До какой температуры нагреется проводник
Под термином «допустимая температура нагрева кабеля»чаще всего понимается параметр, определяющий температурный режим эксплуатации кабеля, при котором изоляция сохраняет свою долговечность и практические качества. Однако при выборе кабеля стоит использовать более широкий подход, то есть учесть также температуру нагрева жил.
В первом случае подразумевается температура окружающей среды, во втором – нагрев самого кабеля, вызванный электрическим сопротивлением токоведущих жил.
Допустимая температура нагрева изоляции кабеля
При чрезмерном нагреве или охлаждении изоляция может начать деградировать тем или иным образом. Это, в свою очередь, может привести к повреждению кабеля, а также подключённых к нему приборов и механизмов. Как следствие, допустимая температура нагрева проводов и кабелей зависит в первую очередь от материала изоляции.
«Обычные» кабели с пластмассовой (ПВХ пластикат, полиэтилен, полимеры), бумажной, резиновой изоляцией на эксплуатацию в температурных условиях от -50 до +50 градусов (здесь и далее приведены значения в градусах по шкале Цельсия). При превышении этого значения материал оболочки и изоляции начинает деградировать до расплавления. Сверхохлаждение, в свою очередь, приводит к механическому разрушению изоляции – появлению трещин, изломов и других дефектов. К примеру, допустимая температура нагрева кабеля ВВГнг в стандартном исполнении во время эксплуатации – +50°C, минимальная – -50°C, а у кабеля, в конструкции которого используется ПВХ пластикат повышенной холодостойкости может выдерживать температуру до -60°C включительно.
Если планируется эксплуатировать кабель в более экстремальных температурных условиях, целесообразно рассмотреть специализированные модели с изоляцией из иных материалов – фторопласт, силикон и других. Кроме того, при эксплуатации в экстремально холодных условиях подойдут холодостойкие исполнения.
Допустимая температура нагрева изоляции жил кабеля
Допустимая температура нагрева жил кабеля также зависит от материала изоляции, а в некоторых случаях – от рабочего напряжения. Длительно допустимая температура нагрева изоляции жил кабелей в зависимости от типа изоляции составляет:
• бумажная:
◦ до 3 кВ включительно – 80°C;
◦ 6 кВ – 65°C;
◦ 10 кВ – 60°C;
◦ 20-35 кВ – 50°C.
• бумажная обеднённо-пропитанная:
◦ 1 кВ – 80°C;
◦ 6 кВ –75°C.
• резиновая – 65°C;
• сшитый полиэтилен (СПЭ) и этиленпропиленовая резина (ЭПР) – 90°C;
• ПВХ пластикат и полимерная композиция – 70°C;
• маслонаполненные – 70-80°C в зависимости от типа прокладки.
Для всех типов изоляции допустимо кратковременное повышение температуры в аварийном или пусковом режиме (перегрузки). Допустимые значения температур в зависимости от типа изоляции составляют:
• бумажная обеднённо-пропитанная – 95°C, но не более 10% от эксплуатационного времени;
• резиновая – 110°C , но только при пусковом режиме;
• ПВХ изоляция и полимерная композиция – +80°C в режиме перегрузки;
• СПЭ и ЭПР – +130°C в режиме перегрузки (в аварийном режиме);
• маслонаполненные – 80°C, при этом продолжительность непрерывной работы в аварийном режиме должна быть не более 100 часов. Максимальный период работы в аварийном режиме – не выше 500 часов в год. Интервал между перегрузками не должен быть менее 10 суток.
Эксплуатации кабеля с бумажной изоляцией при напряжении 20 или 35 кВт в аварийном режиме не допускается. Эксплуатация кабеля с бумажной изоляцией при напряжении до 10 кВ включительно в аварийном режиме разрешается в течение не более 5 суток с учётом коэффициентов допустимой перегрузки.
Источник
Дата публикации: 12 февраля 2015.
