Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловая мощность проводника с током

Нагрев электрических аппаратов.

Источники тепловой энергии в электрических аппаратах:

1) Нагрев проводников с током, обычно он называется нагревом методом электрического сопротивления.

WQ = I 2 * R * t — закон Джоуля — Ленца.

Закон Джоуля — Ленца гласит, что в любом теле, обладающем электрическим сопротивлением, выделяется тепловая энергия пропорциональная квадрату тока, сопротивления электрического тела и времени протекания тока.

На постоянном токе — R= = r *

КД — Коэффициент добавочных потерь.

КП -коэффициент поверхностного эффекта

КБ — коэффициент близости.

Данная энергия идет на нагрев самого аппарата (токоведущих частей), нагрев прилегающих материалов и нагрев окружающей среды по законам теплопередачи (теплопроводности, конвекции и теплового излучения).

2) Энергия, выделяющаяся в деталях их ферромагнитных материалов (в нетоковедущих частях):

2.1. Магнитопроводы, предназначенные для усиления магнитного поля, создаваемого проводником с током.

Причина нагрева:

а) Потери от вихревых токов

Рассмотрим элемент магнитопровода.

При прохождении переменного магнитного потока по магнитопроводу в нем появляется ЭДС согласно закону электромагнитной индукции:

e =

Под действием этой ЭДС появляется ток, который называется вихревым, такого направления при котором создаваемые им магнитные потоки противодействуют изменению основного магнитного потока (правило Ленца).

При протекании вихревых токов по магнитопроводу, согласно закону Джоуля – Ленца, происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

Для уменьшения потерь данного вида, магнитопроводы выполняются шихтованными из пластин электротехнической стали толщиной 0,2 ¸ 0,5 мм, тщательно изолированных друг от друга. Этим самым исключается контур протекания вихревого тока.

б) Потери на гистерезис — это энергия, затраченная на поворот доменов.

Полные потери в магнитопроводе вычисляются по формуле:

PЖ =

PЖ — мощность железа

KT = 1,9 ¸ 2,6 — коэффициент потерь на гистерезис ;

KВ = 0,4 ¸ 1,2 — коэффициент потерь на вихревые токи;

f — частота сети;

Bm — амплитуда вектора магнитной индукции;

GT — масса магнитопровода [кг].

2.2. Потери в конструкциях аппарата.

Выделение потерь в стальных элементах конструкции происходит аналогично, что и в магнитопроводе.

Для снижения потерь используются следующие мероприятия:

а) Введение немагнитных зазоров на пути магнитного потока.

б) За счет надевания на стальные конструкции короткозамкнутого витка с малым активным сопротивлением. При этом в нем индуцируется ЭДС, протекает ток, от которого возникают магнитные потоки, направленные встречно основному.

в)При токах выше 1000 А не должно быть стальных деталей, а все детали должны быть изготовлены из немагнитных материалов (алюминий, бронза, немагнитные чугуны, пластмассы).

3)Выделение энергии в диэлектрике.

Изоляция моделируется следующей схемой замещения:

С — ёмкость изоляции; tg(d) = 0,005 ¸ 0,0001

При появлении дефектов в отдельных местах изоляции возникают местные тепловые выделения, которые способны вызвать тепловой пробой изоляции (изоляция обугливается и становится проводящей).

4) Другие виды источников теплоты в электрических аппаратах:

4.1. Энергия выделяемая в электрических дугах.

4.2. При трении между собой отдельных элементов электрических аппаратов.

Нагрев электрических аппаратов вызывает ускоренное старение изоляции и повышает скорость окисления электрических контактов, что в конечном итоге снижает срок службы электрического аппарата.

Уравнение теплового баланса при нагреве однородного проводника во времени при продолжительном режиме работы.

Тепловая энергия, выделяемая в проводнике с током может быть разделена на две составляющие:

1.Нагрев самого проводника

2.Нагрев окружающей среды.

Уравнение теплового баланса в дифференциальной форме:

(*)

С — удельная теплоемкость [Дж/кг´град]

G — масса проводника [кг]

F — поверхность проводника, т.е. поверхность теплоотдачи [м 2 ]

Кт — коэффициент теплоотдачи [Вт/м 2 ´град]

Коэффициент теплоотдачи определяет то количество теплоты, которое отдается за 1с всеми видами теплопередачи с 1 м 2 теплоотдающей поверхности при разности температуры нагретого тела и окружающего пространства в 1°С

Кт = 10 ¸ 16 на воздухе

Кт = 25 ¸ 100 в масле.

t — это превышение температуры проводника над температурой окружающей среды. Эта величина является переменной (различна для каждого момента времени при нагреве).

dt — приращение данного превышения за время dt.

