Меню

Коэффициент нагрева проводника от тока

РАСЧЕТ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ И ВЫБОР ИХ ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ

date image2017-11-01
views image3044

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

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

где( — 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.

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:

где КТ 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. В этом случае

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/мм 2 .

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.

Источник

Закон Джоуля-Ленца

Электричество – неотъемлемый признак нашей эпохи. Абсолютно всё вокруг завязано на нём. Любой современный человек, даже без технического образования, знает, что электрический ток, текущий по проводам, способен в некоторых случаях нагревать их, зачастую до очень высоких температур. Казалось бы, это заведомо всем известно и не стоит упоминания. Однако, как объяснить это явление? Почему и как происходит нагрев проводника?

Читайте также:  Выражение для изменения силы тока

Опыты Ленца

Перенесемся в 19 век-эпоху накопления знаний и подготовки к технологическому прыжку 20 века. Эпоха, когда по всему миру различные учёные и просто изобретатели-самоучки чуть ли не ежедневно открывают что-то новое, зачастую тратя огромное количество времени на исследования и, при этом, не представляя конечный результат.

Один из таких людей, русский учёный Эмилий Христианович Ленц, увлекался электричеством, на тогдашнем примитивном уровне, пытаясь рассчитывать электрические цепи. В 1832 году Эмилий Ленц “застрял” с расчётами, так как параметры его смоделированной цепи “источник энергии – проводник – потребитель энергии” сильно разнились от опыта к опыту. Зимой 1832-1833 года учёный обнаружил, что причиной нестабильности является кусочек платиновой проволоки, принесённый им с холода. Отогревая или охлаждая проводник, Ленц также заметил что существует некая зависимость между силой тока, электрическим сопротивлением и температурой проводника.

Закон Джоуля-Ленца

При определённых параметрах электрической цепи проводник быстро оттаивал и даже слегка нагревался. Измерительных приборов в те времена практически никаких не существовало – невозможно было точно измерить ни силу тока, ни сопротивление. Но это был русский физик, и он проявил смекалку. Если это зависимость, то почему бы ей не быть обратимой?

Для того чтобы измерить количество тепла, выделяемого проводником, учёный сконструировал простейший “нагреватель” – стеклянная ёмкость, в которой находился спиртосодержащий раствор и погружённый в него платиновый проводник-спираль. Подавая различные величины электрического тока на проволоку, Ленц замерял время, за которое раствор нагревался до определённой температуры. Источники электрического тока в те времена были слишком слабы, чтобы разогреть раствор до серьёзной температуры, потому визуально определить количество испарившегося раствора не представлялось возможным. Из-за этого процесс исследования очень затянулся – тысячи вариантов подбора параметров источника питания, проводника, долгие замеры и последующий анализ.

Закон Джоуля-Ленца

В итоге, спустя десятилетие, в 1843 году Эмилий Ленц выставил на всеобщее обозрение научного сообщества результат своих опытов в виде закона. Однако, оказалось, что его опередили! Пару лет назад английский физик Джеймс Прескотт Джоуль уже проводил аналогичные опыты и также представил общественности свои результаты. Но, тщательно проверив все работы Джеймса Джоуля, русский учёный выяснил что собственные опыты гораздо точнее, наработан больший объём исследований, потому, русской науке есть чем дополнить английское открытие.

Научное сообщество рассмотрело оба результата исследований и объединила их в одно, тем самым закон Джоуля переименовали в закон Джоуля-Ленца. Закон утверждает, что количество теплоты, выделяемое проводником при протекании по нему электрического тока , равно произведению силы этого тока в квадрате, сопротивлению проводника и времени, за которое по проводнику течёт ток. Или формулой:

Q — количество выделяемого тепла (Джоули)

I — сила тока, протекающего через проводник (Амперы)

R — сопротивление проводника (Омы)

t — время прохождения тока через проводник (Секунды)

Почему греется проводник

Как же объясняется нагрев проводника? Почему он именно греется, а не остаётся нейтральным или охлаждается? Нагрев происходит из-за того, что свободные электроны, перемещающиеся в проводнике под действием электрического поля, бомбардируют атомы молекул металла, тем самым передавая им собственную энергию, которая переходит в тепловую. Если изъясняться совсем просто: преодолевая материал проводника, электрический ток как бы “трётся”, соударяется электронами о молекулы проводника. Ну а , как известно, любое трение сопровождается нагревом. Следовательно, проводник будет нагреваться пока по нему бежит электрический ток.

