Wie hoch ist der maximal zulässige Leitungsstrom und die zulässige Verlustleistung?
Wenn elektrischer Strom durch den Draht fließt, wird die elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Die Geschwindigkeit des Prozesses der Umwandlung elektrischer Energie in Wärme wird charakterisiert durch Leistung P = Benutzeroberfläche.
Die durch den Strom im Draht erzeugte Wärmemenge, proportional zum Quadrat des Stroms, dem Widerstand des Leiters und der Zeit des Stromdurchgangs: Q = Az2rt (Das Joule-Lenz-Gesetz).
Die Umwandlung elektrischer Energie in thermische Energie ist bei der Herstellung von Glühlampen, Heizgeräten und Elektroöfen von großer praktischer Bedeutung. Die Freisetzung von Wärme in Drähten und Wicklungen von Elektrogeräten, Maschinen, Transformatoren, Messgeräten und anderen Geräten ist nicht nur eine nutzlose Verschwendung elektrischer Energie, sondern auch ein Prozess, der zu einem unzulässig hohen Temperaturanstieg und einer Beschädigung der Isolierung von Drähten und anderen Geräten führen kann sogar selbst Geräte.
Die im Leiter erzeugte Wärmemenge ist proportional zum Volumen des Leiters und zum Temperaturanstieg, und die Wärmeübertragungsrate an die Umgebung ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem Leiter und der Umgebung.
Beim ersten Einschalten des Stromkreises ist der Temperaturunterschied zwischen dem Kabel und der Umgebung gering. Nur ein kleiner Teil der durch den Strom erzeugten Wärme wird an die Umgebung abgegeben, und der größte Teil der Wärme verbleibt im Draht und wird zu dessen Erwärmung verwendet. Dies erklärt den schnellen Temperaturanstieg des Drahtes in der Anfangsphase der Erwärmung.
Mit steigender Temperatur des Drahtes nimmt der Temperaturunterschied zwischen Draht und Umgebung zu und die vom Draht abgegebene Wärmemenge nimmt zu. Dabei verlangsamt sich der Temperaturanstieg der Drähte immer mehr. Ab einer bestimmten Temperatur befindet sich die Diesellokomotive schließlich im Gleichgewicht: Gleichzeitig entspricht die im Wärmeleiter abgegebene Menge der Verlustleistung in der Außenumgebung.
Beim weiteren Durchgang von Gleichstrom ändert sich die Temperatur des Drahtes nicht und wird als stationäre Temperatur bezeichnet.
Die Zeit zum Aufheizen auf eine konstante Temperatur ist bei verschiedenen Drähten unterschiedlich: Faden Glühlampen heizt sich im Bruchteil einer Sekunde auf, Elektroauto — nach ein paar Stunden (wie die Analyse zeigt, ist die Aufheizzeit theoretisch unendlich lang, unter Aufheizzeit verstehen wir die Zeit, in der der Draht auf eine Temperatur erhitzt wird, die nicht mehr als 1 % der festgelegten Temperatur beträgt).
Eine Erwärmung isolierter Drähte darf über einen bestimmten Grenzwert hinaus nicht zulässig sein, da die Isolierung bei starker Überhitzung Feuer fangen oder sich sogar entzünden kann. Eine Überhitzung blanker Drähte führt zu einer Änderung der mechanischen Eigenschaften (Leiterspannung).
Für isolierte Drähte legen die Normen eine maximale Erwärmungstemperatur von 55 bis 100 ° C fest, abhängig von den Eigenschaften der Isolierung und den Installationsbedingungen. Der Strom, bei dem die Dauertemperatur den Normen entspricht, wird als maximal zulässiger oder Nennstrom des Leiters bezeichnet. Der Wert der Nennströme für unterschiedliche Leitungsquerschnitte ist im Sonderangebot angegeben Tabellen in PUE und Elektro-Nachschlagewerke.
Die Leistung, die der Strom im Leiter entwickelt, bei der sich das thermische Gleichgewicht einstellt und sich die zulässige Temperatur einstellt, wird als zulässige Verlustleistung bezeichnet.
Fließt mehr als der Nennstrom durch die Leitung, ist die Leitung „überlastet“. Da die Beharrungstemperatur jedoch nicht sofort erreicht wird, ist es möglich, dass der Strom im Stromkreis kurzzeitig den Nennwert überschreitet (bis die Leitertemperatur den Grenzwert erreicht). Eine übermäßige Drahttemperatur tritt normalerweise auf, wenn Kurzschluss.