Разделим каждый член уравнения ( * ) на C ´ G ´ dt

t — превышение температуры проводника над температурой окружающей среды в начале процесса нагрева при t = 0.

tУ — установившееся превышение температуры. Ищется из уравнения теплового баланса, поскольку в установившемся режиме dt = 0. Тогда:

T — постоянная времени нагрева

Т = [ c ]- это время, за которое нагревался бы проводник до значения QУСТ (установившееся температура), если бы отдачи тепла в окружающую среду не было.

В установившемся режиме все выделяемое тепло отдается в окружающую среду. В обоих случаях нагрева нагрев до установившейся температуры происходит за одно и то же время, изменяется лишь скорость нагрева.

Т — всегда может быть рассчитана.

Если время нагрева не превышает 0.1*T (tнагр. -t/T

При tO = ty кривая охлаждения является зеркальным отображением кривой нагревания.

Каждый электрический аппарат имеет какую-то свою допустимую температуру, т.е.

QДОП — QОПР.СР = tу =

КТ — коэффициент теплоотдачи

F — поверхность, с которой испускается тепло.

IДОП=

IДОП — ток, который допустимо пропускать по проводнику, кабелю, электрическому аппарату. При этом температура аппарата (кабеля, провода) не превышает допустимое значение. Такой ток называется длительно допустимым.

Для электрических аппаратов этот ток как правило называется номинальным, т.е. это ток, длительное протекание которого не вызывает нагрева электрического аппарата сверх допустимой температуры.

Дата добавления: 2016-06-29 ; просмотров: 6104 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Нагревание проводников электрическим током

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Рис. 1. Электрический ток в проводнике нагревает проводник

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .

Как рассчитать сечение по току?

Табличные значения не могут учесть индивидуальных особенностей устройства и эксплуатации сети. Специфика у таблиц среднестатистическая. Не приведены в них параметры максимально допустимых для конкретного кабеля токов, а ведь они отличаются у продукции с разными марками. Весьма поверхностно затронут в таблицах тип прокладки. Дотошным мастерам, отвергающим легкий путь поиска по таблицам, лучше воспользоваться способом расчета размера сечения провода по току. Точнее по его плотности.

Читайте так же:
Автоматические выключатели выбирают по току теплового расцепителя

Допустимая и рабочая плотность тока

Начнем с освоения азов: запомним на практике выведенный интервал 6 — 10. Это значения, полученные электриками многолетним «опытным путем». В указанных пределах варьирует сила тока, протекающего по 1 мм² медной жилы. Т.е. кабель с медной сердцевиной сечением 1 мм² без перегрева и оплавления изоляции предоставляет возможность току от 6 до 10 А спокойно достигать ожидающего его агрегата-потребителя. Разберемся, откуда взялась и что означает обозначенная интервальная вилка.

Согласно кодексу электрических законов ПУЭ 40% отводится кабелю на неопасный для его оболочки перегрев, значит:

  • 6 А, распределенные на 1 мм² токоведущей сердцевины, являются нормальной рабочей плотностью тока. В данных условиях проводник работать может бесконечно долго без каких-либо ограничений по времени;
  • 10 А, распределенные на 1 мм² медной жилы, протекать по проводнику могут краткосрочно. Например, при включении прибора.

Потоку энергии 12 А в медном миллиметровом канале будет изначально «тесно». От тесноты и толкучки электронов увеличится плотность тока. Следом повысится температура медной составляющей, что неизменно отразиться на состоянии изоляционной оболочки.

Обратите внимание, что для кабеля с алюминиевой токоведущей жилой плотность тока отображает интервал 4 – 6 Ампер, приходящийся на 1 мм² проводника.

Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А. Следовательно:

  • кабель с жилой сечением 2,5 мм² сможет транспортировать ток в 25 А всего лишь несколько десятых секунды во время включения техники;
  • он же бесконечно долго сможет передавать ток в 15А.

Приведенные выше значения плотности тока действительны для открытой проводки. Если кабель прокладывается в стене, в металлической гильзе или в пластиковом кабель канале, указанную величину плотности тока нужно помножить на поправочный коэффициент 0,8. Запомните и еще одну тонкость в организации открытого типа проводки. Из соображений механической прочности кабель с сечением меньше 4 мм² в открытых схемах не используют.

Изучение схемы расчета

Суперсложных вычислений снова не будет, расчет провода по предстоящей нагрузке предельно прост.

  • Сначала найдем предельно допустимую нагрузку. Для этого суммируем мощность приборов, которые предполагаем одновременно подключать к линии. Сложим, например, мощность стиральной машины 2000 Вт, фена 1000 Вт и произвольно какого-либо обогревателя 1500 Вт. Получили мы 4500 Вт или 4,5 кВт.
  • Затем делим наш результат на стандартную величину напряжения бытовой сети 220 В. Мы получили 20,45…А, округляем до целого числа, как положено, в большую сторону.
  • Далее вводим поправочный коэффициент, если в нем есть необходимость. Значение с коэффициентом будет равно 16,8, округленно 17 А, без коэффициента 21 А.
  • Вспоминаем о том, что рассчитывали рабочие параметры мощности, а нужно еще учесть предельно допустимое значение. Для этого вычисленную нами силу тока умножаем на 1,4, ведь поправка на тепловое воздействие 40%. Получили: 23,8 А и 29,4 А соответственно.
  • Значит, в нашем примере для безопасной работы открытой проводки потребуется кабель с сечением более 3 мм², а для скрытого варианта 2,5 мм².

