Strāvas termiskā iedarbība, strāvas blīvums un to ietekme uz vadītāju sildīšanu

Ar elektriskās strāvas termisko iedarbību saprot siltumenerģijas izdalīšanos strāvas caurlaidībā caur vadītāju. Kad strāva iet caur vadītāju, brīvie elektroni, kas veido strāvu, saduras ar vadītāja joniem un atomiem, to sildot.

Izdalītā siltuma daudzumu šajā gadījumā var noteikt, izmantojot Džoula-Lenca likums, kas ir formulēts šādi: siltuma daudzums, kas izdalās elektriskās strāvas pārejā caur vadītāju, ir vienāds ar strāvas kvadrāta, šī vadītāja pretestības un laika, kas nepieciešams, lai strāva izietu caur vadītāju, reizinājumu.

Ņemot strāvu ampēros, pretestību omos un laiku sekundēs, mēs iegūstam siltuma daudzumu džoulos. Un, ņemot vērā to, ka strāvas un pretestības reizinājums ir spriegums, un sprieguma un strāvas reizinājums ir jauda, ​​izrādās, ka šajā gadījumā izdalītā siltuma daudzums ir vienāds ar elektrības daudzumu, kas uz šo vadītāju tiek nodots strāvas caurlaides laikā caur to. Tas ir, elektriskā enerģija tiek pārveidota siltumā.

Siltumenerģijas saņemšana no elektriskās enerģijas kopš seniem laikiem tiek plaši izmantota dažādās metodēs. Šo principu siltuma ģenerēšanai izmanto elektriskie sildītāji, piemēram, sildītāji, ūdens sildītāji, elektriskās krāsnis, lodāmuri, elektriskās krāsnis utt., Kā arī elektriskā metināšana, kvēlspuldzes un daudz kas cits.

Bet daudzās elektriskās ierīcēs strāvas izraisīta apkure ir kaitīga: elektromotori, transformatori, vadi, elektromagnēti utt. - šajās ierīcēs, kuras nav paredzētas siltuma, apkures saņemšanai samazina to efektivitāti, traucē efektīvai darbībai un pat var izraisīt ārkārtas situācijas.

Jebkuram vadītājam, atkarībā no vides parametriem, ir raksturīga noteikta pieļaujamā strāvas vērtības vērtība, pie kuras diriģents manāmi nesasilda.

Tātad, piemēram, lai atrastu pieļaujamo strāvas slodzi uz vadiem, izmantojiet parametru "Strāvas blīvums", kas raksturo strāvu uz šī vadītāja šķērsgriezuma laukuma 1 kvadrātmetru.

Katram vadoša materiāla pieļaujamais strāvas blīvums noteiktos apstākļos ir atšķirīgs, tas ir atkarīgs no daudziem faktoriem: no izolācijas veida, dzesēšanas ātruma, apkārtējās vides temperatūras, šķērsgriezuma laukuma utt.

Piemēram, elektriskām mašīnām, kurās tinumi, kā likums, ir izgatavoti no vara, maksimālais pieļaujamais strāvas blīvums nedrīkst pārsniegt 3-6 ampērus uz kvadrātmetru. Kvēlspuldzei un precīzāk tās volframa kvēldiegam - ne vairāk kā 15 ampēri uz kvadrātmetru.

Apgaismojuma un elektrotīklu vadiem maksimālo pieļaujamo strāvas blīvumu ņem, pamatojoties uz izolācijas veidu un šķērsgriezuma laukumu.

Ja diriģenta materiāls ir varš un izolācija ir gumija, tad ar šķērsgriezuma laukumu, piemēram, 4 kvadrātmetri, ir pieļaujams strāvas blīvums ne vairāk kā 10,2 ampēri uz kvadrātmetru mm, un, ja šķērsgriezums ir 50 kvadrātmetri, pieļaujamais strāvas blīvums būs tikai 4,3 ampēri uz kvadrātmetru Ja norādītā apgabala vadītājiem nav izolācijas, tad pieļaujamais strāvas blīvums būs attiecīgi 12,5 un 5,6 ampēri uz kvadrātmetru.

