Šiluminis srovės veikimas, srovės tankis ir jų įtaka laidininkų kaitinimui

Elektros srovės šiluminis veikimas suprantamas kaip šiluminės energijos išsiskyrimas praleidžiant srovę per laidininką. Kai srovė praeina per laidininką, srovę sudarantys laisvieji elektronai susiduria su laidininko jonais ir atomais, kaitindami jį.

Išleistos šilumos kiekį tokiu atveju galima nustatyti naudojant Joule-Lenz įstatymas, kuris suformuluotas taip: šilumos kiekis, išleidžiamas praleidžiant elektros srovę per laidininką, yra lygus srovės kvadrato, šio laidininko varžos ir laiko, per kurį srovė praeina per laidininką, sandaugai.

Paėmę srovę amperais, varžą omu ir laiką sekundėmis, gauname šilumos kiekį džauliais. Ir įvertinus tai, kad srovės ir varžos sandauga yra įtampa, o įtampos ir srovės sandauga yra galia, paaiškėja, kad tokiu atveju išleidžiamas šilumos kiekis yra lygus elektros energijai, perduodamai į šį laidininką, praleidžiant srovę per ją. Tai yra, elektros energija virsta šiluma.

Šilumos energijos gavimas iš elektros energijos nuo seno buvo plačiai naudojamas įvairiose technikose. Elektriniai šildytuvai, tokie kaip šildytuvai, vandens šildytuvai, elektrinės viryklės, lituokliai, elektrinės krosnys ir kt., Taip pat elektrinis suvirinimas, kaitrinės lempos ir daug daugiau naudoja šį principą šilumai generuoti.

Tačiau daugelyje elektrinių prietaisų kaitinimas, kurį sukelia srovė, yra žalingas: elektros varikliai, transformatoriai, laidai, elektromagnetai ir kt. - šiuose įrenginiuose, kurie nėra skirti šilumai, šildymui sumažina jų efektyvumą, trukdo veiksmingai veikti ir netgi gali sukelti avarines situacijas.

Bet kuriam laidininkui, atsižvelgiant į aplinkos parametrus, būdinga tam tikra priimtina srovės vertė, kai laidininkas nepastebimai įkaista.

Taigi, pavyzdžiui, norėdami rasti leistiną laidų srovės apkrovą, naudokite parametrą "Srovės tankis", apibūdinančią srovę, tenkančią 1 kv. mm šio laidininko skerspjūvio ploto.

Leistinas kiekvienos laidžios medžiagos srovės tankis tam tikromis sąlygomis skiriasi, tai priklauso nuo daugelio veiksnių: nuo izoliacijos tipo, aušinimo greičio, aplinkos temperatūros, skerspjūvio ploto ir kt.

Pavyzdžiui, elektrinėms mašinoms, kurių apvijos, kaip taisyklė, pagamintos iš vario, maksimalus leistinas srovės tankis neturėtų viršyti 3–6 amperų kvadratiniame mm. Ne kaitriosios lempos, o tiksliau jos volframo kaitinamosios lempos, ne daugiau kaip 15 amperų už kv.

Apšvietimo ir elektros tinklų laidams maksimalus leistinas srovės tankis imamas atsižvelgiant į izoliacijos tipą ir skerspjūvio plotą.

Jei laidininko medžiaga yra varis, o izoliacija yra guma, tada, kai jo skerspjūvio plotas, pavyzdžiui, 4 kvadratiniai mm, leidžiamas srovės tankis ne didesnis kaip 10,2 amperų kvadratiniam mm, o jei skerspjūvis yra 50 kvadratinių mm, leistinas srovės tankis bus tik 4,3 amperų kvadratiniame mm Jei nurodyto ploto laidininkai neturi izoliacijos, leistinas srovės tankis bus atitinkamai 12,5 ir 5,6 amperų kvadratiniam mm.

Dėl ko sumažėja leistinas didesnio skerspjūvio laidininkų srovės tankis? Faktas yra tas, kad laidininkai, turintys reikšmingą skerspjūvio plotą, priešingai nei mažo skerspjūvio laidininkai, turi didesnį laidžios medžiagos tūrį, esantį viduje, ir paaiškėja, kad patys laidininko vidiniai sluoksniai yra apsupti kaitinimo sluoksnių, trukdančių pašalinti šilumą iš vidaus.

Kuo didesnis laidininko paviršiaus plotas jo tūrio atžvilgiu, tuo didesnį srovės tankį laidininkas gali atlaikyti neperkaitdamas. Neizoliuoti laidininkai leidžia kaitinti iki aukštesnės temperatūros, nes šiluma iš jų tiesiogiai patenka į aplinką, izoliacija tam netrukdo, o aušinimas vyksta greičiau, todėl jiems leidžiamas didesnis srovės tankis nei laidininkų izoliacijoje.

Jei viršijama laidininkui leistina srovė, jis pradės perkaisti, o tam tikru metu jo temperatūra bus per aukšta. Elektros variklio, generatoriaus ar tiesiog laidų apvijos izoliacija tokiomis sąlygomis gali sudegti ar užsidegti, o tai gali sukelti trumpąjį jungimą ir gaisrą. Jei mes kalbame apie neizoliuotą laidą, tada aukštoje temperatūroje jis gali tiesiog ištirpti ir nutraukti grandinę, kurioje jis tarnauja kaip laidininkas.

Paprastai neleidžiama viršyti leistinos srovės. Todėl elektros instaliacijose paprastai imamasi specialių priemonių, kad automatiškai atsijungtų nuo maitinimo šaltinio ta grandinės dalis arba elektros imtuvas, kuriame tai įvyko per srovę arba trumpąjį jungimą. Norėdami tai padaryti, naudokite grandinės pertraukiklius, saugiklius ir kitus įrenginius, kurie atlieka panašią funkciją - nutraukti grandinę perkrovos metu.

Iš Joule-Lenz įstatymo išplaukia, kad laidininkas gali perkaisti ne tik dėl perteklinės srovės per jo skerspjūvį, bet ir dėl didesnio laidininko atsparumo. Dėl šios priežasties, norint visapusiškai ir patikimai eksploatuoti bet kokią elektros instaliaciją, ypač svarbi varža, ypač tose vietose, kur atskiri laidininkai yra sujungti vienas su kitu.

Jei laidininkai nėra sandariai sujungti, jei jų kontaktas vienas su kitu nėra kokybiškas, tada pasipriešinimas sankryžoje (vadinamasis kontaktinis pasipriešinimas) bus didesnis nei to paties ilgio laidininko vientisoje sekcijoje.

Dėl tokios prastos kokybės, nepakankamai tankios jungties srovės praeis, šios jungties vieta perkais, kuri yra kupina gaisro, laidininkų perdegimo ar net gaisro.

Norėdami to išvengti, prijungtų laidininkų galai yra patikimai nulupami, padengti skarda ir aprūpinti kabelių antgaliais (lituoti arba suspausti) arba rankovėmis, kurios suteikia pereinamojo pasipriešinimo ribą kontaktiniame taške. Šiuos antgalius varžtais galima tvirtai pritvirtinti prie elektrinės mašinos gnybtų.

Elektriniams prietaisams, suprojektuotiems įjungti ir išjungti srovę, taip pat imamasi priemonių sumažinti perėjimo varžą tarp kontaktų.

Taip pat žiūrėkite šia tema:

Kaip apsaugoti laidus nuo perkrovos ir trumpojo jungimo

Laidų ir kabelių skerspjūvio plotas, atsižvelgiant į srovės stiprį, reikiamo kabelio skerspjūvio apskaičiavimas