нихромовая нагретая спираль

Из формулы также следует – чем выше удельное сопротивление проводника и чем выше сила тока протекающего по нему, тем выше будет нагрев . Например, если последовательно соединить проводник-медь (удельное сопротивление 0,018 Ом·мм²/м) и проводник-алюминий (0,027 Ом·мм²/м), то при протекании через цепь электрического тока алюминий будет нагреваться сильнее чем медь из-за более высокого сопротивления. Поэтому, кстати, не рекомендуется в быту делать скрутки медных и алюминиевых проводов друг с другом – будет неравномерный нагрев в месте скрутки. В итоге – подгорание с последующим пропаданием контакта.

Применение закона Джоуля-Ленца в жизни

Открытие закона Джоуля-Ленца имело огромные последствия для практического применения электрического тока. Уже в 19 веке стало возможным создать более точные измерительные приборы, основанные на сокращении проволочной спирали при её нагреве протекающим током определённой величины – первые стрелочные вольтметры и амперметры. Появились первые прототипы электрических обогревателей, тостеров, плавильных печей – использовался проводник с высоким удельным сопротивлением, что позволяло получить довольно высокую температуру.

Были изобретены плавкие предохранители, биметаллические прерыватели цепи (аналоги современных тепловых реле защиты), основанные на разнице нагрева проводников с разным удельным сопротивлением. Ну и, конечно же, обнаружив что при определённой силе тока проводник с высоким удельным сопротивлением способен нагреться докрасна , данный эффект использовали в качестве источника света. Появились первые лампочки.

Проводник (угольная палочка, бамбуковая нить, платиновая проволока и т.д.) помещали в стеклянную колбу, откачивали воздух для замедления процесса окисления и получали незатухаемый, чистый и стабильный источник света – электрическую лампочку

лампа эдисона

Заключение

Таки образом, можно сказать что на законе Джоуля-Ленца держится чуть ли не вся электрика и электротехника. Открыв этот закон, появилась возможность уже заранее предсказать некоторые будущие проблемы в освоении электричества. Например, из-за нагрева проводника передача электрического тока на большое расстояние сопровождается потерями этого тока на тепло. Соответственно, чтобы компенсировать эти потери нужно занизить передаваемый ток, компенсируя это высоким напряжением. А уже на оконечном потребителе, понижать напряжение и получать более высокий ток.

Закон Джоуля-Ленца неотступно следует из одной эпохи технологического развития в другую. Даже сегодня мы постоянно наблюдаем его в быту – закон проявляется всюду, и не всегда люди ему рады. Сильно греющийся процессор персонального компьютера, пропадание света из-за обгоревшей скрутки «медь-алюминий»,выбитая вставка-предохранитель, выгоревшая из-за высокой нагрузки электропроводка – всё это тот самый закон Джоуля-Ленца.

Источник

Коэффициент нагрева проводника от тока

дополненное с исправлениями

Глава 1.3

ВЫБОР ПРОВОДНИКОВ ПО НАГРЕВУ, ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ТОКА И ПО УСЛОВИЯМ КОРОНЫ

Читайте также:  Как рассчитать нагрузку по току формула

Область применения

1.3.1. Настоящая глава Правил распространяется на выбор сечений электрических проводников (неизолированные и изолированные провода, кабели и шины) по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны. Если сечение проводника, определенное по этим условиям, получается меньше сечения, требуемого по другим условиям (термическая и электродинамическая стойкость при токах КЗ, потери и отклонения напряжения, механическая прочность, защита от перегрузки), то должно приниматься наибольшее сечение, требуемое этими условиями.

Выбор сечений проводников по нагреву

1.3.2. Проводники любого назначения должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учетом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, а также режимов в период ремонта и возможных неравномерностей распределения токов между линиями, секциями шин и т.п. При проверке на нагрев принимается получасовой максимум тока, наибольший из средних получасовых токов данного элемента сети.