Не забудем о том, что в силу разнообразных обстоятельств порой включаем одновременно больше агрегатов, чем рассчитывали. Что есть еще лампочки и прочие приборы, незначительно потребляющие энергию. Запасемся некоторым резервом сечения на случай увеличения парка бытовой техники и с расчетами отправимся за важной покупкой.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

  • Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
  • Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Основные понятия

Любое металлическое изделие состоит из кристаллической решетки. Через нее проходят электроны, подвижные частицы, из-за чего электричество трансформируется в тепловую энергию. Данное свойство с успехом используется производителями обогревателей и осветительных приборов. Однако в обычных электрических системах перегрев кабеля недопустим, поскольку он со временем приведет к нарушению изоляцию и воспламенению. Поэтому важно подобрать правильное сечение проводников, чтобы те выдерживали допустимые (потенциальные) токовые нагрузки сети.
Для этого учитываются два термина:

  • сечение провода;
  • плотность тока.


Зависимость плотности тока от сечения
Даже если будет подобрано правильное сечение провода, он все равно может перегреться. Причин несколько: слабый контакт в местах соединения или окисления, связанные с недопустимой скруткой алюминиевой и медной жил.

Внимание! Нагрев проводника может быть связан с плохим контактом в местах присоединений или с окислением в точках, где скручены вместе алюминиевые и медные провода. Такое происходит даже при правильном подборе сечения.

Сечение провода

Выбор сечения токопроводящей жилы рассматривают по двум характеристикам:

  • нагрев в допустимых пределах;
  • потеря напряжения.

Нагревание проводников критично для подземных и помещённых в шланговые или трубчатые футляры кабельных линий. Для воздушных линий электропередач (ЛЭП) серьёзное значение имеет потеря напряжения. На комбинированных участках из двух рассчитанных сечений выбирается большее с округлением до стандартной величины.

Важно! При выборе сечения из таблицы или расчётах по формулам необходимо предварительно определиться с условиями эксплуатации.

Iр = Pн/Uн,

  • Pн – номинальная мощность оборудования, Вт;
  • Uн – номинальное напряжение, В.

Формула справедлива для токов, проходящих через проводник, когда температура уже установилась, и внешние температурные факторы на неё не оказывают влияния. Длительно допустимый ток зависит от: сечения, материала проводника, изоляции и способа прокладки кабеля.

∆U = (U – Uном) *100/ Uном,

  • U – напряжения источника;
  • Uном – напряжение в точке подключения приёмника.

Максимальное отклонение должно составлять не более 10%.


Таблица нагрузок по сечению кабелей

Читайте так же:
Количество теплоты выделяемое переменным током

Плотность тока

  • I – ток, А;
  • S – площадь поперечного сечения, мм2.

Иными словами, плотность тока – это количество тока проходящего через сечение проводника за единицу времени. Единица измерения – ампер на мм квадратный (А/мм2).


Плотность тока

Открытая и закрытая прокладка проводов

Существует два варианта монтажа комнатной проводки:

  • открытая прокладка;
  • скрытая проводка.

Названия говорят сами за себя. Провода или кабели прокладываются вдоль стен, по их поверхности. Обычно они защищены кабель каналами или гофрированными шлангами. Крепление осуществляется при помощи специальной арматуры. Такой тип монтажа пригоден для производственных помещений, сараев, гаражей и других зданий, где дизайн не играет особой роли. Провод наружной установки должен выдержать атмосферные воздействия, если он не уложен в трубы или шланги.

Внимание! Минимальные сечения проводов одинаковы для обоих типов прокладки: 1 мм2 – для меди и 2,5 мм2 – для алюминия.

Распределительные коробки, выключатели и розетки устанавливаются на специальные изолирующие прокладки и имеют конструкцию для наружной установки.

Скрытая прокладка проводов подразумевает штробление стен под провод и остальную арматуру. Розетки, выключатели и распределительные коробки конструктивно предназначены для внутренней установки. Они утапливаются в стену до фасадной части. Наружные части имеют эстетический вид. Такая проводка скрыта под штукатуркой и обоями.


Таблица токовых нагрузок к сечениям медных и алюминиевых кабелей и проводов

В большинстве случаев для квартир применяют скрытый монтаж. При помощи перфоратора или штробореза в стене или на потолке создают специальные углубления, в которые укладывается кабель. Дополнительно он может быть помещен в гофрированные трубки или рукава. Спрятав кабель, углубления следует заделать при помощи штукатурки.


Укладка скрытой проводки в штробах

Условия теплоотдачи

Важным условием тепловой отдачи считается влажная среда, в которой находится кабель. При размещении провода в грунте теплоотвод напрямую связан со структурой и его составом, а также уровнем влажности.

