Lämmityselementin lyijy-ulkoputken halkaisija ja määritetty teholuokitus

Sähkölämmityselementin teho määräytyy tyypillisesti lämmitysjärjestelmän lämpötilan ja lämmitysajan mukaan. Siksi, kun teho ja jännite on määritetty, tangossa olevan johtimen materiaalin ja halkaisijan on täytettävä suunnitteluvaatimukset. Alla on luettelo tarvittavista tiedoista, jotka koskevat tangon lyijyssä-käytettyjä materiaaleja.

Koska lämmityselementti on yleensä tiivistetty RTV-silikonilla käsittelyn jälkeen, ja sen lämpötilankesto on noin 250 astetta, valitun lyijyn -sauvassa olevan maksimikäyttölämpötilan on oltava pienempi tai yhtä suuri kuin 250 astetta (RTV-silikonin suurin lämpötilankesto). Miten tämä vaatimus voidaan taata?

Havainnollistetaan tätä sovellusesimerkillä: Tarkastellaan 220 V:n 4 000 W:n sähkölämmityselementtiä, jossa on ruostumattomasta teräksestä valmistettu -johdin tangossa, jonka ulkohalkaisija on Φ2,6 × 75 mm. Onko tämä kokovalinta oikea ja järkevä? Sen oikeellisuuden ja kohtuullisuuden voimme määrittää vain laskennan avulla.

Ratkaisu: Ota Φ2,6 lyijytanko, jonka pituus on 75 mm, mikä vastaa 0,075 metriä.

① Lyijyvarren läpi kulkeva virta on:

I=P/U=4000/220 ≈ 18,18 ampeeria

② Laske vastusarvo pituudelle 75 mm ja ulkohalkaisijalle Φ2,6 mm:

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

③ Teho P, joka syntyy, kun 18,18 ampeeria virtaa 75 mm:n lyijytangon läpi, on:

P=I²R=18.18² × 0,01 ≈ 3,31 W (eli 75 mm:n lyijytangon tuottama teho on 3,31 W)

④ Kun halkaisija on 75 mm, pintakuorma, joka vastaa tangon Φ2.6 johdinta-, on q_sauva.

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

⑤ Kun 18,18 ampeerin virta kulkee Φ2.6 ruostumattomasta teräksestä valmistetun johtimen- läpi sauvassa, syntyvä kokonaisteho on 3,13 W ja tangon vastaava pintakuorma on 0,54 W/cm². Pintakuormituksen ja putken pinnan vastaavan lämpötilan välisen suhteen perusteella tämän ruostumattomasta teräksestä valmistetun lyijyn-pintalämpötilaksi tangossa voidaan laskea noin 200–220 astetta.

Johtopäätös: Kun tämän lämmityselementin tangossa olevan lyijyn halkaisija- on Φ2,6 ja sen läpi kulkeva virta on 18,18 ampeeria, lyijyn-lämpötila tangossa on noin 200–220 astetta, mikä on alhaisempi kuin silikonikumin normaali lämpötilankesto (250 astetta), joten se täyttää suunnitteluvaatimukset. Jos lämpötila ylittää silikonikumin normaalin lämpötilankestävyyden (250 astetta), silikonikumi on altis asteittaiselle vanhenemiselle ja halkeilulle lyijyssä -tangon lämpötilassa, mikä johtaa eristyksen ja sähköisen suorituskyvyn heikkenemiseen. Normaalin lämpötilan kestävyyden ylittäminen voi myös aiheuttaa silikonin hiiltymistä, mikä johtaa lämmityselementin eristyksen heikkenemiseen ja jopa lyijytangon ja ulkovaipan väliseen rikkoutumiseen silikonin hiiltymisen vuoksi.

Yllä olevan tilanteen ratkaisemiseksi, jos lämpötila ylittää 250 astetta, voidaan tehdä seuraavat parannukset:

① Lämmityselementin ulkohalkaisijasta riippuen, jos Φ suurempi tai yhtä suuri kuin 10 mm, lyijytangon ulkohalkaisijaa tai pituutta voidaan lisätä sopivasti. Tämä muutos vähentää vastusta pituusyksikköä kohti ja vähentää kuormitusta lyijytangon pinnalla. Vaikka lyijytangon läpi kulkee edelleen 18,18 ampeerin virta, pinnan lämpötila laskee lämpötilaan, jonka silikoni kestää, tai jopa alemmaksi.

② Jos putken halkaisija on Φ pienempi tai yhtä suuri kuin 10 mm ja virta on edelleen 18,18 ampeeria, lyijyvarren materiaalia voidaan pidentää tai muuttaa sopivasti, esimerkiksi käyttämällä puhdasta nikkeliä. On huomattava, että vaikka rautalyijytankojen resistiivisyys on pienempi kuin ruostumattoman teräksen, niiden käyttöä ei suositella, koska rautalyijytangot ovat alttiita hapettumiselle, niillä on alhainen lujuus ja korkea kosketusvastus, mikä ei ole toivottavaa.