Az áram hőáteresztése, áramsűrűsége és ezek befolyása a vezetők fűtésére

Az elektromos áram hőhatása alatt a hőenergia felszabadulását értjük az áram átvezetésekor a vezetőn keresztül. Amikor egy áram áthalad a vezetőn, az áramot alkotó szabad elektronok ütköznek a vezető ionjaival és atomjaival, felmelegítve.

A felszabaduló hő mennyisége ebben az esetben a következővel határozható meg: Joule-Lenz törvény, amelyet a következőképpen fogalmaz meg: az elektromos áram vezetőn keresztüli áthaladása során felszabaduló hőmennyiség megegyezik az áram négyzetének, a vezető ellenállásának és az áramnak a vezetőn keresztüli idejének szorzatával.

Az áramot amperben, az ellenállást ohmban és az időt másodpercben kapjuk meg a hőmennyiséget džaulokban. És figyelembe véve, hogy az áram és az ellenállás szorzata a feszültség, a feszültség és az áram szorzata pedig az energia, kiderül, hogy ebben az esetben a felszabaduló hőmennyiség megegyezik azzal a villamos energiával, amelyet erre a vezetőre továbbítanak az áram áthaladása közben. Vagyis az elektromos energiát hővé alakítják.

A hőenergia villamos energiából történő befogadását az ősi idők óta széles körben használják különféle technikákban. Az elektromos fűtőberendezések, például fűtőtestek, vízmelegítők, elektromos kályhák, forrasztópárok, elektromos kemencék stb., Valamint az elektromos hegesztés, izzólámpák és még sok minden más ezt az elvet alkalmazzák hőtermelésre.

De sok elektromos eszközben az áram által okozott fűtés káros: villamos motorok, transzformátorok, vezetékek, elektromágnesek stb. - ezekben a készülékekben, amelyeket nem hő, fűtés előállítására terveztek csökkenti hatékonyságukat, zavarja a hatékony működést, és akár vészhelyzetekhez is vezethet.

Bármely vezető számára, a környezeti paraméterektől függően, az áramérték bizonyos elfogadható értéke jellemző, amelynél a vezető nem melegszik észre.

Tehát például a vezetékek megengedett áramterhelésének megállapításához használja a paramétert "Jelenlegi sűrűség", amely jellemzi a vezető keresztmetszetének négyzetméterére eső áramot.

Az egyes vezető anyagok megengedett áramsűrűsége bizonyos körülmények között eltérő, sok tényezőtől függ: a szigetelés típusától, a hűtési sebességtől, a környezeti hőmérséklettől, a keresztmetszeti területtől stb.

Például olyan elektromos gépeknél, ahol a tekercsek általában rézből készülnek, a maximális megengedett áramsűrűség nem haladhatja meg a 3–6 amper / négyzet mm-t. Egy izzólámpának, pontosabban annak volfrámszálának, legfeljebb 15 amper / m2.

Világítási és hálózati vezetékeknél a legnagyobb megengedett áramsűrűséget a szigetelés típusa és a keresztmetszet területe alapján veszik figyelembe.

Ha a vezető anyaga réz, és a szigetelés gumi, akkor például 4 négyzet mm keresztmetszettel az áramsűrűség legfeljebb 10,2 amper / négyzet mm lehet, és ha a keresztmetszet 50 négyzet mm, akkor a megengedett áram sűrűsége csak 4,3 amper / négyzet mm Ha a megadott terület vezetékein nincs szigetelés, akkor a megengedett áramsűrűség 12,5 és 5,6 amper / négyzet mm.

Mi az oka annak, hogy csökkentjük a nagyobb keresztmetszetű vezetők megengedett áramsűrűségét? A helyzet az, hogy a jelentős keresztmetszetű vezetőkkel szemben a kis keresztmetszetű vezetőkkel szemben nagyobb mennyiségű vezető anyag található, és kiderül, hogy a vezető belső rétegeit maguk fűtőrétegek veszik körül, amelyek megakadályozzák a hő eltávolítását a belső részből.

Minél nagyobb a vezető felülete térfogata szempontjából, annál nagyobb az áramsűrűsége, amelyet a vezető túlmelegedés nélkül képes ellenállni. A nem szigetelt vezetők lehetővé teszik a melegedést magasabb hőmérsékletre, mivel a hőt közvetlenül tőlük továbbítják a környezetbe, a szigetelés ezt nem akadályozza, és a hűtés gyorsabb, ezért nagyobb áramsűrűség megengedett nekik, mint a szigetelés vezetői számára.

Ha túllépte a vezető számára megengedett áram, túlmelegedni kezd, és egy bizonyos hőmérsékleten túl magas a hőmérséklete. Az elektromos motor, a generátor, vagy csak a huzalozás tekercselése szigetelhet vagy meggyulladhat ilyen körülmények között, ami rövidzárlathoz és tüzet okozhat. Ha nem szigetelt vezetékről beszélünk, akkor magas hőmérsékleten egyszerűen megolvadhat és megszakíthatja azt az áramkört, amelyben vezetőként szolgál.

A megengedett áram túllépését általában megakadályozzuk. Ezért az elektromos létesítményekben általában különleges intézkedéseket hoznak annak érdekében, hogy automatikusan leválasztják az áramforrást az áramkör azon részétől vagy az elektromos vevőtől, amelyben ez történt túláram vagy rövidzárlat. Ehhez használjon megszakítókat, biztosítékokat és más hasonló funkciót ellátó eszközöket - a túlterhelés során az áramkör megszakításához.

A Joule-Lenz törvényből következik, hogy a vezető túlmelegedése nemcsak a keresztmetszetén keresztüli túláram miatt, hanem a vezető nagyobb ellenállása miatt is felléphet. Ezért minden elektromos berendezés teljes és megbízható működéséhez az ellenállás rendkívül fontos, különösen azokon a helyeken, ahol az egyes vezetők egymással vannak összekötve.

Ha a vezetékeket nincs szorosan összekapcsolva, ha egymással való érintkezésük nem jó minőségű, akkor a kereszteződésnél az ellenállás (az úgynevezett érintkezési ellenállás) magasabb, mint az azonos hosszúságú vezető integrált szakaszánál.

Az áram ilyen rossz minőségű, nem kellően sűrű csatlakozáson keresztüli átvezetésének eredményeként a csatlakozás helye túlmelegszik, amelyet tűz, vezetékek kiégése vagy akár tűz is okozhat.

Ennek elkerülése érdekében a csatlakoztatott vezetékek végeit megbízhatóan hámozzák, ónbevonattal ellátják, és kábelcsatlakozókkal (forrasztott vagy sajtolt) vagy hüvelyekkel vannak ellátva, amelyek biztosítják az átmeneti ellenállás határát az érintkezési ponton. Ezeket a tippeket csavarok segítségével szorosan rögzíthetjük az elektromos gép érintkezőire.

Az áram be- és kikapcsolására tervezett elektromos készülékek esetében intézkedéseket kell hozni az érintkezők közötti átmeneti ellenállás csökkentésére.

Lásd még ebben a témában:

Hogyan védjük meg a vezetékeket a túlterheléstől és a rövidzárlattól?

A vezetékek és kábelek keresztmetszeti területe az áramszilárdságtól függően, a szükséges kábel keresztmetszet kiszámítása