Для получения наиболее точных величин придется проанализировать состав почвы, в зависимости от которого будет разным сопротивление. При помощи таблицы ищут удельное сопротивление. Благодаря качественной утрамбовке данная характеристика может быть уменьшена. Песок и гравий обладают меньшей теплопроводностью по сравнению с глиной, поэтому в идеале провода засыпают последней. Вместо глины можно использовать суглинок без примесей шлака, камней и мусора.

Важно помнить о разных условиях охлаждения кабеля с изоляцией и без нее. В первом случае тепловые потоки, исходящие при нагреве жил, вынуждены преодолевать дополнительный барьер в виде изоляционного слоя.


Расположение кабеля в траншее

При подземной укладке кабеля, когда в одной траншее расположено сразу два проводника, процесс охлаждения существенно замедлится, что приведет к снижению допустимые токовых нагрузок.

С точки зрения электрической и пожарной безопасности, определение правильных длительно допустимого тока и сечения кабеля — важное условие, позволяющее исключить перегревы, нарушение изоляции и воспламенение кабельной линии. При расчетах следует быть внимательными и учесть множество дополнительных условий. Определенные корректировки нужны даже для табличных значений.

Выбор проводов по экономической плотности тока. Что такое плотность тока

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Рис. 1. Электрический ток в проводнике нагревает проводник

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .

Нагревание и охлаждение проводников.При протекании по проводу, обладающему активным сопротивлением К,

Ом, электри­ческого тока постоянной величины /, А, провод нагревается. Ко­личество теплоты
Р1,
Вт-с (Дж), выделяющейся за время
1,
с, определяют по закону Джоуля —Ленца:

Если бы вся теплота, выделяющаяся в проводе, шла только на по нагревание и провод бы при этом не охлаждался, то его тем­пература непрерывно повышалась бы. Закону повышения этой тем­пературы соответствовала бы на графике прямая ОА

(рис. 5.7). Но 1лк как при превышении температурой провода температуры ок­ружающей среды он начинает отдавать теплоту в окружающую среду, то в результате одновременного нагревания и охлаждения провода наступает тепловое равновесие, которому соответствует вполне определенное превышение максимальной установившей­ся конечной температуры провода Фмах над температурой окружа­ющей среды до.

Повышение температуры провода прекращается тогда, когда количество теплоты, выделяющейся в проводе, становится рав­ным количеству теплоты, отдаваемой проводом в окружающую среду.

Закон повышения температуры провода при одновременном охлаж­дении в зависимости от времени прохождения тока по проводу вы­ражают формулой

температура провода, °С, через
<
секунд после начала прохожденияпо нему тока;
е— основание натуральных логарифмов; (
— вре­мя протекания тока по проводу, с; — постоянная времени, с, т.е.

время, в течение которого провод приобрел бы ту же температуру перегрева , если бы не было отдачи теплоты в окружаю­щую среду.

Если обозначить превышение температуры провода над темпе­ратурой окружающей среды как то формула (5.30) пример вид

Закон нагревания провода при отдаче теплоты в окружающую среду графически отображает кривая линия

на рис. 5.7. Макси­мальное превышение температуры ттах достигается за время /(абс­цисса точки
В).
При отсутствии охлаждения такое же превыше­ние тмах наступает через время Г (абсцисса точки
А).
Закон охлаждения нагретого до максимальной температуры про­вода в функции времени после отключения тока можно выразить формулой

На рис. 5.7 этому закону соответствует кривая СD). Если ток / проходит по проводу не все время /, а с перерыва­ми, т.е. нагрузка попеременно то включается, то отключается, изменению температуры нагреваемого провода соответствует ло­маная линия ОЕ.

Действительно, если в течение времени
А(<
на­грев провода происходит по закону, описываемому форму­лой (5.31), а в промежуток времени
А(2
нагрузка отключена и про­вод остывает по закону, описываемому формулой (5.33), и так далее, то максимальная температура провода будет существенно ниже максимальной конечной температуры провода при том же токе, но при постоянной нагрузке. Следовательно, данному дли­тельно протекающему по проводу току при заданных условиях ох­лаждения соответствует вполне определенное превышение тем­пературы провода над температурой окружающей среды, и на­оборот: данному превышению температуры провода над темпера­турой окружающей среды соответствует вполне определенный дли­тельно протекающий ток.

Читайте так же:
Тепловое проявление электрического тока это

Расчет проводов и кабелей на нагревание позволяет опреде­лить значение тока, допускаемое при выбранном сечении прово­дов и кабелей по заданным условиям охлаждения.

Для неизолированных проводов, проложенных внутри зданий, предельно допускаемая температура берется равной 70 °С из условий пожарной безопасности (чтобы не произошло возгорание попавших на провод легковоспламеняющихся материалов) и ги­гиены (чтобы не выделялись вызывающие раздражение слизистых оболочек дыхательных путей газы из органических частиц пыли).