Категория: Электротехника.
Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде (воздуху, жидкости, твердому телу). Температура нагрева проводника будет повышаться до тех пор, пока количество тепла, получаемое проводником, не станет равным количеству тепла, отдаваемому проводником окружающей среде. Температура нагрева проводника зависит от тока в проводнике, сечения и материала проводника и условий охлаждения. При заданных токе и материале проводника температура нагрева не зависит от его длины, так как чем больше длина, тем больше поверхность охлаждения.
Если выбрать проводник из определенного материала и поместить его в определенные условия охлаждения, то нагрев такого проводника током будет больше, чем больше плотность тока в самом проводнике.
В целях экономии материала стараются пропустить по проводнику наибольший ток, но для каждого проводника существует температура, выше который проводник нельзя нагревать по ряду причин. Так, например, проводники, имеющие в качестве изоляции резину и хлопчатобумажную оплетку, в целях предохранения изоляции от порчи не должны нагреваться выше 50 °С. Поэтому в зависимости от сечения проводники выбирают на определенную плотность тока. Например, наибольшая допустимая плотность тока для изолированных проводов и кабелей, проложенных не в земле, в зависимости от сечения, показана в таблице 1.
Таблица 1
Допустимая плотность тока для изолированных медных проводов
| Сечение в мм² | Ток в А | Плотность тока в А/мм² | Сечение в мм² | Ток в А | Плотность тока в А/мм² | |
| 0,75 1 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 | 13 15 20 27 36 46 68 92 123 152 | 17,4 15,0 13,3 10,8 9,0 7,7 6,8 5,7 4,9 4,3 | 50 70 95 120 150 185 240 300 400 | 192 242 292 342 392 450 532 614 737 | 3,8 3,5 3,1 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 |
Как видно из таблицы, плотность тока с увеличением сечения проводников уменьшается. Это объясняется тем, что проводники небольших сечений, нагреваясь отдают свое тепло окружающей среде, в то время как внутренние слои проводника большого сечения, нагреваясь, свое тепло могут передавать только соседним слоям проводника, которые сами уже нагреты.
Неизолированные (“голые”) провода благодаря лучшему охлаждению допускают большие величины плотности тока (таблица 2).
Таблица 2
Допустимая плотность тока для изолированных проводов
| Сечение в мм² | В закрытом помещении | На воздухе | ||
| ток в А | плотность тока в А/мм² | ток в А | плотность тока в А/мм² | |
| 4 6 10 16 25 35 50 70 95 | 57 73 103 130 165 210 265 340 410 | 14,2 12,2 10,3 8,1 6,6 6,0 5,3 4,8 4,3 | 58 76 108 150 205 270 335 425 510 | 14,5 12,6 10,8 9,4 8,2 7,7 6,7 6,1 5,4 |
Следует отметить, что если медный изолированный провод сечением 25 мм² допускает ток 123 А, то сечение алюминиевого провода при том же токе нужно брать не 25 мм², а в 1,5 раза больше, так как иначе провод будет перегреваться вследствие большого удельного сопротивления алюминия.
Энергия электрического тока, расходуемая на нагревание проводов, теряется бесполезно. Поэтому при расчете проводов тепловые потери стараются свести не более чем к 5 – 10 % от всей энергии.
Но не всегда нагрев проводника является нежелательным. Тепловые действия электрического тока имеют многочисленное практическое применение, и тепло, выделяемое током, проходящим по проводнику, часто стараются получить в большом количестве. В следующих статьях описаны некоторые случаи практического применения тепловых действий тока.
Источник: Кузнецов М. И., “Основы электротехники” – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.
Источник
Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его.
Выделяемое при этом количество теплоты можно определить с помощью закона Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник, равно произведению квадрата тока, сопротивления данного проводника и времени прохождения тока через проводник.