1.3.3. При повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы электроприемников (с общей длительностью цикла до 10 мин и длительностью рабочего периода не более 4 мин) в качестве расчетного тока для проверки сечения проводников по нагреву следует принимать ток, приведенный к длительному режиму. При этом:

1) для медных проводников сечением до 6 мм , а для алюминиевых проводников до 10 мм ток принимается как для установок с длительным режимом работы;

2) для медных проводников сечением более 6 мм , а для алюминиевых проводников более 10 мм ток определяется умножением допустимого длительного тока на коэффициент , где — выраженная в относительных единицах длительность рабочего периода (продолжительность включения по отношению к продолжительности цикла).

1.3.4. Для кратковременного режима работы с длительностью включения не более 4 мин и перерывами между включениями, достаточными для охлаждения проводников до температуры окружающей среды, наибольшие допустимые токи следует определять по нормам повторно-кратковременного режима (см. 1.3.3). При длительности включения более 4 мин, а также при перерывах недостаточной длительности между включениями наибольшие допустимые токи следует определять как для установок с длительным режимом работы.

1.3.5. Для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, несущих нагрузки меньше номинальных, может допускаться кратковременная перегрузка, указанная в табл.1.3.1.

Таблица 1.3.1


Допустимая кратковременная перегрузка для кабелей напряжением до 10 кВ с бумажной пропитанной изоляцией

Допустимая перегрузка по отношению к номинальной нагрузке в течение, ч

Источник

Нагрев токоведущих частей при длительном протекании тока

Нагрев токоведущих частей при длительном протекании тока Основные условия нагрева и охлаждения электрооборудования рассмотрим на примере однородного проводника, охлаждающегося равномерно со всех сторон.

Если через проводник, имеющий температуру окружающей среды, проходит ток, то температура проводника постепенно повышается, так как вся энергия потерь при прохождении тока переходит в тепло.

Скорость нарастания температуры проводника при нагреве током зависит от соотношения между количеством выделяющегося тепла и интенсивностью его отвода, а также теплопоглощающей способности проводника.

Количество тепла, выделенного в проводнике в течение времени dt, будет составлять:

где I — действующее значение тока, проходящего по проводнику, а; Ra — активное сопротивление проводника при переменном токе, ом; Р—мощность потерь, переходящих в тепло, вm. Часть этого тепла идет на нагрев проводника и повышение его температуры, а остальное тепло отводится с поверхности проводника за счет теплоотдачи.

Энергия, идущая на нагрев проводника, равна

где G — вес токоведущего проводника, кг; с — удельная теплоемкость материала проводника, em•сек/кг•град; Θ — перегрев — превышение температуры проводника по отношению к окружающей среде:

v и vо—температуры проводника и окружающей среды, °С.

Энергия, отводимая с поверхности проводника в течение времени dt за счет теплоотдачи, пропорциональна превышению температуры проводника над температурой окружающей среды:

где К — общий коэффициент теплоотдачи, учитывающий все виды теплоотдачи, Вm/см2 °С; F — поверхность охлаждения проводника, см2,

Уравнение теплового баланса за время неустановившегося теплового процесса можно записать в следующем виде:

Для условий нормального режима, когда температура проводника изменяется в небольших пределах, можно принять, что R, с, К представляют собой постоянные величины. Кроме того, следует учесть, что до включения тока проводник имел температуру окружающей среды, т. е. начальное превышение температуры проводника над температурой окружающей среды равно нулю.

Решение этого дифференциального уравнения нагрева проводника будет

где А — постоянная интегрирования, зависящая от начальных условий.

При t = 0 Θ = 0, т. е. в начальный момент нагреваемый проводник имеет температуру окружающей среды.

Тогда для t = 0 получаем

Подставляя значение постоянной интегрирования А, получаем

Из этого уравнения следует, что нагрев токоведущего проводника происходят по экспоненциальной кривой (рис. 1). Как видно, с изменением времени подъем температуры проводника замедляется и температура достигает установившегося значения.

Это уравнение дает температуру проводника в любой момент времени t с начала прохождения тока.

Величина установившегося перегрева может быть получена, если в уравнении нагрева принять время t =∞

где vу — установившаяся температура поверхности проводника; Θу — установившееся значение превышения температуры проводника над температурой окружающей среды.