Для изолированных проводов с обыкновенной резиновой изо­ляцией предельно допускаемая температура принимается равной 55 °С из условия сохранности резины, а при прокладке проводов в изоляционных трубах с тонкой металлической оболочкой — для предотвращения прилипания провода к стенкам трубок, которое может произойти вследствие размягчения массы, применяемой для пропитки бумажных изолирующих слоев трубок, при темпе­ратуре нагрева выше указанной. Для проводов с теплостойкой ре­зиновой изоляцией предельная допускаемая температура прини­мается равной 65°С.

Для кабелей предельно допустимая температура зависит от рабочего напряжения кабеля и находится в пределах от 80 °С (на­пряжение до 3 кВ) до 50 °С (20 и 35 кВ). Указанные значения температуры принимаются из условий сохранения устойчивости бумажной изоляции (зависящей от напряжения) и недопуще­ния увеличения числа газовых включений внутри кабеля. Газо­выми включениями называют пустоты, заполненные газом, ко­торые образуются в изоляции кабелей в результате термических циклов, т.е. нагревания и охлаждения кабеля. Вследствие различ­ных коэффициентов теплового расширения пропиточной изоля­ционной массы и свинца и малой эластичности свинцовой обо­лочки при первом же нагреве происходит необратимое расшире­ние свинцовой оболочки с образованием в изоляции газовых включений.

Выбор площади сечения проводников.Выбор по нагреву длитель­ным током

сводится к сравнению расчетного тока Iр с допусти­мым табличным значением IД0П с учетом марки провода или кабе­ля и температурных условий его прокладки:

поправочный температурный коэффициент, вводимый в формулу, если температура воздуха отличается от 25 °С, а зем­ли—от 15 °С. При нормальных условиях
Кт=
1.

При параллельной прокладке кабелей в земле или трубах усло­вия их охлаждения ухудшаются, что учитывается поправочным коэффициентом на прокладку Кп.

Значения Кт

и
КП
приведены в справочной литературе. После выбора площади сечения проводника по нагреву прове­ряют, удовлетворяет ли этот проводник условию допустимой на-

грузки в послеаварийном режиме при отключении одной из двух параллельных цепей, т.е. выполняется ли неравенство

где Iр.ав — ток в цепи в послеаварийном режиме.

Площадь сечения выбирают также по экономической плотности тока.

Для выбора оптимального варианта электрической сети срав­нивают капитальные вложения и ежегодные эксплуатационные затраты, рассчитанные для нескольких вариантов. Сумма приве­денных годовых затрат будет иметь минимум при так называемой экономической площади сечения

где Iр — расчетный ток линии, А;jэк, А/мм2.

Однако в сетях напряжением до 1000 В площадь сечения, вы­бранная по экономической плотности тока, в 2 — 3 раза превыша­ет площадь сечения, выбранную по нагреву, поэтому проверке по экономической плотности подлежат не все сети напряжением до 1000 В, а лишь те, в которых продолжительность максимальной нагрузки Гм (см. подразд. 5.2) превышает 4000 ч в год. К ним могут относиться, например, сети напряжением 380 В для питания ус­тановок насосной станции.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

  • Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
  • Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Расчет размера сечения по нагрузке

Простейший способ подбора кабеля с нужным размером — расчет сечения провода по суммарной мощности всех подключаемых к линии агрегатов.

Алгоритм расчетных действий следующий:

  • для начала определимся с агрегатами, которые предположительно могут использоваться нами одновременно. Например, в период работы бойлера нам вдруг захочется включить кофемолку, фен и стиралку;
  • затем согласно данным техпаспортов или согласно приблизительным сведениям из приведенной ниже таблицы банально суммируем мощность одновременно работающих по нашим планам бытовых агрегатов;
  • предположим, что в сумме у нас вышло 9,2 кВт, но конкретно этого значения в таблицах ПУЭ нет. Значит, придется округлить в безопасную большую сторону – т.е. взять ближайшее значение с некоторым превышением мощности. Это будет 10,1 кВт и соответствующее ему значение сечения 6 мм².

9.Сопротивление и проводимость.

Сопротивление зависит от геометрии и от вещества, из которого сделан проводник.

Для цилиндрического проводника одинакового поперечного сечения оно вычисляется особенно просто.

Измерив сопротивление, можно вычислить ёмкость и наоборот.

Данное устройство иногда называется конденсатором с утечкой.

По физическому смыслу, удельное сопротивление – это сопротивление куба вещества с ребром 1 м, если подводящие провода подключены к центрам противоположных граней.

Приведем таблицу удельных сопротивлений

Медь1,72·10-8Ом·м
Серебро1,6·10-8Ом·м
Алюминий2,6·10-8Ом·м
Свинец2,0·10-6Ом·м
Графит3·10-5Ом·м
Германий0,6Ом·м
Стекло10+9Ом·м

5.Уравнение непрерывности

Закон сохранения заряда утверждает, что в замкнутой системе заряд сохраняется. Если система не замкнута, то заряд может изменяться.

