بحجمه ، زادت كثافة التيار التي يمكن للموصل تحملها دون ارتفاع درجة الحرارة. تسمح الموصلات غير المعزولة بالتسخين إلى درجة حرارة أعلى ، حيث يتم نقل الحرارة مباشرة منها إلى البيئة ، والعزل لا يعوق ذلك ، والتبريد أسرع ، وبالتالي فإن الكثافة الحالية المرتفعة تسمح بها أكثر من الموصلات العازلة.

إذا تجاوزت يجوز الحالي للموصل، سوف تبدأ في ارتفاع درجة الحرارة ، وعند نقطة ما ستكون درجة الحرارة الزائدة. يمكن أن تصبح عوازل لف محرك كهربائي ، مولد ، أو مجرد أسلاك ، متفحمة أو مشتعلة في ظل هذه الظروف ، والتي سوف تؤدي إلى ماس كهربائى والنار. إذا تحدثنا عن سلك غير معزول ، فإنه عند درجة حرارة عالية يمكنه ببساطة إذابة وكسر الدائرة التي تعمل فيها كموصل.

عادة ما يتم تجاوز تجاوز المسموح به. لذلك ، في التركيبات الكهربائية ، عادة ما يتم اتخاذ تدابير خاصة لفصل تلقائيًا عن مصدر الطاقة الذي جزء من الدائرة أو جهاز الاستقبال الكهربائي الذي حدث فيه أكثر من الحالية أو ماس كهربائى. للقيام بذلك ، استخدم قواطع الدوائر الكهربائية والصمامات والأجهزة الأخرى التي تحمل وظيفة مماثلة - لكسر الدائرة أثناء التحميل الزائد.

ويترتب على قانون جول لينز أن ارتفاع درجة حرارة الموصل يمكن أن يحدث ليس فقط بسبب التيار الزائد من خلال مقطعه العرضي ، ولكن أيضًا بسبب ارتفاع مقاومة الموصل. لهذا السبب ، للتشغيل الكامل والموثوق لأي تركيب كهربائي ، تعتبر المقاومة في غاية الأهمية ، خاصة في الأماكن التي تتصل فيها الموصلات الفردية مع بعضها البعض.

إذا لم تكن الموصلات متصلة بإحكام ، وإذا كان اتصالها مع بعضها البعض غير جيد ، فإن المقاومة عند التقاطع (ما يسمى بـ المقاومة الاتصال) سيكون أعلى من قسم لا يتجزأ من موصل بنفس الطول.

كنتيجة لمرور التيار من خلال هذا النوع من الاتصال الرديء ، وليس الكثيف بما فيه الكفاية ، فإن مكان هذا الاتصال سوف يكون محمومًا ، وهو محفوف بالنار أو حرق الموصلات أو حتى النار.

لتجنب ذلك ، فإن نهايات الموصلات المتصلة مقشرة وموثوقة ومطلية بالقصدير ومزودة بأرفف كبلات (ملحومة أو مضغوطة) أو الأكمام التي توفر هامشًا لمقاومة الانتقال عند نقطة الاتصال. يمكن تثبيت هذه النصائح بإحكام على أطراف الآلة الكهربائية باستخدام البراغي.

بالنسبة للأجهزة الكهربائية المصممة لتشغيل وإيقاف التيار ، يتم أيضًا اتخاذ تدابير لتقليل مقاومة الانتقال بين جهات الاتصال.

انظر أيضا في هذا الموضوع:

كيفية حماية الأسلاك من الحمل الزائد ودائرة كهربائية قصيرة

مساحة المقطع العرضي للأسلاك والكابلات ، اعتمادًا على القوة الحالية ، حساب المقطع العرضي للكابل المطلوب