Soojusülekanne elektriaparaatides (0)

Soojusülekanne elektriaparaatides
Voolujuhti läbiva voolu tulemusena tekivad juhis alati kaod. Selle tulemusena eralduv soojus kandub juhti ümbritsevasse keskkonda. Soojusülekanne toimub alati kuumemalt osalt külmemale kuni nende temperatuurid tasakaalustuvad, kusjuures mida suurem on temperatuuride vahe, seda intensiivsemalt toimub soojusülekanne.
Eristatakse kolme soojusülekande vormi - soojusjuhtivus, konvektsioon ja kiirgus.
Soojusjuhtivuse all mõistetakse materjali omadust spontaanselt ära anda soojusenergiat kuumemalt kehalt külmemale, aineosakeste vastumõju tulemusena. See võib toimuda nii keha siseselt, ühelt kehalt teisele kui ka kahe keha vaheliselt, mis on eraldatud kolmanda kehaga .
Konvektsioon on protsess, mille vältel vedelik või gaas , kuumenevad sooja kehaga kokkupuute tulemusena. Pindade vaheline soojusülekanne toimub soojusjuhtivuse tulemusena. Selle tagajärjel kuumemad kihid muutuvad kergemaks ning liikudes ülespoole viivad endaga kuumalt kehalt saadud soojuse. Kui jahutava keskkonna osakeste liikumise kiirus on tingitud ainult nende temperatuurist, siis nimetatakse sellist konvektsiooni loomulikuks. Kui on aga kasutatud ventilaatoreid või pumpasid, et konvektsiooni protsessi kiirendada, nimetatakse konvektsiooni kunstlikuks. Arusaadavatel põhjustel intensiivse konvektsiooni korral, toimub jahtumine kiiremini.
Kiirgus on soojusülekande vorm, kus soojusenergia muutub kiirgavaks energiaks, mis kandub kuumalt kehalt ümbritsevasse keskkonda erinevate lainepikkuste elektromagnetiliste võnkumiste abil. Kõige vähem kannavad soojust nähtava valguse kiired, seevastu infrapunakiirgus kõige rohkem. Nii ühed kui teised levivad valguse kiirusega ning murduvad ja peegelduvad, kohtudes oma teel mingite pindadega.
Soojusülekanne ümbritsevasse keskkonda toimub tavaliselt mitme soojusülekande vormi tulemusena. Seepärast on elektriaparaatide soojusliku talitluse arvutused raskendatud ning iga konkreetse juhu kohta on vaja eraldi arvestada kõigi soojusülekande vormide osakaalu.
Elektriaparaatide soojenemine ja jahtumine.
Enne elektriaparaadi töösse rakendumist on tema ja ümbritseva keskkonna temperatuurid võrdsed. Pärast töölerakendumist tekkivad kaod, hakkavad aparaati soojendama, kuid soojus ei kandu ümbritsevasse keskkonda temperatuuride võrdsuse tõttu. Tekkiv soojus salvestub aparaadis ning seetõttu hakkab viimase temperatuur tõusma, selle tulemusena tekib soojusülekanne ümbritsevasse keskkonda. Protsessi alguses on soojusülekanne väike, sest kogu eraldunud soojushulgast juhitakse väike osa ära, suurem osa kulub aparaadi soojendamiseks. Sellest järeldub, et aparaadi soojenemine on kiire. Mida suuremaks muutub aparaadi temperatuur, seda intensiivsemaks muutub soojusülekanne. Kui aparaat on saavutanud sellise temperatuuri, mille juures on soojusülekanne kõige suurem, kandub kogu eraldanud soojus ümbritsevasse keskkonda. Järelikult on aparaadi kuumenemine lõppenud ning seda nimetatakse väljakujunenud soojuslikuks talitluseks . Sellele vastavat ületemperatuuri nimetatakse väljakujunenud ületemperatuuriks. Selle väärtus oleneb aparaadi kaovõimsusest ja soojustehnilistest omadustest.
Erinevates talitlustes on elektriaparaatide soojenemine erinev.
Kestevtalitlustes aparaat lülitatakse tööle ning ta soojeneb väljakujunenud ületemperatuurini. See ei tohi ületada lubatud ületemperatuuri.
Lühiajalises talitluses lülitatakse aparaat tööle, kuid lülitatakse välja enne, kui ta on saavutanud ületemperatuuri. Aparaat hakkab pärast seda jahtuma. Ajavahemik enne tema uuesti sisselülitamist peab olema piisavalt pikk, et aparaadi temperatuur ühtlustuks keskkonna temperatuuriga. Kui aparaat on valitud lühiajaliseks talitluseks kestevtalitluste kriteeriumide järgi, ei jõua selle temperatuur tõusta ületemperatuurini, mis aga tähendab, et aparaat ei ole termiliselt ära kasutatud. Järelikult tuleb lühiajalises talitluses töötav aparaat valida nii, et ta saavutaks lubatava ületemperatuuri. See tähendab, et sellist aparaati saab koormata suurema vooluga.
Vaheajaliseks talitluseks nimetatakse talitlust, kus tööperioodid on väikeste pausidega. Pärast sisselülitamist aparaat soojeneb ning pausi ajal jahtub. Kuigi aparaat ei soojene lubatava ületemperatuurini jõuab ta lõpuks olukorda, kus tööajal toimuv ületemperatuurikasv muutub võrdseks pausi ajal ületemperatuuri langusega. Tekib kvaasistatsionaarne soojuslik režiim.