Данное уравнение называется уравнением непрерывности в интегральной форме. Производная по времени связана с временной зависимостью заряда. Данное уравнение считается постулатом. По смыслу – это закон изменения заряда.

Используя понятие объемной плотности заряда и формулу Остроградского-Гаусса

– уравнение непрерывности в дифференциальной форме.

Если ток постоянный, то , следовательно, линии плотности тока являются замкнутыми.

Читайте так же:
Тепловое действие тока закон джоуля ленца тест 8 класс

Какой кабель лучше купить?

Следуя жестким рекомендациям ПУЭ, покупать для обустройства личной собственности будем кабельную продукцию с «литерными группами» NYM и ВВГ в маркировке. Именно они не вызывают нареканий и придирок со стороны электриков и пожарников. Вариант NYM – аналог отечественных изделий ВВГ.

Лучше всего, если отечественный кабель будет сопровождать индекс НГ, это означает, что проводка будет пожароустойчивой. Если предполагается прокладывать линию за перегородкой, между лагами или над подвесным потолком, купите изделия с низким дымовыделением. У них будет индекс LS.

Вот таким нехитрым способом рассчитывается сечение токопроводящей жилы кабеля. Сведения о принципах вычислений помогут рационально подобрать данный важный элемент электросети. Необходимый и достаточный размер токоведущей сердцевины обеспечит питанием домашнюю технику и не станет причиной возгорания проводки.

СНИЖЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В ПРОВОДНИКЕ С ТОКОМ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОСОБОЙ СИСТЕМЫ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Леонов Ю. В.

Технолог частного малого предприятия

Работа выполнена в самостоятельном порядке и на собственные финансовые средства.

СНИЖЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В ПРОВОДНИКЕ С ТОКОМ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОСОБОЙ СИСТЕМЫ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Аннотация

В статье описано реальное физическое практическое открытие в области электродинамики и магнетизма, которое позволит в будущем существенно сократить нагрев и потери в электрических цепях и элементах и повысить КПД электрических цепей, сигнальных цепей и компонентов входящих в их состав.

Ключевые слова: электричество, электродинамика, магнетизм, магнитное поле, электрические потери, сопротивление, проводимость.

Leonov Y. V.

Technologist in a small private enterprise

HEAT LOSSES REDUCTION IN THE CURRENT-CARRYING CONDUCTOR INDUCED BY THE SPECIFIC SYSTEM OF MAGNETIC FIELDS

Abstract

The article describes a realistic breakthrough finding in the area of physics, particularly in the field of electrodynamics and magnetism. In future this discovery will make it possible to considerably reduce heating and losses in electric circuits and elements as well as to increase efficiency of electric circuits, signal circuits and their components.

Keywords: electricity, electrodynamics, magnetism, magnetic field, electric losses, resistance, conductivity.

Возможно ли в XXI веке открыть что-то новое в электродинамике? Многие из читателей, особенно специалисты и учёные из данной области Физики, конечно же, ответят: «Нет! Вся электродинамика давно и подробно описана и математическими моделями, и физическими моделями, и многими практическими экспериментами и результатами!» И те, кто так ответят, будут…. не правы! В истории Физики, всегда складывалась ситуация, когда со временем, в физическом научном сообществе складывались определённые мнения (относительно каких-либо процессов), считающиеся догмами и аксиомами, беспрекословными и непререкаемыми! Но, тем не менее, каждый раз, позже, в Физике совершались открытия, указывающие на то, что данные догмы и убеждения не являются абсолютными физическими законами, действующими всегда и везде, и что всегда найдутся условия, при которых тот или иной физический закон перестаёт работать. На этом и базируется прогрессивное развитие любой науки. Любая теория и верна для своего времени и неверна для другого времени – то есть, не имея изначально какую либо, пусть и не совсем верную, но, всё же теорию, невозможно дальнейшее развитие любой науки. Рассмотрим закон Джоуля-Ленца. Закон Джоуля-Ленца выражен следующей формулой:

Q(A)=I 2 *R*t Формула. 1

Q(A) – энергия, количество теплоты (работа электрического тока)[Дж];

I – ток в проводнике [А];

R – сопротивление проводника [Ом];

t время прохождения тока по проводнику [с];

Данный закон гласит, что количество теплоты, выделяемое проводником с током, прямо пропорционально сопротивлению проводника и квадрату протекающего, в нём тока, и равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику. Одним из выводов данной физической модели является то, что выделение тепла является неотъемлемой работой электрической системы.

В 2012 году был поставлен следующий эксперимент «Опыт №1» (см. Рис.1 Схема «Опыта №1») – на медную трубку была намотана безиндуктивная[1] обмотка, которая покрывала часть поверхности трубки, оставив при этом часть поверхности трубки по обеим сторонам от этой обмотки, в виде свободных, от обмотки, концов. Обмотка гальванически не была связана с медной трубкой, на которую она была намотана. Намотана же обмотка была проводом диаметром примерно 0.5 (мм).

