Правила и особенности утепления керамзитом стен

Утепление стен керамзитом: виды фракций насыпного утеплителя

Утепление стен керамзитом характеризуется как эффективный и доступный вариант теплоизоляции кирпичных домов. Иногда керамзитовые гранулы используют и в строительстве каркасных конструкций. При этом приоритетность решения обуславливается исключительно экономическими соображениями, так как для утепления стен деревянных домов требуется слой керамзита не менее 30 см, что грозит дополнительной нагрузкой на фундамент.

Характеристики и свойства материала

Сыпучий утеплитель с пористой структурой – керамзит – изготавливается из смеси легкоплавкой глины и сланцевых пород. В качестве добавок используются опилки, торфяник и соляровое масло. Сырье после вспенивания катают в барабанах, на следующем этапе подвергают термической обработке в высокотемпературной печи.

Керамзитовый утеплитель в виде легких и прочных гранул величиной 2-40 мм находит широкое применение в частном домостроении. Популярность материала обуславливается отменными тепло- и звукоизоляционными свойствами в тандеме с доступностью. Керамзитвостребован в обустройстве пола, утеплении наружных стен дома,чердачных помещений и цокольного этажа. По теплозащитным свойствам керамзитовый слой в 10 см в стеновой конструкции эквивалентен деревянной обшивке в 25 см.

Плюсы и минусы применения при утеплении стен

По популярности в качестве материала для утепления наружных стен кирпичного дома керамзитне уступает ряду современных изоляторов. Данный феномен объясняется экономической выгодностью и эффективностью применения в силу конкурентных преимуществ материала.

Плюсы использования керамзита для утепления наружных стен:

• из-за безупречных характеристик сопротивляемости теплопередаче насыпной утеплитель представляет собой надежный барьер от теплопотерь в холодный сезон. Летом тоже сохраняется комфортный микроклимат в доме, так как керамзитовый изолятор не пропускает уличный зной;
• сыпучий материал можно использовать в составе бетонных смесей, что положительно отражается на теплоизоляционных свойствах конструкции;
• натуральный состав характеризуется экологичностью, устойчивостью к воздействиям химических веществ, инертностью к биологическим угрозам;
• керамзитовые гранулы непривлекательны для грызунов и насекомых;
• пористость структуры обуславливает эффективность решения в качестве звукоизоляции фасада.

Керамзитовые гранулы непривлекательны для грызунов и насекомых

Среди плюсов применения керамзита для утепления наружных стен кирпичного или каркасного дома также отмечают негорючесть, устойчивость к температурным перепадам, несложность самостоятельного монтажа и доступность решения.

Минусом в копилку отмечают то, что гранулы впитывают влагу, требуется защита в виде бетонной заливки, штукатурного покрытия стены или другого влагоустойчивого материала.

Виды фракций керамзита и критерии выбора

Для теплозащиты стен дома используется керамзитовая смесь из гранул разной величины, чтобы обеспечить максимальную плотность укладки массы. Выпускают материал разных фракций. При выборе варианта насыпного изолятора учитывается ряд факторов, в том числе особенности утепляемого строения, климатические условия региона, вид планируемых работ.

Гравий

Продукция в виде гранул округлых или овальных форм производится на основе глиняной смеси методом обжига в высокотемпературной вращающейся печи. Различают 3 фракции керамзитового гравия:

• 20-40 мм. В силу геометрических особенностей и величины керамзит данной фракции располагает малой насыпной плотностью. Продукт используется для создания толстого термоизоляционного слоя. Образец в основном востребован при обустройстве фундаментных конструкций, применяется при сооружении погреба, подходит для теплозащиты чердачных перекрытий;
• 10-20 мм. Как вариант с оптимальными характеристиками керамзитэтой категории находит широкое применение вутеплении наружных стен кирпичных домовколодцевого способа кладки, используется при формировании пола, кровельного пирога;
• 5-10 мм. Гравий мелкой фракции востребован в качестве эффективной термоизоляции при обустройстве систем теплого пола.

Образец также актуален при утеплении фасада снаружи: мелкофракционный керамзит включают в цементный раствор для заливки между кладкой и облицовкой.

Песок

Материал производится методом дробления керамзита в шахтных печах. Также получают песок при отсеве крупных фракций сырья.

Виды и применение:

• до 3 мм. Керамзитовый песок с фракцией до 3 мм преимущественно применяется в качестве «теплого» кладочного раствора;
• до 5 мм. Решение предназначено, в том числе, и для выполнения цементной стяжки при обустройстве напольного пирога.

В зависимости от планируемых работ толщина слоя стяжки с керамзитовым наполнителем варьируется в пределах до 20 см.

Щебень

Образец получают при дроблении запекшихся кусков глиняно-сланцевой смеси. Керамзитовый щебень востребован в производстве бетонных конструкций с малой удельной плотностью и выполняет функцию теплоизоляционного наполнителя.

При выборе керамзита учитываются следующие моменты:

• величина насыпной плотности и прочность гранул. Для усиления характеристик прочности в процессе производства керамзита глиняно-сланцевую смесь обогащают специальными добавками;
• тепло- и звукоизоляционные свойства. В зависимости от особенностей утепляемой конструкции выбирается вариант с оптимальными характеристиками сопротивляемости к теплопередаче и способностями шумопоглощения;
• параметры влагопоглощения. В приоритете материал с коэффициентом корреляции от 0,46%, иначе гранулы впитывают влагу и удерживают, что свидетельствует о нарушениях технологии производства продукции;
• стоимость. Материал представлен в демократичном сегменте. При этом цены варьируются в зависимости от вида керамзита, чем меньше фракция, тем дороже.

Разный вид керемзита

Также при выборе керамзита в качестве теплоизоляционного наполнителя наружных стен деревянных или кирпичных домов учитываются такие свойства, как негорючесть, стойкость к грибку и плесени, непривлекательность для мышей.

Методы применения материала

Технология утепления наружных стен керамзитом востребована при обустройстве кирпичных домов, хотя в отдельных случаях применяется и для теплоизоляции деревянных каркасных строений.

Нюансы сооружения утепленных наружных стен дома по технологии трехслойного каркаса:

• внутренняя (интерьерная) часть конструкции представляет собой кладку из блоков керамзитобетона толщиной около 40 см;
• наружная (фасадная) плоскость выполняет защитную функцию, представляет собой облицовочный слой из клинкера, дерева, камня или другой отделки;
• средняя часть выполняется из капсицемента, это смесь керамзита с цементом в пропорциях 10:1. Наполнитель призван придать стеновой конструкции дополнительную жесткость и прочность.

В зависимости от типа строения применяется 3 варианта кладки:

• кладка с диафрагмами. Стенка сооружается в виде двух параллельных плоскостей с интервалом в 20 см: первая – толщиной в кирпич, вторая – в полкирпича. После каждого пятого ряда зазор между двух поверхностей засыпается керамзитом. После трамбовки насыпной утеплитель заливается цементным молочком;
• кладка с закладными элементами крепления. Метод дублирует кладку с диафрагмами, при этом для фиксации двух параллельных плоскостей из кирпича используются скобы из арматуры;
• колодцевая кладка. Технология подразумевает сооружение параллельных кирпичных плоскостей с интервалом 20-30 см с перевязкой через ряд с помощью перемычек. Сформировавшуюся полость засыпают керамзитом, утрамбовывают и заливают цементным молочком.

Применение керамзита в утеплении стен

Метод утепления стен керамзитом выбирается с учетом климата местности, особенностей конструкции дома, материала основы строения и типа работ.

Технология утепления стен керамзитом

Укладка насыпью обуславливает легкость применения материала в теплоизоляции кирпичных конструкций. Если планируется использовать керамзит для утепления каркасных стен, следует знать, что нужно оставлять полости не менее 30 см и тщательно утрамбовать гранулы. При этом важно учитывать, что создается дополнительная нагрузка на несущие элементы деревянного строения и фундамент.

Расчет количества материала

Чтобы рассчитать необходимую толщину слоя насыпного утеплителя, используются следующие показатели:

• коэффициент теплопроводности керамзита;
• минимальную толщину слоя;
• параметры теплосопротивления стены.

Подготовительные работы

На стартовом этапе требуется обеспечить основание гидроизоляцией для защиты керамзита от избыточной влажности. Используются влагонепроницаемые ресурсы, к примеру, плотная пленка или специальный мембранный материал.

Этапы проведения утепления стен

В частном домостроении в основном применяется колодезная кладка. Технология предусматривает наполнение слоем насыпного утеплителя полости между внутренней и наружной плоскостей из кирпича.

1. На фундамент укладывается гидрозащита, выполняется основание в виде двух рядов кирпича.
2. Сооружаются параллельные стенки со связующими перегородками, при этом углы конструкции выполняются без полостей.
3. Через каждые 5 рядов колодец засыпают гранулами, утрамбовывают, заливают цементным раствором.
4. Из кирпича выкладывают 3 ряда.

Алгоритм работы повторяется до конца возведения стеновой конструкции.

Финишная отделка

Период набора прочности цементно-керамзитовой смеси составляет примерно месяц. Далее необходимо выполнить черновую отделку в виде штукатурки для создания влаго- и парозащитного слоя. Для этого следует отштукатурить стену изнутри и снаружи. На завершающем этапе поверхность покрывается выбранным вариантом облицовки. Для финишной отделки применяют декоративный камень, клинкерный кирпич, плитку с имитацией натуральных материалов, древесину, декоративную штукатурку.

Нагревание проводников током

Так как количество тепла, выделяемое током при прохождении его по проводнику пропорционально времени, то температура проводника должна бы непрерывно возрастать, пока по проводнику идет ток. На самом же деле при продолжительном пропускании тока по проводнику устанавливается некоторая постоянная температура, хотя в этом проводнике продолжается непрерывное выделение тепла.