Приняв ток в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, получим количество теплоты в джоулях. А учитывая что произведение тока на сопротивление — есть напряжение, а произведение напряжения на ток — мощность, в результате оказывается, что количество выделенной теплоты в данном случае равно количеству электрической энергии, переданной данному проводнику во время прохождения по нему тока. То есть электрическая энергия преобразуется в тепловую.
Получение тепловой энергии из электрической широко применяется с давних времен в различной технике. Электронагревательные приборы, такие как обогреватели, водонагреватели, электрические плиты, паяльники, электропечи и т. д., а также электросварка, лампы накаливания и многое другое используют именно этот принцип для получения тепла.
Но в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, вреден: электродвигатели, трансформаторы, провода, электромагниты и т. д. – в данных устройствах, не предназначенных для получения тепла, нагрев снижает их КПД, мешает эффективной работе, и даже может привести к аварийным ситуациям.
Для любого проводника, в зависимости от параметров окружающей среды, характерно определенное допустимое значение величины тока, при котором проводник заметно не нагревается.
Так, например, для нахождения допустимой токовой нагрузки на провода, используют параметр «плотность тока», характеризующий ток, приходящийся на 1 кв.мм площади поперечного сечения данного проводника.
Допустимая плотность тока для каждого проводящего материала в определенных условиях своя, она зависит от многих факторов: от вида изоляции, интенсивности охлаждения, температуры окружающей среды, площади поперечного сечения и т. д.
К примеру для электрических машин, где обмотки изготавливают, как правило, из меди, величина предельно допустимой плотности тока не должна превышать 3-6 ампер на кв.мм. Для лампы накаливания, а точнее для ее вольфрамовой нити, – не более 15 ампер на кв.мм.
Для проводов осветительных и силовых сетей предельно допустимая плотность тока принимается исходя из вида их изоляции и площади поперечного сечения.
Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм.
С чем же связано понижение допустимой плотности тока для проводников большего сечения? Дело в том, что проводники с существенной площадью поперечного сечения, в отличие от проводников малого сечения, имеют больший объем проводящего материала расположенного внутри, и получается что внутренние слои проводника сами окружены нагревающимися слоями, которые мешают отводу тепла изнутри.
Чем больше площадь поверхности проводника по отношению к его объему, – тем большую плотность тока способен выдержать проводник не перегреваясь. Неизолированные проводники допускают нагрев до более высокой температуры, так как от них тепло отводится прямо в окружающую среду, изоляция этому не препятствует, и охлаждение происходит быстрее, поэтому для них допускается более высокая плотность тока чем для проводников в изоляции.
Если превысить допустимый для проводника ток, он начнет перегреваться, и в какой-то момент его температура окажется чрезмерной. Изоляция обмотки электродвигателя, генератора или просто проводки, может в таких условиях обуглиться или загореться, что приведет к короткому замыканию и пожару. Если же говорить о неизолированном проводе, то он при высокой температуре может просто расплавиться и разорвать цепь, в которой служит проводником.
Превышение допустимого тока принято предотвращать. Поэтому в электрических установках обычно принимают специальные меры с целью автоматического отключения от источника питания той части цепи или того электроприемника, в котором случилась перегрузка по току или короткое замыкание. Для этого служат автоматические выключатели, плавкие предохранители и другие устройства, несущие аналогичную функцию — разорвать цепь при перегрузке.
Из закона Джоуля-Ленца следует, что перегрев проводника может произойти не только из-за превышения тока через его поперечное сечение, но и из-за более высокого сопротивления проводника. По этой причине для полноценной и надежной работы любой электрической установки крайне важно сопротивление, особенно в местах соединения друг с другом отдельных проводников.
Если проводники соединены не плотно, если их контакт друг с другом не качественный, то сопротивление в месте соединения (так называемое переходное сопротивление в месте контакта) окажется выше чем для цельного участка проводника той же длины.