Рис. 1 – Схема «Опыта №1»

На обмотку был подан огромный ток в несколько сотен ампер – ток заведомо запредельный для проводника с таким сечением – ток, который должен был неминуемо разрушить данный проводник. В результате произошло разрушение проводника, но(!), только до и после обмотки! Проводник же самой обмотки, остался совершенно невредим, и сама обмотка совершенно не нагрелась!

Медная трубка, на которую была намотана данная безиндуктивная обмотка, повела себя схожим образом – оконечные части трубки, свободные от обмотки раскалились до огромной температуры в результате воздействия короткозамкнутых токов, но та часть трубки, которую покрывала обмотка, осталась той же температуры, какова была до подачи на обмотку тока – то есть, совершенно не нагрелась! Очевидно, что величина тока, разрушившего проводник и разогревшего свободные от безиндуктивной обмотки концы медной трубки, как и до обмотки, так и после обмотки, была примерно одинакова, и повела себя согласно закону Джоуля-Ленца, но так же очевидно, что на участке проводника, образующего безиндуктивную обмотку, и в части медной трубки, покрытой этой безиндуктивной обмоткой, этот же закон Джоуля-Ленца не сработал! Из чего можно сделать вывод, что данные участки, не подчиняющиеся закону Джоуля-Ленца, не выделили практически ни какого тепла, но ток, при этом, скорее всего по ним протекал такой же, как и на участках, подвергнутых тепловому перегреву и, в случае проводника свободных концов, выходящих из безиндуктивной обмотки, даже тепловому разрушению!

Далее был поставлен следующий эксперимент «Опыт №2» (см. Рис.2 Схема «Опыта №2») – Были взяты: потребитель «нагрузка 2200 (Вт)» с постоянной мощностью 2200 (Вт)(!) на подводимом переменном токе (далее по тексту – ПмТ) напряжением 220 (V), частотой 50 (Hz); сложная безиндуктивная обмотка «Lсл», последовательно включенная с потребителем «нагрузка 2200 (Вт)» и состоящая из нескольких специальных индуктивностей «L1, L2, L3, L4» соединённых между собой определённым способом. Все провода ПЭТВ в схеме «Опыт №2» имели диаметр 0,5 (мм), кроме одного из питающих проводов, обозначенного на схеме «Опыт №2» как – проводник АВ. Этот ПЭТВ провод в виде проводника АВ, находящийся внутри сложной безиндуктивной обмотки «Lсл» (протянувшийся, соответственно, от точки подключения А до точки подключения В), имел уже диаметр 0,35 (мм)(!), и состоял из «горячего» отрезка Н (находящегося снаружи сложной безиндуктивной обмотки «Lсл» то есть не под воздействием противодействующих магнитных потоков «Мпр» генерируемых специальными индуктивностями «L1, L2, L3, L4» сложной безиндуктивной обмотки «Lсл») и «холодного» отрезка С (находящегося внутри сложной безиндуктивной обмотки «Lсл» то есть под воздействием противодействующих магнитных потоков «Мпр» генерируемых специальными индуктивностями «L1, L2, L3, L4» сложной безиндуктивной обмотки «Lсл»).

Читайте так же:
Автоматический выключатель с уставкой теплового расцепителя

Рис. 2 – Схема «Опыта №2»

При проведении «Опыта №2» производилась передача электроэнергии напряжением 220 (V), частотой 50 (Hz) к потребителю «нагрузка 2200 (Вт)» с постоянной мощностью, на данном питании, 2200 (Вт)(!). При этом участок проводника АВ ПЭТВ провода, диаметром 0,35 (мм)(!), в виде «холодного» отрезка С, передал электроэнергию напряжением 220 (V), частотой 50 (Hz) потребителю «нагрузка 2200 (Вт)», с постоянной мощностью 2200 (Вт)(!) (током более 10 [A]), без нагрева и, тем более, без температурного разрушения, как изоляционного лака передающего провода, так и самого провода передающей линии диаметром 0,35 (мм). Участок же в виде «горячего» отрезка Н, проводника АВ ПЭТВ провода, диаметром 0,35 (мм)(!), при одновременной работе с участком проводника АВ ПЭТВ провода диаметром 0,35 (мм)(!), в виде «холодного» отрезка С, во время передачи электроэнергии с теми же характеристиками (напряжение 220 [V], частота 50 [Hz]), к этому же потребителю «нагрузка 2200 (Вт)» с постоянной мощностью 2200 (Вт), претерпел температурное разрушение изоляционного лака через 1-1,5 секунды, а разрушение самого провода произошло через 10-15 секунд после включения (см. рис. 3 Результат «Опыта №2»). Участок проводника АВ ПЭТВ провода, диаметром 0,35 (мм)(!), в виде «холодного» отрезка С (по которому предавалась электроэнергия напряжением 220 [V], частотой 50 [Hz] к потребителю «нагрузка 2200 (Вт)» с постоянной мощностью 2200 [Вт]) находился под воздействием четырёх противодействующих магнитных потоков «Мпр» генерируемых специальными индуктивностями «L1, L2, L3, L4» сложной безиндуктивной обмотки «L сл » (то есть таких магнитных потоков, источники которых стремятся оттолкнуться друг от друга) равномерно действующих на него, а участок в виде «горячего» отрезка Н – нет, что и предопределило его температурное разрушение.

