Wybór średnicy-wyjściowego pręta i określonej mocy elementu grzejnego

Moc elektrycznego elementu grzejnego jest zwykle określana na podstawie temperatury i czasu nagrzewania systemu grzewczego. Dlatego po określeniu mocy i napięcia materiał i średnica przewodu-w pręcie muszą spełniać wymagania projektowe. Poniżej znajduje się lista odpowiednich danych dotyczących materiałów użytych do wykonania pręta prowadzącego.

Ponieważ element grzejny jest zwykle uszczelniany silikonem RTV po obróbce, a jego odporność na temperaturę wynosi około 250 stopni, maksymalna temperatura robocza wybranego przewodu-w pręcie musi być mniejsza lub równa 250 stopni (maksymalna odporność temperaturowa silikonu RTV). W jaki sposób można zagwarantować spełnienie tego wymogu?

Zilustrujmy to przykładem zastosowania: rozważmy elektryczny element grzejny 220 V i 4000 W z przewodem ze stali nierdzewnej-w pręcie o średnicy zewnętrznej Φ2,6 × 75 mm. Czy taki wybór rozmiaru jest prawidłowy i rozsądny? Jej poprawność i zasadność możemy określić jedynie poprzez kalkulację.

Rozwiązanie: Weź pręt prowadzący Φ2,6 o długości 75 mm, co równa się 0,075 metra.

① Prąd przepływający przez pręt prowadzący wynosi:

I=P/U=4000/220 ≈ 18,18 ampera

② Oblicz wartość oporu dla długości 75 mm i średnicy zewnętrznej Φ2,6 mm:

Ponieważ R=ρ.L/S=0.7 × 0,075/3,142 × 1,32 ≈ 0,01 oma

③ Moc P wygenerowana podczas przepływu 18,18 ampera przez pręt prowadzący o średnicy 75 mm wynosi:

P=I²R=18.18² × 0,01 ≈ 3,31 W (tzn. moc generowana przez pręt prowadzący o średnicy 75 mm wynosi 3,31 W)

④ Przy średnicy 75 mm obciążenie powierzchniowe odpowiadające skokowi Φ2,6-w pręcie wynosi q_rod.

q_rod=P/S=3.31/3,142 × 0,26 × 7,5 ≈ 0,54 W/cm²

⑤ Gdy prąd o natężeniu 18,18 A przepływa przez przewód- ze stali nierdzewnej Φ2,6, całkowita wygenerowana moc wynosi 3,13 W, a odpowiadające mu obciążenie powierzchniowe pręta wynosi 0,54 W/cm². Na podstawie zależności między obciążeniem powierzchniowym a odpowiednią temperaturą powierzchni rury temperaturę powierzchni tego ołowiu ze stali nierdzewnej-w pręcie można obliczyć na około 200–220 stopni.

Wniosek: gdy średnica przewodu-w pręcie tego elementu grzejnego wynosi Φ2,6, a przepływający przez niego prąd wynosi 18,18 A, temperatura przewodu-w pręcie wynosi około 200–220 stopni, czyli jest niższa niż normalna odporność temperaturowa gumy silikonowej (250 stopni), spełniając w ten sposób wymagania projektowe. Jeśli temperatura przekracza normalną odporność gumy silikonowej na temperaturę (250 stopni), guma silikonowa jest podatna na stopniowe starzenie się i pękanie na przewodzie-w temperaturze pręta, co powoduje spadek izolacji i parametrów elektrycznych. Przekroczenie normalnej odporności na temperaturę może również spowodować zwęglenie silikonu, co prowadzi do zmniejszenia izolacji elementu grzejnego, a nawet uszkodzenia pomiędzy prętem prowadzącym a osłoną zewnętrzną na skutek zwęglenia silikonu.

Aby zaradzić powyższej sytuacji, jeśli temperatura przekracza 250 stopni, można wprowadzić następujące ulepszenia:

① W zależności od zewnętrznej średnicy elementu grzejnego, jeśli Φ jest większe lub równe 10 mm, można odpowiednio zwiększyć średnicę zewnętrzną lub długość pręta prowadzącego. Modyfikacja ta zmniejsza opór na jednostkę długości i zmniejsza obciążenie powierzchni pręta prowadzącego. Chociaż przez pręt prowadzący nadal przepływa prąd o natężeniu 18,18 A, temperatura powierzchni spadnie do temperatury, którą silikon może wytrzymać, lub nawet niższej.

② Jeśli średnica rury jest Φ mniejsza lub równa 10 mm, a prąd nadal wynosi 18,18 A, materiał pręta prowadzącego można odpowiednio wydłużyć lub zmienić, na przykład stosując pręt prowadzący z czystego niklu. Należy zauważyć, że chociaż rezystywność prętów ołowianych żelaznych jest niższa niż stali nierdzewnej, nie zaleca się ich stosowania, ponieważ pręty ołowiane żelazne są podatne na utlenianie, mają niską wytrzymałość i wysoką rezystancję kontaktową, co jest niepożądane.