การกระทำทางความร้อนของกระแสความหนาแน่นกระแสและอิทธิพลต่อความร้อนของตัวนำ

โดยการกระทำของความร้อนของกระแสไฟฟ้านั้นเป็นที่เข้าใจกันว่าการปล่อยพลังงานความร้อนในระหว่างทางเดินของกระแสผ่านตัวนำ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำตัวนำอิเล็กตรอนอิสระที่ก่อตัวขึ้นจะเกิดการชนกับไอออนและอะตอมของตัวนำทำให้เกิดความร้อน

สามารถกำหนดปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้ได้ กฎหมาย Joule-Lenzซึ่งมีสูตรดังนี้: ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างทางผ่านของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำนั้นเท่ากับผลคูณของกำลังสองของกระแสไฟฟ้าความต้านทานของตัวนำนี้และเวลาที่ใช้ในการไหลผ่านตัวนำ

รับกระแสเป็นแอมแปร์ความต้านทานเป็นโอห์มและเวลาเป็นวินาทีเราจะได้ปริมาณความร้อนเป็นจูล และเมื่อพิจารณาว่าผลิตภัณฑ์ของกระแสและความต้านทานคือแรงดันและผลิตภัณฑ์ของแรงดันและกระแสคือพลังงานปรากฎว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้เท่ากับปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ถ่ายโอนไปยังตัวนำนี้ในระหว่างทางผ่านของมัน นั่นคือพลังงานไฟฟ้าถูกแปลงเป็นความร้อน

การรับพลังงานความร้อนจากพลังงานไฟฟ้ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายมาตั้งแต่สมัยโบราณในเทคนิคต่างๆ เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าเช่นเครื่องทำความร้อน, เครื่องทำน้ำอุ่น, เตาไฟฟ้า, เตารีดบัดกรี, เตาไฟฟ้า ฯลฯ รวมถึงการเชื่อมไฟฟ้า, หลอดไส้และอื่น ๆ อีกมากมายใช้หลักการนี้เพื่อสร้างความร้อน

แต่ในอุปกรณ์ไฟฟ้าจำนวนมากความร้อนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าเป็นอันตราย: มอเตอร์ไฟฟ้าหม้อแปลงสายไฟแม่เหล็กไฟฟ้าและอื่น ๆ - ในอุปกรณ์เหล่านี้ที่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับความร้อนความร้อน ลดประสิทธิภาพของพวกเขารบกวนการทำงานที่มีประสิทธิภาพและสามารถนำไปสู่สถานการณ์ฉุกเฉิน

สำหรับตัวนำใด ๆ ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสิ่งแวดล้อมค่าที่ยอมรับได้บางอย่างของค่าปัจจุบันนั้นเป็นลักษณะที่ตัวนำไม่ร้อนขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

ตัวอย่างเช่นหากต้องการค้นหาโหลดปัจจุบันที่อนุญาตให้ใช้สายให้ใช้พารามิเตอร์ "ความหนาแน่นกระแส"ระบุลักษณะกระแสไฟฟ้าต่อ 1 ตารางมม. ของพื้นที่หน้าตัดของตัวนำนี้

ความหนาแน่นกระแสที่อนุญาตสำหรับวัสดุนำไฟฟ้าแต่ละชนิดภายใต้เงื่อนไขบางอย่างแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ: ชนิดของฉนวนอัตราการทำความเย็นอุณหภูมิแวดล้อมพื้นที่หน้าตัดเป็นต้น

ตัวอย่างเช่นสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ทำขดลวดตามกฎทองแดงความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตไม่ควรเกิน 3-6 แอมแปร์ต่อตารางมิลลิเมตร สำหรับหลอดไส้และแม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับไส้หลอดทังสเตนไม่เกิน 15 แอมแปร์ต่อตารางมม.

สำหรับสายไฟของเครือข่ายแสงสว่างและพลังงานความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตสูงสุดจะพิจารณาจากชนิดของฉนวนและพื้นที่หน้าตัด

หากวัสดุของตัวนำเป็นทองแดงและฉนวนเป็นยางจากนั้นพื้นที่หน้าตัดของเช่น 4 ตารางมม. ความหนาแน่นกระแสไม่เกิน 10.2 แอมแปร์ต่อตารางมิลลิเมตรได้รับอนุญาตและถ้าหน้าตัดเป็น 50 ตารางมิลลิเมตรความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตจะเป็นเพียง 4.3 แอมแปร์ต่อตารางมม หากตัวนำของพื้นที่ที่ระบุไม่มีฉนวนความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตจะเท่ากับ 12.5 และ 5.6 แอมแปร์ต่อตารางมม. ตามลำดับ

อะไรคือสาเหตุของการลดความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่อนุญาตสำหรับตัวนำของ cross section ที่ใหญ่ขึ้น? ความจริงก็คือตัวนำที่มีพื้นที่ตัดขวางที่สำคัญซึ่งตรงกันข้ามกับตัวนำขนาดเล็กนั้นจะมีวัสดุนำไฟฟ้าจำนวนมากอยู่ภายในและปรากฎว่าชั้นในของตัวนำนั้นล้อมรอบด้วยชั้นทำความร้อนที่รบกวนการกำจัดความร้อนจากภายใน

พื้นที่ผิวของตัวนำที่ใหญ่ขึ้นเมื่อเทียบกับปริมาตรของมันความหนาแน่นกระแสที่สูงขึ้นที่ตัวนำสามารถทนได้โดยไม่ร้อนเกินไป ตัวนำที่ไม่มีฉนวนช่วยให้ความร้อนสูงขึ้นเนื่องจากความร้อนถูกส่งโดยตรงจากสภาพแวดล้อมฉนวนไม่กีดขวางสิ่งนี้และการทำความเย็นเร็วขึ้นดังนั้นความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่าจึงอนุญาตให้มีความหนาแน่นกระแสสูงกว่าตัวนำในฉนวน

ถ้าเกิน ปัจจุบันได้รับอนุญาตสำหรับตัวนำมันจะเริ่มร้อนเกินไปและในบางจุดอุณหภูมิจะสูงเกินไป ฉนวนของขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือสายไฟสามารถกลายเป็นตอตะโกหรือจุดติดไฟภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวซึ่งจะนำไปสู่การลัดวงจรและไฟ ถ้าเราพูดถึงลวดที่ไม่มีฉนวนแล้วที่อุณหภูมิสูงมันสามารถละลายและทำลายวงจรที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำได้ง่าย

เกินกว่าที่ได้รับอนุญาตในปัจจุบันมักจะป้องกันไม่ให้ ดังนั้นในการติดตั้งระบบไฟฟ้ามักจะใช้มาตรการพิเศษเพื่อตัดการเชื่อมต่อโดยอัตโนมัติจากแหล่งพลังงานที่เป็นส่วนหนึ่งของวงจรหรือตัวรับสัญญาณไฟฟ้าที่เกิดขึ้น มากกว่าปัจจุบันหรือลัดวงจร. ในการทำเช่นนี้ให้ใช้เบรกเกอร์วงจร, ฟิวส์และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่มีฟังก์ชั่นที่คล้ายกัน - เพื่อทำลายวงจรระหว่างการโอเวอร์โหลด

มันตามมาจากกฎหมาย Joule-Lenz ว่าการมีความร้อนสูงเกินไปของตัวนำอาจเกิดขึ้นไม่เพียง แต่เนื่องจากกระแสเกินผ่านภาคตัดขวาง แต่ยังเป็นเพราะความต้านทานของตัวนำที่สูงขึ้น ด้วยเหตุผลนี้สำหรับการใช้งานที่สมบูรณ์และเชื่อถือได้ของการติดตั้งระบบไฟฟ้าความต้านทานจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

หากตัวนำไม่ได้เชื่อมต่ออย่างแน่นหนาหากการสัมผัสกันไม่ได้คุณภาพสูงความต้านทานที่จุดต่อ (ที่เรียกว่า ต้านทานการติดต่อ) จะสูงกว่าสำหรับส่วนที่สำคัญของตัวนำที่มีความยาวเท่ากัน

เป็นผลมาจากการผ่านของกระแสผ่านเช่นการเชื่อมต่อที่มีคุณภาพไม่ดีไม่หนาแน่นพอสถานที่ของการเชื่อมต่อนี้จะร้อนมากเกินไปซึ่งจะเต็มไปด้วยไฟไหม้เหนื่อยหน่ายของตัวนำหรือแม้กระทั่งไฟ

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ปลายของตัวนำที่เชื่อมต่อจะถูกปอกเปลือกชุบดีบุกอย่างน่าเชื่อถือและติดตั้งสายเคเบิล (บัดกรีหรือกด) หรือแขนเสื้อที่ให้ระยะขอบสำหรับความต้านทานการเปลี่ยนผ่านที่จุดสัมผัส เคล็ดลับเหล่านี้สามารถแก้ไขได้อย่างแน่นหนากับขั้วของเครื่องใช้ไฟฟ้าด้วยสลักเกลียว

สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อเปิดและปิดกระแสไฟฟ้ายังใช้มาตรการเพื่อลดความต้านทานการเปลี่ยนแปลงระหว่างหน้าสัมผัส

ดูเพิ่มเติมที่หัวข้อนี้:

วิธีการป้องกันสายไฟจากการโอเวอร์โหลดและการลัดวงจร

พื้นที่หน้าตัดของสายไฟและสายเคเบิลขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสการคำนวณของหน้าตัดสายเคเบิลที่ต้องการ