В результате прохождения тока через такое некачественное, не достаточно плотное соединение, место данного соединения будет перегреваться, что чревато возгоранием, выгоранием проводников или даже пожаром.
Чтобы этого избежать, концы соединяемых проводников надежно зачищают, облуживают и оснащают кабельными наконечниками (впаивают или прессуют) или гильзами, которые обеспечивают запас на переходное сопротивление в месте контакта. Такие наконечники можно плотно закрепить на клеммах электрической машины при помощи болтов.
К электрическим аппаратам, предназначенным для включения и выключения тока, также применяют меры по уменьшению переходного сопротивления между контактами.
Смотрите также по этой теме:
Как защитить проводку от перегрузки и короткого замыкания
Площадь сечения проводов и кабелей в зависимости от силы тока, расчет необходимого сечения кабеля
Источник
Под термином «допустимая температура нагрева кабеля»чаще всего понимается параметр, определяющий температурный режим эксплуатации кабеля, при котором изоляция сохраняет свою долговечность и практические качества. Однако при выборе кабеля стоит использовать более широкий подход, то есть учесть также температуру нагрева жил.
В первом случае подразумевается температура окружающей среды, во втором – нагрев самого кабеля, вызванный электрическим сопротивлением токоведущих жил.
Допустимая температура нагрева изоляции кабеля
При чрезмерном нагреве или охлаждении изоляция может начать деградировать тем или иным образом. Это, в свою очередь, может привести к повреждению кабеля, а также подключённых к нему приборов и механизмов. Как следствие, допустимая температура нагрева проводов и кабелей зависит в первую очередь от материала изоляции.
«Обычные» кабели с пластмассовой (ПВХ пластикат, полиэтилен, полимеры), бумажной, резиновой изоляцией на эксплуатацию в температурных условиях от -50 до +50 градусов (здесь и далее приведены значения в градусах по шкале Цельсия). При превышении этого значения материал оболочки и изоляции начинает деградировать до расплавления. Сверхохлаждение, в свою очередь, приводит к механическому разрушению изоляции – появлению трещин, изломов и других дефектов. К примеру, допустимая температура нагрева кабеля ВВГнг в стандартном исполнении во время эксплуатации – +50°C, минимальная – -50°C, а у кабеля, в конструкции которого используется ПВХ пластикат повышенной холодостойкости может выдерживать температуру до -60°C включительно.
Если планируется эксплуатировать кабель в более экстремальных температурных условиях, целесообразно рассмотреть специализированные модели с изоляцией из иных материалов – фторопласт, силикон и других. Кроме того, при эксплуатации в экстремально холодных условиях подойдут холодостойкие исполнения.
Допустимая температура нагрева изоляции жил кабеля
Допустимая температура нагрева жил кабеля также зависит от материала изоляции, а в некоторых случаях – от рабочего напряжения. Длительно допустимая температура нагрева изоляции жил кабелей в зависимости от типа изоляции составляет:
• бумажная:
◦ до 3 кВ включительно – 80°C;
◦ 6 кВ – 65°C;
◦ 10 кВ – 60°C;
◦ 20-35 кВ – 50°C.
• бумажная обеднённо-пропитанная:
◦ 1 кВ – 80°C;
◦ 6 кВ –75°C.
• резиновая – 65°C;
• сшитый полиэтилен (СПЭ) и этиленпропиленовая резина (ЭПР) – 90°C;
• ПВХ пластикат и полимерная композиция – 70°C;
• маслонаполненные – 70-80°C в зависимости от типа прокладки.
Для всех типов изоляции допустимо кратковременное повышение температуры в аварийном или пусковом режиме (перегрузки). Допустимые значения температур в зависимости от типа изоляции составляют:
• бумажная обеднённо-пропитанная – 95°C, но не более 10% от эксплуатационного времени;
• резиновая – 110°C , но только при пусковом режиме;
• ПВХ изоляция и полимерная композиция – +80°C в режиме перегрузки;
• СПЭ и ЭПР – +130°C в режиме перегрузки (в аварийном режиме);
• маслонаполненные – 80°C, при этом продолжительность непрерывной работы в аварийном режиме должна быть не более 100 часов. Максимальный период работы в аварийном режиме – не выше 500 часов в год. Интервал между перегрузками не должен быть менее 10 суток.