Вывод: основным фактором, приводящим к снижению тепловых потерь, является уменьшение магнитного потока вокруг проводника с током.

Рис. 3 – Результат «Опыта №2»

Ещё одним удивительным свойством данного открытого физического явления было обнаружение в данном открытом физическом явлении процесса дистанционной передачи эффекта снижения тепловых потерь с коэффициентом трансформации, на рядом работающие индукционные электрические устройства. Выражено это было в следующем. В качестве нагрузки «нагрузка 2200 (Вт)» использовался повышающий трансформатор для СВЧ магнетрона, подключенного выходом вторичной высоковольтной обмотки к не вакуумному, воздушному искровому разряднику. Настройка разрядника была произведена на превышение максимальной мощности трансформатора – то есть на мощность свыше 2200 (Вт). Для подтверждения количества мощности, достаточной для разрушения контрольного проводника из ПЭТВ диаметром 0,3 (мм), перед установкой его на участке АВ (см. Рис.2 Схема «Опыта №2»), до проведения «Опыта №2», «нагрузка 2200 (Вт)» в виде повышающего трансформатора для СВЧ магнетрона, подключалась через образцы из аналогичного ПЭТВ диаметром 0,3 (мм) без подключения сложной безиндуктивной обмотки «Lсл». Образцы стабильно разрушались за 10-15 (сек), что показало пригодность данного ПЭТВ диаметром 0,3 (мм) для использования его в «Опыте №2» на участке АВ (см. Рис.2 Схема «Опыта №2»). При этом, за те 10-15 (сек), что разрушался образец, сам трансформатор приводился к сильнейшему перегреву, ввиду чего после каждого такого пуска необходимо было давать ему время в 15-20 (мин) для остывания. В противном случае, трансформатор мог бы попросту разрушиться от перегрева и спекания витков. Но после включения в схему сложной безиндуктивной обмотки «Lсл», в процессе проведения «Опыта №2», а так же в процессе многократного повторения «Опыта №2» для закрепления полученного физического эффекта, было обнаружено, что повышающий трансформатор для СВЧ магнетрона выбранный в качестве «нагрузки 2200 (Вт)» совершенно перестал греться! Причём перегрев пропал даже при более длительной работе трансформатора (с проводником диаметром более 0,3 [мм] на участке АВ)! Без сомнения данное явление удивительно, уникально и имеет большие перспективы в практическом использовании, а так же заслуживает дальнейшего его изучения и исследования всех его свойств. Уже сейчас подобный физический эффект позволит использовать электрические линии (далее по тексту – ЭЛ) с преобладанием тока над напряжением (относительно друг друга), то есть ЭЛ смогут передавать электроэнергию с большим током и с малым напряжением (относительно друг друга), в то время как настоящие линии передают электроэнергию наоборот – с большим напряжением и малым током (относительно друг друга). При этом использование малого напряжения позволит использовать более простые и дешёвые электрические машины, компоненты, изоляционные материалы и другое, и обеспечит долговечность оборудования и материалов ЭЛ, а так же беспрецедентную безопасность эксплуатации – отсутствие высокого напряжения, пробоев, разрядов, дуговых процессов и других опасных особенностей высоковольтных ЭЛ. Отсутствие же магнитных и электромагнитных полей исключит опасное воздействие на биологические объекты в виде электромагнитного излучения, что, в свою очередь, позволит существенно смягчить дистанционные ограничения расположения таких ЭЛ как ЛЭП, относительно жилых строений. Так же подобное физическое решение позволит существенно снизить потери в электрических цепях и электрических элементах работающих на ПмТ или на ПсТ (постоянном токе), и снизить электромагнитные наводки в электронных схемах и платах.

Данное открытие защищается авторским свидетельством.

[1] Безиндуктивная обмотка – обмотка, витки которой, расположены таким образом в пространстве, что токи в соседних витках текут навстречу друг другу. Соответственно, магнитные потоки соседних витков встречно направлены, а значит, обмотка практически не имеет внешнего магнитного потока и, как следствие этого, имеет очень малую индуктивность – индуктивность не соответствующую геометрическим данным этой обмотки.

Литература

  1. Власова И. Г. ФИЗИКА Справочник абитуриента. – М., 1998. – 544 с.

References

  1. Vlasova I. G. FIZIKA Spravochnik abiturienta. – M., 1998. – 544 S.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector