Причина нагрева электрических проводов

Безопасность эксплуатации электроприборов и оборудования зависит от многих факторов, которые обязательно должны учитываться при выполнении электромонтажных работ. Одним из главных среди этих факторов является нагрев электрических проводов в процессе эксплуатации. Это свойство, которым обладает любой провод, в значительной степени определяет правила устройства проводки и выполнения подключений потребителей электроэнергии, определяет выбор кабеля и допустимую величину подключаемой нагрузки. Почему же провод греется при прохождении через него электричества?
Движение электроновПричины нагрева проводников кроются в самой природе электрического тока. Как известно, ток представляет собой упорядоченное перемещение по проводнику заряженных частиц (электронов) под воздействием электрического поля. Кристаллическая решетка металлов обладает чрезвычайно высокими внутренними молекулярными связями, которые и приходится преодолевать электронам в процессе движения. В результате этого высвобождается значительное количество теплоты и происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Довольно грубо, но при этом наглядно, такое это можно сравнить с выделением теплоты при трении. Электроны проходят по проводнику и «трутся» об атомы кристаллической решетки металла, что и приводит к выделению тепла.

Преобразование электрической энергии в тепловую является одновременно и очень ценным свойством, и нежелательным эффектом. Именно эта особенность дает возможность использовать электроэнергию для нагревания в самых разных приборах и оборудовании, начиная от промышленных электрических печей, заканчивая бытовым электрочайником. На этом же эффекте основано действие любого электрического осветительного прибора. Другими словами, человек научился крайне эффективно использовать на практике свойство электрического тока нагревать проводники.

С другой стороны, такой нагрев может приводить к нежелательным, а зачастую – очень опасным последствиям. В частности, нагрев обмоток трансформаторов, электродвигателей и другого оборудования, снижает эффективность его использования. Превышение же определенной температуры может привести к выходу оборудования из строя. Говорить же о наиболее опасных последствиях можно в тех случаях, когда сверх определенной нормы нагревается электрический кабель или провод, используемый для подключения потребителей, например, проводка в квартире или кабель для подключения производственного оборудования. Превышение определенного значения температуры изолированного провода может привести к возгоранию изоляции. Даже если не происходит возгорания, то оплавление изоляции приводит к ухудшению ее свойств, чтовозгарание кабеля может стать причиной короткого замыкания. В этом случае вероятность возникновения возгорания зависит, главным образом, от эффективности срабатывания используемого защитного оборудования. Таким образом, нагревание кабеля является одним из главных пожароопасных факторов. Достаточно сказать, что именно замыкание проводки становится причиной значительного количества пожаров на жилых и коммерческих объектах. Помимо этого, длительный перегрев приводит к изменению механических свойств металла. Это может привести, например, к обрыву проводов воздушных линий электропередач, что также может быть связано не только с убытками, но и с возможной опасностью для людей. 

Каждый кабель или изолированный провод имеет предельно допустимую температуру нагрева. Это значение зависит, прежде всего, от свойств используемой изоляции. Так температура провода с резиновой изоляцией не должна превышать 50-65 градусов, с бумажной изоляцией – 80 градусов. У проводов с изоляцией из современных полимерных материалов максимальная температура нагрева может достигать 100 градусов. Точно значение допустимой температуры нагрева указывается для каждой марки провода или кабеля производителем.

Ключевым условием, позволяющих предотвратить перегрев проводника и избежать его негативных последствий, является правильный выбор кабеля для подключения тех или иных потребителей. Чтобы правильно выбрать электрический кабель необходимо понимать, от каких факторов зависит степень нагрева электрического провода. Для этой цели необходимо обратиться к формулам из школьного курса физики.

Главной формулой, описывающей процесс преобразования электрической энергии в тепловую, является закон Джоуля-Ленца:

Q = I² R t, где

· Q – количество теплоты, выделяемой при прохождении электрического тока по проводнику,

  • I – сила тока, 
  • R – электрическое сопротивление проводника, 
  • t – время прохождения электрического тока по проводнику. 

Таким образом, нагрев электрического провода будет больше при увеличении нагрузки и более высоком значении сопротивления. Кроме этого, величина выделяемой теплоты прямо пропорциональна времени прохождения тока. Что касается скорости нагрева, то она напрямую зависит от действующей электрической мощности, которая определяется произведением напряжения и силы тока (P=UI). Другими словами, чем больше мощность подключенных к проводу потребителей, тем сильней и интенсивней он будет нагреваться.

Эти формулы позволяют определить параметры, которые мы можем изменять для управления величиной и скоростью нагрева проводов. Сила тока зависит от номинальной мощности всех подключенных проводников. Это значение, от которого можно отталкиваться расчетах. Главным параметром, значение которого может изменяться, является электрическое сопротивление. Его величину определяют свойства металла проводника и сечение кабеля. Именно поэтому необходимо выбирать сечение кабеля по мощности. Это позволяет уменьшить электрическое сопротивление провода, что в свою очередь дает возможность сократить нагрев до допустимых пределов.

Выбирать сечение кабеля по мощности необходимо таким образом, чтобы обеспечить не только безопасности эксплуатации электросети, но и экономичность. При выборе кабеля с сечением больше необходимого возникают неоправданные расходы при электромонтажных проводках. С другой стороны, если в будущем планируется подключение дополнительных потребителей, то это также должно учитываться при выборе сечения кабеля в сторону его увеличения.

Чтобы определить необходимое сечение кабеля, в первую очередь, следует рассчитать значение максимального тока потребляемого нагрузкой. Для этого, необходимо суммарную номинальную мощность всех установленных потребителей разделить на напряжение. Исходя из значения тока, сечение кабеля по мощности определяется при помощи специальных таблиц, приведенных в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ). Также можно воспользоваться приблизительным допустимым соотношением тока на сечение кабеля, которое дает достаточную точность. Так для медного провода допустимая сила тока составляет 10 ампер на квадратный мм2, для алюминиевого – 8 ампер на мм2. В случае монтажа скрытой проводки эти значения умножаются на поправочный коэффициент 0,8.

Именно из-за нагрева проводов, довольно часто, приходится выбирать промышленные пневматические системы, что значительно повышает безопасность производства на участках где присутствует опасность возгорания или взрыва.
Подробнее :  www.totalpneuma.ru