Кривые нагрева и охлаждения электрооборудования

Рис. 1. Кривые нагрева и охлаждения электрооборудования: а — изменение температуры однородного проводника при длительном нагреве; б — изменение температуры при охлаждении

На основании этого уравнения можно написать, что

Отсюда видно, что при достижении установившегося режима все выделяющееся в проводнике тепло будет отдаваться в окружающее пространство.

Вводя в основное уравнение нагрева Θу и обозначая через T =Gc/KF получим то же уравнение в более простом виде:

Величина T =Gc/KF называется постоянной времени нагрева и представляет собой отношение теплопоглощающей способности тела к его теплоотдающей способности. Она зависит от размеров, поверхности и свойств проводника или тела и не зависит от времени и температуры.

Для данного проводника или аппарата эта величина характеризует время достижения установившегося режима нагрева и принимается за масштаб измерения времени на диаграммах нагрева.

Хотя из уравнения нагрева следует, что установившийся режим наступает через неограниченно длительное время, на практике время достижения установившейся температуры принимают равным (3—4)•T, так как при этом температура нагрева превышает 98% своего окончательного значения Θу.

Постоянную времени нагрева для простых токоведущих конструкций можно легко вычислить, а для аппаратов и машин она определяется путем тепловых испытаний и последующих графических построений. Постоянная времени нагрева определяется как подкасательная ОТ, построенная по кривой нагрева, а сама касательная ОВ к кривой (от начала координат) характеризует подъем температуры проводника при отсутствии теплоотдачи.

Читайте также:  Холлофайбер подушка статическое напряжение ток свечение

При больших плотностях тока и интенсивном нагревании постоянную времени нагрева рассчитывают по уточненному выражению:

Если предположить, что процесс нагрева проводника происходит без отдачи тепла в окружающее пространство, то уравнение нагрева будет иметь следующий вид:

и температура перегрева будет нарастать по линейному закону, пропорционально времени:

Если в последнее уравнение подставить t =T, то видно, что за период, равный постоянной времени нагрева T =Gc/KF проводник нагревается до установившейся температуры Θу=I2Ra/KF, если за это время не будет происходить теплоотдача.

Величина постоянной времени нагрева для электрического оборудования колеблется от нескольких минут у шин до нескольких часов у мощных трансформаторов и генераторов.

В табл. 1 приводятся значения постоянных времени нагрева для шин некоторых типовых размеров.

При отключении тока прекращается подвод энергии к проводнику, т. е. Pdt=0, поэтому, начиная с момента выключения тока, проводник будет охлаждаться.

Основное уравнение нагрева для этого случая следующее:

Таблица 1. Постоянные времени нагрева медных и алюминиевых шин

Источник



Закон Джоуля — Ленца. Расчет сечения проводов по допустимому нагреву

1.Закон Джоуля — Ленца. Электрический ток — это упоря­доченное движение электрически заряженных частиц, которые при движении сталкиваются с атомами и молекулами вещества, отдавая им часть своей кинетической энергии. В результате проводник нагревается и электрическая энергия в проводниках преобразуется в тепловую. Скорость преобразования электри­ческой энергии в тепловую характеризуется мощностью . Таким образом, количество электрической энергии W, преобразуемое в тепловую энергию за время t,

. (5.1.)

По этой формуле определяется и количество выделенной в проводнике теплоты, выраженное в джоулях: . Формула является математическим выражением закона Джоуля — Ленца: количество электрической энергии, преобразуемой в про­воднике в тепловую энергию, пропорционально квадрату тока, электрическому сопротивлению проводника и времени прохожде­ния тока.

2. Расчет электронагревательных приборов. Тепловое действие электрического тока используется в электронагревательных при­борах: электрических печах, сушильных шкафах, электроплитах т. д.

В лампах накаливания электрический ток разогревает нить до такой температуры, что она начинает излучать свет. Количество выделенной теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника. Поэтому обмотки электронагревательных приборов изготовляются из сплавов высокого сопротивления (нихрома, фехраля и др.). Чем больше плотность тока , тем выше при про­чих равных условиях температура проводника. Плотность тока в нихромовой проволоке для электропечей принимают в пределах Плотность тока в нихромовой проволоке реостатов берется в пределах .

Упрощенный расчет электронагревательного прибора произ­водится следующим образом: а) по заданной мощности Р и нап­ряжению U определяют ток , а затем сопротивление об­мотки нагревательного прибора б) по току I и допусти­мой плотности находят поперечное сечение провода обмотки и округляют его до стандартного; в) по формуле определяют длину обмотки нагревательного прибора. Температура включенных электронагревательных элементов за­висит от условий охлаждения (например, электрокипятильники нельзя включать в сеть без предварительного погружения в воду).

3.Расчет сечения проводов по допустимому нагреву. Выделе­ние теплоты в соединительных проводах, обмотках электрических машин, аппаратов и различных приборов — явление нежелатель­ное. Оно приводит к бесполезной потере электрической энер­гии, порче изоляции и может вызвать пожар. Поэтому для проводов установлена предельная температура нагрева. Напри­мер, для проводов с резиновой изоляцией она составляет 55 °С. Новые конструкции проводов и кабелей, разработанные на осно­ве пластмасс, синтетических лаков, волокнистых и других новых изоляционных материалов, рассчитаны на длительную работу при повышенных температурах. Максимальный ток, при длительном прохождении которого проводник не перегревается выше уста­новленной температуры, называется предельно допустимым или номинальным током провода. Значения номинальных токов про­водов с резиновой изоляцией в зависимости от их материала, способа прокладки и поперечного сечения приведены в табл. 5.1. Допустимые токовые нагрузки для проводов и кабелей других марок указываются в специальных справочниках.

Для того чтобы определить сечение проводов, питающих группу приемников энергии, нужно знать их общую мощность и напряжение U, по которым определяют ток проводов . Затем по таблицам выбирают сечение проводов.

Допустимая нагрузка при способе прокладки, А

4.Защита проводов от больших токов. Провода, проложенные от источника с ЭДС Е (рис. 5.1) к потребителю электрической энергии сопротивлением г, могут соединиться друг с другом не­посредственно (на рисунке показано пунктирной линией). Такое соединение двух проводов называют коротким замыканием. При­чиной замыкания могут быть повреждение изоляции проводов, неправильные действия обслуживающего персонала и др. При коротком замыкании ток в цепи Если внутреннее сопротивление источника энергии и сопротивление проводов гпр незначительны, то ток короткого замыкания во много раз больше номинального тока провода. При этом в проводах выде­лится огромное количество теплоты. В результате может возник­нуть пожар. Кроме того, при коротком замыкании резко увели­чивается потеря напряжения в сети, что приводит к снижению напряжения на всех приемниках, включенных в эту сеть парал­лельно. Для защиты проводов и источника электрической энер­гии от последствий короткого замыкания служат плавкие предох­ранители, автоматические выключатели, тепловые реле.

Предохранитель представляет собой легкоплавкую проволоку или пластину из меди, свинца или серебра, включенную в цепь последовательно с потреблением (рис. 5.2). Сечение плавкой вставки обычно меньше сечения защищаемых ею проводов. Поэтому при перегрузке она расплавится раньше, чем нагре­ются провода, и разорвет электрическую цепь. Сопротивление плавкой вставки настолько мало, что ее включение не влияет на токи, напряжения и мощности приемников энергии.

На рис. 5.3 показан пробочный предохранитель, состоящий из пробки 1 и патрона 2. Электрический ток по проводу 3 проходит винтовую поверхность патрона 4, пробки 5, плав кую вставку 6, контак­ты пробки 7, патрона 8 и выходит к проводу 9. В устройствах связи широко применяется трубчатый плавкий предохранитель (рис. 5.4). Его плавкая вставка 1 присоединена к металлическим колпачкам 2 и помещена в стеклянный баллон 3. На предохранителе указы­вается номинальный ток, т. е. предельно допустимый ток, кото рый длительное время может протекать

через предохранитель. При перегорании плавкой вставки в ней не должна по­являться электрическая дуга. Для этого длина вставки должна соответствовать Рис. 5.4 выключаемому напряжению, которое

также указывается на предохранителе. Выбор типа предохранителей для защи­щаемого участка сети производится по расчетному току этого участка и номинальному напряжению.

Источник