Termisk virkning af strøm, strømtæthed og deres indflydelse på opvarmning af ledere

Ved den termiske virkning af en elektrisk strøm forstås frigørelsen af ​​termisk energi under strømningen gennem en leder. Når en strøm passerer gennem lederen, kolliderer de frie elektroner, der danner strømmen, med lederens ioner og atomer og opvarmer den.

Mængden af ​​frigivet varme i dette tilfælde kan bestemmes ved hjælp af Joule-Lenz lov, der er formuleret som følger: mængden af ​​varme, der frigøres under passage af elektrisk strøm gennem lederen, er lig med produktet fra kvadratet af strømmen, denne leders modstand og den tid det tager for strømmen at passere gennem lederen.

Når man tager strømmen i ampere, modstanden i ohm og tiden i sekunder, får vi mængden af ​​varme i joules. Og da produktet af strømmen og modstanden er spændingen, og produktet af spændingen og strømmen er strømmen, viser det sig, at mængden af ​​frigivet varme i dette tilfælde er lig med den mængde elektrisk energi, der overføres til denne leder under strømmen gennem den. Det vil sige, elektrisk energi omdannes til varme.

Modtagelse af termisk energi fra elektrisk energi har været vidt brugt siden oldtiden i forskellige teknikker. Elektriske varmeapparater, såsom varmeapparater, vandvarmere, elektriske komfurer, loddejern, elektriske ovne osv., Samt elektrisk svejsning, glødelamper og meget mere, bruger dette princip til at generere varme.

Men i et stort antal elektriske apparater er opvarmning forårsaget af strøm skadelig: elektriske motorer, transformere, ledninger, elektromagneter osv. - i disse enheder, der ikke er designet til at modtage varme, opvarmning reducerer deres effektivitet, forstyrrer effektiv drift og kan endda føre til nødsituationer.

Afhængigt af miljøparametrene er en bestemt acceptabel værdi for den aktuelle værdi karakteristisk, hvor lederen ikke mærkbart opvarmes.

Så for eksempel for at finde den tilladte strømbelastning på ledningerne skal du bruge parameteren "Nuværende tæthed", der karakteriserer strømmen pr. 1 kvadratmeter af tværsnitsarealet for denne leder.

Den tilladte strømtæthed for hvert ledende materiale under visse betingelser er forskellig, det afhænger af mange faktorer: af typen isolering, kølehastighed, omgivelsestemperatur, tværsnitsareal osv.

F.eks. For elektriske maskiner, hvor viklingerne som regel udføres af kobber, bør den maksimale tilladte strømtæthed ikke overstige 3-6 ampere per kvadrat mm. Til en glødelampe og mere præcist for dens wolframglødetråd må ikke mere end 15 ampere pr. Kvm.

For ledninger til belysning og strømnet tages den maksimalt tilladte strømtæthed baseret på typen af ​​isolering og tværsnitsareal.

Hvis materialet i lederen er kobber, og isoleringen er gummi, er det med et tværsnitsareal på for eksempel 4 kvadrat mm tilladt en strømtæthed på højst 10,2 ampere per kvadrat mm, og hvis tværsnittet er 50 kvadrat mm, vil den tilladte strømtæthed kun være 4,3 ampere per kvadrat mm Hvis lederne i det angivne område ikke har isolering, vil de tilladte strømtætheder være henholdsvis 12,5 og 5,6 ampere per kvadrat mm.

Hvad er grunden til at sænke den tilladte strømtæthed for ledere med et større tværsnit? Faktum er, at ledere med et betydeligt tværsnitsareal, i modsætning til småsnitsledere, har et større volumen ledende materiale placeret inde, og det viser sig, at de indre lag i lederen selv er omgivet af varmelag, der forstyrrer varmefjerning indefra.

Jo større overfladen af ​​lederen er med hensyn til dens volumen, jo højere strømtæthed kan lederen modstå uden overophedning. Ikke-isolerede ledere tillader opvarmning til en højere temperatur, da varme overføres direkte fra dem til miljøet, isolering hindrer ikke dette, og afkøling er hurtigere, derfor tillades en højere strømtæthed for dem end for ledere i isolering.

Hvis overskredet strøm tilladt for lederen, vil det begynde at overophedes, og på et tidspunkt vil temperaturen være for høj. Isolering af viklingen af ​​en elektrisk motor, generator eller bare ledninger kan blive forkullet eller antændes under sådanne forhold, hvilket vil føre til kortslutning og brand. Hvis vi taler om en uisoleret ledning, kan den ved høj temperatur simpelthen smelte og ødelægge det kredsløb, hvori det fungerer som leder.

Overskridelse af den tilladte strøm forhindres normalt. I elektriske installationer træffes der derfor normalt særlige forholdsregler for automatisk at frakoble strømkilden til den del af kredsløbet eller den elektriske modtager, hvori det skete over strøm eller kortslutning. For at gøre dette skal du bruge afbrydere, sikringer og andre enheder, der har en lignende funktion - til at bryde kredsløbet under overbelastning.

Det følger af Joule-Lenz-loven, at overophedning af en leder kan forekomme ikke kun på grund af overskydende strøm gennem dens tværsnit, men også på grund af en højere modstand af lederen. Derfor er modstand ekstrem vigtig for fuld og pålidelig drift af enhver elektrisk installation, især på de steder, hvor individuelle ledere er forbundet til hinanden.

Hvis lederne ikke er tæt forbundet, hvis deres kontakt med hinanden ikke er af høj kvalitet, er modstanden i krydset (den såkaldte kontaktmodstand) vil være højere end for en integreret sektion af en leder med samme længde.

Som et resultat af strømmen gennem en sådan dårlig forbindelse, ikke tilstrækkelig tæt forbindelse, vil stedet for denne forbindelse overophedes, hvilket er fyldt med ild, udbrænding af ledere eller endda en brand.

For at undgå dette er enderne af de tilsluttede ledere pålideligt skrælede, tinbelagte og udstyret med kabelsko (loddet eller presset) eller ærmer, der giver en margen for overgangsmodstanden ved kontaktpunktet. Disse tip kan fastgøres tæt på terminalerne på den elektriske maskine ved hjælp af bolte.

For elektriske apparater, der er designet til at tænde og slukke for strømmen, træffes der også foranstaltninger til at reducere overgangsmodstanden mellem kontakterne.

Se også om dette emne:

Sådan beskyttes ledninger mod overbelastning og kortslutning

Tværsnit af ledninger og kabler afhængigt af strømstyrken, beregning af det krævede kabeltværsnit