Эксплуатации кабеля с бумажной изоляцией при напряжении 20 или 35 кВт в аварийном режиме не допускается. Эксплуатация кабеля с бумажной изоляцией при напряжении до 10 кВ включительно в аварийном режиме разрешается в течение не более 5 суток с учётом коэффициентов допустимой перегрузки.
Оригинал статьи размещен на нашем сайте cable.ru
Если этот материал был для Вас полезным, ставьте “лайк” и поделитесь статьей в социальных сетях!
Также рекомендуем статью о сопротивлении обмотки электродвигателя.
А для того, чтобы не пропустить выход новых статей, подписывайтесь на наш канал: Кабель.РФ: всё об электрике.
Источник
Îñíîâíûå óñëîâèÿ íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ ýëåêòðîîáîðóäîâàíèÿ ðàññìîòðèì íà ïðèìåðå îäíîðîäíîãî ïðîâîäíèêà, îõëàæäàþùåãîñÿ ðàâíîìåðíî ñî âñåõ ñòîðîí.
Åñëè ÷åðåç ïðîâîäíèê, èìåþùèé òåìïåðàòóðó îêðóæàþùåé ñðåäû, ïðîõîäèò òîê, òî òåìïåðàòóðà ïðîâîäíèêà ïîñòåïåííî ïîâûøàåòñÿ, òàê êàê âñÿ ýíåðãèÿ ïîòåðü ïðè ïðîõîæäåíèè òîêà ïåðåõîäèò â òåïëî.
Ñêîðîñòü íàðàñòàíèÿ òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà ïðè íàãðåâå òîêîì çàâèñèò îò ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó êîëè÷åñòâîì âûäåëÿþùåãîñÿ òåïëà è èíòåíñèâíîñòüþ åãî îòâîäà, à òàêæå òåïëîïîãëîùàþùåé ñïîñîáíîñòè ïðîâîäíèêà.
Êîëè÷åñòâî òåïëà, âûäåëåííîãî â ïðîâîäíèêå â òå÷åíèå âðåìåíè dt, áóäåò ñîñòàâëÿòü:
ãäå I äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå òîêà, ïðîõîäÿùåãî ïî ïðîâîäíèêó, à; Ra àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå ïðîâîäíèêà ïðè ïåðåìåííîì òîêå, îì; Ðìîùíîñòü ïîòåðü, ïåðåõîäÿùèõ â òåïëî, âm. ×àñòü ýòîãî òåïëà èäåò íà íàãðåâ ïðîâîäíèêà è ïîâûøåíèå åãî òåìïåðàòóðû, à îñòàëüíîå òåïëî îòâîäèòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè ïðîâîäíèêà çà ñ÷åò òåïëîîòäà÷è.
Ýíåðãèÿ, èäóùàÿ íà íàãðåâ ïðîâîäíèêà, ðàâíà
ãäå G âåñ òîêîâåäóùåãî ïðîâîäíèêà, êã; ñ óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ìàòåðèàëà ïðîâîäíèêà, emñåê/êããðàä; Θ ïåðåãðåâ ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà ïî îòíîøåíèþ ê îêðóæàþùåé ñðåäå:
v è vîòåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà è îêðóæàþùåé ñðåäû, °Ñ.
