Термичко деловање струје, густине струје и њихов утицај на загревање проводника

Под термичким деловањем електричне струје подразумева се ослобађање топлотне енергије током проласка струје кроз проводник. Када струја прође кроз проводник, слободни електрони који формирају струју сударају се са јонима и атомима проводника, загревајући је.

Количина топлине која се ослобађа у овом случају може се одредити помоћу Јоуле-Ленз Лав, која је формулисана на следећи начин: количина топлоте која се ослобађа током проласка електричне струје кроз проводник једнака је производу квадрата струје, отпора овог проводника и времену потребном да струја прође кроз проводник.

Узимајући струју у амперима, отпор у охима и време у секундама, добијамо количину топлоте у џулима. А с обзиром да су производ струје и отпора напон, а производ напона и струје снага, испада да је количина топлине која се у овом случају ослобађа једнака количини електричне енергије која се преноси овом проводнику током проласка струје кроз њега. Односно, електрична енергија се претвара у топлоту.

Примање топлотне енергије из електричне енергије широко се користи од давнина у разним техникама. Електрични гријачи, као што су гријачи, гријачи за воду, електрични штедњаци, глачала за лемљење, електричне пећи итд., Као и електрично заваривање, жаруље са жарном нити и још много тога, користе овај принцип за производњу топлине.

Али у великом броју електричних уређаја грејање изазвано струјом је штетно: електрични мотори, трансформатори, жице, електромагнети итд. - на овим уређајима који нису дизајнирани да производе топлоту, грејање смањује њихову ефикасност, омета ефикасан рад и може чак довести до ванредних ситуација.

За било који проводник, овисно о параметрима околине, карактеристична је одређена прихватљива вриједност тренутне вриједности при којој се проводник не примјећује загријавати.

Тако, на примјер, да бисте пронашли дозвољено оптерећење струје на жицама, користите параметар "Густина струје", која карактерише струју по 1 квадратном мм површине попречног пресека овог проводника.

Дозвољена густина струје за сваки проводљиви материјал под одређеним условима је различита, зависи од многих фактора: од врсте изолације, брзине хлађења, температуре околине, подручја попречног пресека итд.

На пример, за електричне машине, где су намотаји прављени од бакра, највећа дозвољена густина струје не сме бити већа од 3-6 ампера по квадратном мм. За жаруљу са жарном нити, тачније за волфрамову жаруљу, не више од 15 ампера по квадратном метру.

За жице расвјетних и електроенергетских мрежа, највећа допуштена густина струје узима се на основу врсте изолације и подручја попречног пресјека.

Ако је материјал проводника бакар, а изолација гума, тада је са површином пресека, на пример, 4 квадратна мм, дозвољена густина струје не већа од 10,2 ампера по квадратном мм, а ако је пресек 50 квадратних мм, дозвољена густина струје биће само 4,3 ампера по квадратном мм Ако проводници назначеног подручја немају изолацију, тада ће дозвољена густина струје бити 12,5 односно 5,6 ампера по квадратном мм.

Шта је разлог смањења дозвољене густине струје за проводнике већег пресека? Чињеница је да проводници са значајном површином пресека, за разлику од водича малог пресека, имају већу запремину проводљивог материјала који се налази унутра, а испада да су унутрашњи слојеви проводника окружени грејним слојевима који ометају уклањање топлоте изнутра.

Што је већа површина проводника у односу на његову запремину, већа је густина струје коју проводник може поднијети без прегријавања. Неизолирани проводници омогућавају загревање на вишу температуру, јер се топлота преноси директно из њих у околину, изолација то не омета, а хлађење је брже, па је за њих дозвољена већа густоћа струје него за проводнике у изолацији.

Ако је прекорачено струја допуштена за проводник, почеће да се прегрева, а у неком тренутку ће му температура бити прекомерна. Изолација намотаја мотора, генератора или само ожичења може се под тим условима угасити или запалити, што ће довести до кратког споја и пожара. Ако говоримо о неизолованој жици, онда се при високој температури може једноставно истопити и прекинути круг у коме служи као проводник.

Прекорачење дозвољене струје обично се спречава. Због тога се у електричним инсталацијама обично предузимају посебне мере за аутоматско искључивање из извора напајања онај део кола или електрични пријемник у коме се догодио преко струје или кратког споја. Да бисте то учинили, користите прекидаче, осигураче и друге уређаје који имају сличну функцију - за прекид круга током преоптерећења.

Из закона Јоуле-Ленза произлази да прегревање кондуктора може настати не само због прекомерне струје кроз његов пресек, већ и због већег отпора проводника. Из тог разлога, за потпун и поуздан рад било које електричне инсталације, отпор је изузетно важан, посебно на местима где су поједини проводници повезани једни са другима.

Ако проводници нису чврсто повезани, ако њихов међусобни контакт није квалитетан, тада је отпор на месту спајања (тзв. контактни отпор) ће бити већи него код интегралног пресјека проводника исте дужине.

Као резултат проласка струје кроз тако неквалитетну, недовољно чврсту везу, место ове везе ће се прегревати, што је круто ватром, изгарањем проводника или чак пожаром.

Да би се то избегло, крајеви прикључених проводника су поуздано огуљени, лименим и опремљени кабловским носачима (лемљеним или пресованим) или чахурама које пружају границу прелазног отпора на месту контакта. Ови савети се могу добро причврстити вијцима на прикључке електричне машине.

За електричне уређаје дизајниране да укључе и искључе струју, предузимају се и мере за смањење прелазног отпора између контаката.

Погледајте и ову тему:

Како заштитити ожичење од преоптерећења и кратког споја

Површина попречног пресека жица и каблова, у зависности од тренутне снаге, израчунавање потребног пресека кабла