nagrzewanie.doc

Przepływ prądu elektrycznego przez przewody powoduje ich nagrzewanie. Jest to zjawisko niekorzystne gdyż przy nadmiernym wzroście temperatury może dojść do uszkodzenia izolacji roboczej tego przewodu co w konsekwencji spowoduje jego nieodwracalne zniszczenie.
Na nagrzewanie przewodu wpływa ma wiele czynników, takich jak:

-        Rezystywność materiału

-        Pole przekroju poprzecznego przewodnika

-        Współczynnik strat dodatkowych uwzględniający m.in. zjawisko naskórkowości

-        Współczynnik oddawania ciepła do otoczenia

Równanie bilansu cieplnego przewodu ma postać:

Z bilansu tego wynika że przyrost temperatury przewodu ponad temperaturę otoczenia τ wynosi:

Jeżeli nagrzewanie przewodu trwa dostatecznie długo to temperatura osiągnie stan ustalony:

Wyrażenie nosi nazwę cieplnej stałej czasowej.

Można napisać ogólnie, że:  

Jeżeli wyłączymy prąd płynący przez przewód to będzie on stygł do temperatury otoczenia według zależności:

Przykładowy wykres nagrzewania i stygnięcia przewodu

Poniżej przedstawiono krzywe nagrzewania i stygnięcia dla różnych wartości prądu nagrzewania oraz dla różnych przekrojów przewodu.

Odpowiednio:

1. Przewód 1,5mm2 prąd nagrzewania 20A
2. Przewód 1,5mm2 prąd nagrzewania 25A
3. Przewód 1,5mm2 prąd nagrzewania 30A
4. Wykres z nałożonymi wszystkimi charakterystykami nagrzewania i stygnięcia dla przewodu 1,5mm2
5. Przewód 2,5mm2 prąd nagrzewania 20A
6. Przewód 2,5mm2 prąd nagrzewania 25A
7. Przewód 2,5mm2 prąd nagrzewania 30A
8. Wykres z nałożonymi wszystkimi charakterystykami nagrzewania i stygnięcia dla przewodu 1,5mm2

Na wykresach zaznaczono stałe czasowe jako styczne do wykresu.

Wnioski i uwagi końcowe:

-        Jak widać na powyższych wykresach wyznaczone stałe czasowe są równe dla przewodów o tej samej średnicy czyli nie zależą od prądu nagrzewania tylko od rodzaju materiału z jakiego wykonany jest przewód oraz od warunków środowiska.

-        Niedokładność wyznaczenia stałych czasowych spowodowana jest metodą ich wyznaczania. Jest to metoda graficzna która nie jest dokładna. Można jednak wnioskować że są to wyniki poprawne gdyż wartość stałej nie zależy od prądu nagrzewania.

-        Czynnikiem wpływającym ujemnie na pomiar mogły być zmieniające się warunki środowiska tzn. zmieniająca się temperatura lub delikatne powiewy wiatru.
Również pomiar czasu między próbkami nie był jednoznaczny co mogło spowodować zafałszowanie wyników.