Ýíåðãèÿ, îòâîäèìàÿ ñ ïîâåðõíîñòè ïðîâîäíèêà â òå÷åíèå âðåìåíè dt çà ñ÷åò òåïëîîòäà÷è, ïðîïîðöèîíàëüíà ïðåâûøåíèþ òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà íàä òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû:
ãäå Ê îáùèé êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è, ó÷èòûâàþùèé âñå âèäû òåïëîîòäà÷è, Âm/ñì2 °Ñ; F ïîâåðõíîñòü îõëàæäåíèÿ ïðîâîäíèêà, ñì2,
Óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà çà âðåìÿ íåóñòàíîâèâøåãîñÿ òåïëîâîãî ïðîöåññà ìîæíî çàïèñàòü â ñëåäóþùåì âèäå:
èëè
èëè
Äëÿ óñëîâèé íîðìàëüíîãî ðåæèìà, êîãäà òåìïåðàòóðà ïðîâîäíèêà èçìåíÿåòñÿ â íåáîëüøèõ ïðåäåëàõ, ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî R, ñ, Ê ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïîñòîÿííûå âåëè÷èíû. Êðîìå òîãî, ñëåäóåò ó÷åñòü, ÷òî äî âêëþ÷åíèÿ òîêà ïðîâîäíèê èìåë òåìïåðàòóðó îêðóæàþùåé ñðåäû, ò. å. íà÷àëüíîå ïðåâûøåíèå òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà íàä òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû ðàâíî íóëþ.
Ðåøåíèå ýòîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óðàâíåíèÿ íàãðåâà ïðîâîäíèêà áóäåò
ãäå À ïîñòîÿííàÿ èíòåãðèðîâàíèÿ, çàâèñÿùàÿ îò íà÷àëüíûõ óñëîâèé.
Ïðè t = 0 Θ = 0, ò. å. â íà÷àëüíûé ìîìåíò íàãðåâàåìûé ïðîâîäíèê èìååò òåìïåðàòóðó îêðóæàþùåé ñðåäû.
Òîãäà äëÿ t = 0 ïîëó÷àåì
Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèå ïîñòîÿííîé èíòåãðèðîâàíèÿ À, ïîëó÷àåì
Èç ýòîãî óðàâíåíèÿ ñëåäóåò, ÷òî íàãðåâ òîêîâåäóùåãî ïðîâîäíèêà ïðîèñõîäÿò ïî ýêñïîíåíöèàëüíîé êðèâîé (ðèñ. 1). Êàê âèäíî, ñ èçìåíåíèåì âðåìåíè ïîäúåì òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà çàìåäëÿåòñÿ è òåìïåðàòóðà äîñòèãàåò óñòàíîâèâøåãîñÿ çíà÷åíèÿ.
Ýòî óðàâíåíèå äàåò òåìïåðàòóðó ïðîâîäíèêà â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè t ñ íà÷àëà ïðîõîæäåíèÿ òîêà.
Âåëè÷èíà óñòàíîâèâøåãîñÿ ïåðåãðåâà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà, åñëè â óðàâíåíèè íàãðåâà ïðèíÿòü âðåìÿ t =∞
ãäå vó óñòàíîâèâøàÿñÿ òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè ïðîâîäíèêà; Θó óñòàíîâèâøååñÿ çíà÷åíèå ïðåâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà íàä òåìïåðàòóðîé îêðóæàþùåé ñðåäû.
Ðèñ. 1. Êðèâûå íàãðåâà è îõëàæäåíèÿ ýëåêòðîîáîðóäîâàíèÿ: à èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû îäíîðîäíîãî ïðîâîäíèêà ïðè äëèòåëüíîì íàãðåâå; á èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ïðè îõëàæäåíèè
Íà îñíîâàíèè ýòîãî óðàâíåíèÿ ìîæíî íàïèñàòü, ÷òî
Îòñþäà âèäíî, ÷òî ïðè äîñòèæåíèè óñòàíîâèâøåãîñÿ ðåæèìà âñå âûäåëÿþùååñÿ â ïðîâîäíèêå òåïëî áóäåò îòäàâàòüñÿ â îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî.
