Поверхностный эффект

Влияние коэффициента теплоотдачи на нагрев проводника с током

Коэффициент теплопроводности k [Вт/(см²град)] учитывает теплопроводность, конвенцию, лучеиспускание.

Шины окрашивают эмалевой краской в желтый, зеленый и красный цвета для увеличения теплового потока через лучеиспускание, так как окраска увеличивает степень черноты алюминиевой шины с 0.11 до 0.7-0.8. Цвет окраски практически не оказывает влияния. Теплоотдача при этом увеличивается на 25-28% для медных шин и на 15-17% для алюминиевых.

Применяют вынужденную конвенцию вместо свободной. Так при свободной конвенции скорость перемещения окружающей среды составляет около 0.2 м/с, а при вынужденной от 2 до 10 м/с, что увеличивает теплоотдачу в 3-5 раз.

Известно [2,с.29], что переменный ток вытесняется к поверхности проводника, вследствие чего его активное сопротивление и соответствующие потери мощности больше, чем при постоянном токе. Отношение сопротивлений при переменном и постоянном токах называется коэффициентом поверхностного эффекта k_П= r_a /r. Для проводника заданной формы сечения, коэффициент поверхностного эффекта является функцией величины , где f – частота, Гц; r – сопротивление, отнесенное к 1000м длины проводника.

Рисунок 2.3 – Кривые для определения коэффициента поверхностного эффекта в шинах прямоугольного сечения (b – ширина, h – высота) и круглого сечения (t – толщина стенки, D – диаметр)

Как видно, коэффициент поверхностного эффекта для проводников малого сечения близок к единице. По мере увеличения сечения он быстро увеличивается. Для проводников сплошного сечения он значительно больше, чем для труб того же сечения.

Зависимость активного сопротивления алюминиевой трубы r_a от толщины стенки t показана на рис.2.4.

Рисунок 2.5 – Зависимость активного сопротивления алюминиевой трубы длиной 1000 м от толщины стенки t при частоте 50 Гц

По мере увеличения толщины стенки, сечение трубы увеличивается, а сопротивление быстро уменьшается, пока не достигнет некоторого минимума при t=20 мм. При дальнейшем увеличении толщины стенки сечение трубы продолжает увеличиваться, однако активное сопротивление не только не уменьшается, но даже несколько увеличивается. Для алюминиевых труб критическая толщина стенки составляет 20 мм, а для медных – 14 мм. Ясно, что применение труб с толщиной стенки, превышающей критическую, нецелесообразно.

Дата добавления: 2014-01-07