Kāds ir iemesls pieļaujamā strāvas blīvuma pazemināšanai lielāka šķērsgriezuma vadītājiem? Fakts ir tāds, ka vadītājiem ar ievērojamu šķērsgriezuma laukumu, atšķirībā no maza profila vadītājiem, ir lielāks vadītspējīga materiāla tilpums, kas atrodas iekšpusē, un izrādās, ka diriģenta iekšējos slāņus paši ieskauj sildīšanas slāņi, kas traucē siltuma noņemšanai no iekšpuses.

Jo lielāks ir diriģenta virsmas laukums attiecībā pret tā tilpumu, jo lielāku strāvas blīvumu vadītājs var izturēt bez pārkaršanas. Neizolēti vadītāji ļauj uzsildīt līdz augstākai temperatūrai, jo siltums tieši no tiem tiek novadīts vidē, izolācija to netraucē un dzesēšana notiek ātrāk, tāpēc tiem ir atļauts lielāks strāvas blīvums nekā izolācijas vadītājiem.

Ja tiek pārsniegts diriģentam pieļaujamā strāva, tas sāks pārkarst, un kādā brīdī tā temperatūra būs pārmērīga. Elektromotora, ģeneratora vai tikai vadu tinumu izolācija šādos apstākļos var kļūt atdedzināta vai aizdegties, kas izraisīs īssavienojumu un ugunsgrēku. Ja mēs runājam par neizolētu vadu, tad augstā temperatūrā tas var vienkārši izkausēt un salauzt ķēdi, kurā tas kalpo kā vadītājs.

Parasti tiek pieļauta pieļaujamās strāvas pārsniegšana. Tāpēc elektriskās instalācijās parasti tiek veikti īpaši pasākumi, lai automātiski atvienotu no enerģijas avota to ķēdes daļu vai elektrisko uztvērēju, kurā tas notika virs strāvas vai īssavienojuma. Lai to izdarītu, izmantojiet slēdžus, drošinātājus un citas ierīces, kurām ir līdzīga funkcija - lai pārtrauktu ķēdi pārslodzes laikā.

No Džula-Lenca likuma izriet, ka diriģenta pārkaršana var notikt ne tikai liekā strāvas dēļ caur tā šķērsgriezumu, bet arī tāpēc, ka vadītājam ir lielāka pretestība. Šī iemesla dēļ, lai pilnīgi un droši darbotos jebkura elektroinstalācija, pretestība ir ārkārtīgi svarīga, īpaši vietās, kur atsevišķi vadītāji ir savienoti viens ar otru.

Ja vadītāji nav cieši savienoti, ja to kontakts viens ar otru nav labs, tad pretestība krustojumā (ts kontakta pretestība) būs augstāka nekā tāda paša garuma diriģenta neatņemamai sekcijai.

Strāvas caurlaidei caur tik nekvalitatīvu, nepietiekami blīvu savienojumu šī savienojuma vieta pārkarst, kas ir apgrūtināta ar uguni, vadītāju izdegšanu vai pat ugunsgrēku.

Lai no tā izvairītos, savienoto vadītāju gali ir ticami mizoti, pārklāti ar alvu un aprīkoti ar kabeļu stiprinājumiem (pielodēti vai presēti) vai uzmavām, kas nodrošina pārejas pretestības robežu saskares punktā. Šos uzgaļus var cieši piestiprināt pie elektriskās mašīnas spailēm, izmantojot bultskrūves.

Elektriskām ierīcēm, kas paredzētas strāvas ieslēgšanai un izslēgšanai, tiek veikti arī pasākumi, lai samazinātu pārejas pretestību starp kontaktiem.

Skatīt arī par šo tēmu:

Kā aizsargāt vadus no pārslodzes un īssavienojuma

Vadu un kabeļu šķērsgriezuma laukums atkarībā no strāvas stipruma, nepieciešamā kabeļa šķērsgriezuma aprēķins