Ââîäÿ â îñíîâíîå óðàâíåíèå íàãðåâà Θó è îáîçíà÷àÿ ÷åðåç T =Gc/KF ïîëó÷èì òî æå óðàâíåíèå â áîëåå ïðîñòîì âèäå:
Âåëè÷èíà T =Gc/KF íàçûâàåòñÿ ïîñòîÿííîé âðåìåíè íàãðåâà è ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îòíîøåíèå òåïëîïîãëîùàþùåé ñïîñîáíîñòè òåëà ê åãî òåïëîîòäàþùåé ñïîñîáíîñòè. Îíà çàâèñèò îò ðàçìåðîâ, ïîâåðõíîñòè è ñâîéñòâ ïðîâîäíèêà èëè òåëà è íå çàâèñèò îò âðåìåíè è òåìïåðàòóðû.
Äëÿ äàííîãî ïðîâîäíèêà èëè àïïàðàòà ýòà âåëè÷èíà õàðàêòåðèçóåò âðåìÿ äîñòèæåíèÿ óñòàíîâèâøåãîñÿ ðåæèìà íàãðåâà è ïðèíèìàåòñÿ çà ìàñøòàá èçìåðåíèÿ âðåìåíè íà äèàãðàììàõ íàãðåâà.
Õîòÿ èç óðàâíåíèÿ íàãðåâà ñëåäóåò, ÷òî óñòàíîâèâøèéñÿ ðåæèì íàñòóïàåò ÷åðåç íåîãðàíè÷åííî äëèòåëüíîå âðåìÿ, íà ïðàêòèêå âðåìÿ äîñòèæåíèÿ óñòàíîâèâøåéñÿ òåìïåðàòóðû ïðèíèìàþò ðàâíûì (34)T, òàê êàê ïðè ýòîì òåìïåðàòóðà íàãðåâà ïðåâûøàåò 98% ñâîåãî îêîí÷àòåëüíîãî çíà÷åíèÿ Θó.
Ïîñòîÿííóþ âðåìåíè íàãðåâà äëÿ ïðîñòûõ òîêîâåäóùèõ êîíñòðóêöèé ìîæíî ëåãêî âû÷èñëèòü, à äëÿ àïïàðàòîâ è ìàøèí îíà îïðåäåëÿåòñÿ ïóòåì òåïëîâûõ èñïûòàíèé è ïîñëåäóþùèõ ãðàôè÷åñêèõ ïîñòðîåíèé. Ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè íàãðåâà îïðåäåëÿåòñÿ êàê ïîäêàñàòåëüíàÿ ÎÒ, ïîñòðîåííàÿ ïî êðèâîé íàãðåâà, à ñàìà êàñàòåëüíàÿ Πê êðèâîé (îò íà÷àëà êîîðäèíàò) õàðàêòåðèçóåò ïîäúåì òåìïåðàòóðû ïðîâîäíèêà ïðè îòñóòñòâèè òåïëîîòäà÷è.
Ïðè áîëüøèõ ïëîòíîñòÿõ òîêà è èíòåíñèâíîì íàãðåâàíèè ïîñòîÿííóþ âðåìåíè íàãðåâà ðàññ÷èòûâàþò ïî óòî÷íåííîìó âûðàæåíèþ:
Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðîöåññ íàãðåâà ïðîâîäíèêà ïðîèñõîäèò áåç îòäà÷è òåïëà â îêðóæàþùåå ïðîñòðàíñòâî, òî óðàâíåíèå íàãðåâà áóäåò èìåòü ñëåäóþùèé âèä:
è òåìïåðàòóðà ïåðåãðåâà áóäåò íàðàñòàòü ïî ëèíåéíîìó çàêîíó, ïðîïîðöèîíàëüíî âðåìåíè:
Åñëè â ïîñëåäíåå óðàâíåíèå ïîäñòàâèòü t =T, òî âèäíî, ÷òî çà ïåðèîä, ðàâíûé ïîñòîÿííîé âðåìåíè íàãðåâà T =Gc/KF ïðîâîäíèê íàãðåâàåòñÿ äî óñòàíîâèâøåéñÿ òåìïåðàòóðû Θó=I2Ra/KF, åñëè çà ýòî âðåìÿ íå áóäåò ïðîèñõîäèòü òåïëîîòäà÷à.
Âåëè÷èíà ïîñòîÿííîé âðåìåíè íàãðåâà äëÿ ýëåêòðè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ êîëåáëåòñÿ îò íåñêîëüêèõ ìèíóò ó øèí äî íåñêîëüêèõ ÷àñîâ ó ìîùíûõ òðàíñôîðìàòîðîâ è ãåíåðàòîðîâ.
 òàáë. 1 ïðèâîäÿòñÿ çíà÷åíèÿ ïîñòîÿííûõ âðåìåíè íàãðåâà äëÿ øèí íåêîòîðûõ òèïîâûõ ðàçìåðîâ.
Ïðè îòêëþ÷åíèè òîêà ïðåêðàùàåòñÿ ïîäâîä ýíåðãèè ê ïðîâîäíèêó, ò. å. Pdt=0, ïîýòîìó, íà÷èíàÿ ñ ìîìåíòà âûêëþ÷åíèÿ òîêà, ïðîâîäíèê áóäåò îõëàæäàòüñÿ.
Îñíîâíîå óðàâíåíèå íàãðåâà äëÿ ýòîãî ñëó÷àÿ ñëåäóþùåå:
Òàáëèöà 1. Ïîñòîÿííûå âðåìåíè íàãðåâà ìåäíûõ è àëþìèíèåâûõ øèí
Ñå÷åíèå øèí, ìì* | Ïîñòîÿííûå âðåìåíè íàãðåâà, ìèí | |
äëÿ ìåäè | äëÿ àëþìèíèÿ | |
25×3 | 7,3 | 5,8 |
50×6 | 14,0 | 11,0 |
100×10 | 20,0 | 15,8 |
Åñëè îõëàæäåíèå ïðîâîäíèêà èëè îáîðóäîâàíèÿ íà÷èíàåòñÿ ñ íåêîòîðîé òåìïåðàòóðû ïåðåãðåâà Θó, òî ðåøåíèå ýòîãî óðàâíåíèÿ äàñò èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû âî âðåìåíè â ñëåäóþùåì âèäå:
Êàê âèäíî èç ðèñ. 1, á, êðèâàÿ îõëàæäåíèÿ åñòü òà æå êðèâàÿ íàãðåâà, íî îáðàùåííàÿ âûïóêëîñòüþ âíèç (ê îñè àáñöèññ).
Ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè íàãðåâà òàêæå ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà èç êðèâîé îõëàæäåíèÿ êàê âåëè÷èíà ïîäêàñàòåëüíîé, ñîîòâåòñòâóþùåé ëþáîé òî÷êå ýòîé êðèâîé.
Ðàññìîòðåííûå âûøå óñëîâèÿ íàãðåâà îäíîðîäíîãî ïðîâîäíèêà ýëåêòðè÷åñêèì òîêîì â èçâåñòíîé ìåðå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ íà ðàçëè÷íîå ýëåêòðîîáîðóäîâàíèå äëÿ îáùåé îöåíêè ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññîâ íàãðåâà. ×òî æå êàñàåòñÿ òîêîâåäóùèõ ïðîâîäíèêîâ àïïàðàòîâ, ñáîðíûõ øèí è îøèíîâêè, à òàêæå äðóãèõ ïîäîáíûõ äåòàëåé, òî ïîëó÷åííûå âûâîäû ïîçâîëÿþò ïðîèçâîäèòü íåîáõîäèìûå ïðàêòè÷åñêèå ðàñ÷åòû.
Источник