Объясняется это явление тем, что всякое тело, температура которого выше температуры окружающей среды, отдает тепловую энергию в окружающую среду благодаря тому, что:

во-первых, само тело и тела, соприкасающиеся с ним, обладают теплопроводностью ;

во-вторых, слои воздуха, прилегающие к телу, нагреваются, подымаются вверх и уступают место более холодным слоям, которые опять нагреваются, и т. д. (конвекция тепла) ;

в-третьих, благодаря тому, что нагретое тело излучает в окружающее пространство темные, а иногда и видимые лучи, затрачивая на это часть своей тепловой энергии (лучеиспускание).

Все перечисленные потери тепла тем больше, чем больше разность температур тела и окружающей среды. Поэтому, когда температура проводника сделается настолько высокою, что все количество тепла, отдаваемое проводником в окружающее пространство в единицу времени, будет равно количеству тепла, выделяемому в проводнике каждую секунду электрическим током, то температура проводника перестанет возрастать и сделается постоянной.

Потеря тепла проводником при прохождении по нем тока слишком сложное явление для того, чтобы зависимость температуры проводника от всех обстоятельств, влияющих на скорость охлаждения тела, может быть получена теоретическим путем.

Некоторые выводы, однако, могут быть сделаны на основании теоретических соображений. Между тем вопрос о температуре проводников имеет большое практическое значение, при всех технических расчетах сети, реостатов, обмоток и т. п. Поэтому в технике пользуются эмпирическими формулами, правилами и таблицами, дающими зависимость между сечениями проводников и допустимой силой тока при различных условиях, в которых находятся проводники. Некоторые качественные соотношения можно предвидеть и легко установить опытным путем.

Очевидно, что всякое обстоятельство, которое уменьшает влияние одной из трех причин охлаждения тела, повышает температуру проводника. Укажем некоторые из таких обстоятельств.

Неизолированный прямолинейный проводник, натянутый горизонтально, имеет более низкую температуру, чем такой же проводник при той же силе тока в вертикальном положении, так как во втором случае нагретый воздух поднимается вдоль проводника, и замена нагретого воздуха холодным происходит более медленно, чем в первом случае.

Проводник, свернутый в спираль, нагревается гораздо больше, чем такой же проводник при той же силе тока, вытянутый в прямую линию.

Проводник, покрытый слоем изоляции, нагревается сильнее, чем не изолированный, так как изоляция всегда дурной проводник тепла, и температура на поверхности изоляции гораздо ниже температуры проводника, поэтому охлаждение этой поверхности потоками воздуха и излучением гораздо меньше.

Если проводник поместить в водород или светильный газ, обладающие большей теплопроводностью, чем воздух, то температура проводника при той же силе тока будет ниже, чем в воздухе. Наоборот, в углекислоте, теплопроводность которой меньше, чем у воздуха, проволока нагревается сильнее.

Если проволоку поместить в пустоту (вакуум), то конвекция тепла совершенно прекратятся, и нагревание проволоки будет значительно больше, чем в воздухе. Этим пользуются при устройстве лампочек накаливания.

Вообще, охлаждение проводников потоками воздуха имеет главное значение среди других факторов охлаждения. Всякое увеличение поверхности охлаждения понижает температуру проводника. Поэтому пучок тонких параллельных проводников, не соприкасающихся друг с другом, охлаждается гораздо лучше, чем толстый проводник такого же сопротивления, сечение которого равно сумме сечений всех проволок пучка.

Чтобы приготовить реостаты сравнительно малого веса, применяют в качестве проводников очень тонкие полоски металла, гофрируя их для уменьшения длины.

Так как количество тепла, выделяемое током в проводнике, пропорционально сопротивлению его, то в случае двух проводников одинакового размера, но различного вещества, тот проводник, удельное сопротивление которого больше, нагревается до более высокой температуры.

Уменьшая сечение проводника, можно увеличить сопротивление его настолько, что температура его достигнет температуры плавления. Этим пользуются для предохранения сети и приборов от порчи токами большей силы, чем та, на которую приборы и сеть рассчитаны.

Для этого в цепь проводов вводят так называемые плавкие предохранители, представляющие собою короткие проводники из легкоплавкого металла (серебра или свинца). Сечение этого проводника рассчитывают так, чтобы при некоторой определенной силе тока этот проводник расплавился.

Данные, которые даются в справочных таблицах относительно поперечного сечения предохранителей на различные силы токов, относятся к предохранителям, длина которых не менее определенных размеров.

Очень короткий предохранитель охлаждается лучше, чем длинный, вследствие хорошей теплопроводности медных зажимов, с которыми он соединен и, следовательно, плавится при несколько большей силе тока. Кроме того длина предохранителя должна быть такова, чтобы при расплавлении его между концами проводов не могла образоваться электрическая дуга. Таким образом наименьшая длина предохранителя определяется в зависимости от напряжения сети.

Почему нагревается проводник с током, и как правильно выбирать проводник?

Почему при прохождении электрического тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос крайне важен при выборе материалов и сечения проводников, а также в контексте борьбы с последствиями токов короткого замыкания.

Поэтому в нашей статье мы постараемся максимально подробно, но при этом на доступном языке, разобраться с причинами нагрева, его этапами и использовании этого свойства проводников на практике.

Причины нагрева проводников и их этапы

Так почему при прохождении тока проводник нагревается? Ответ на этот вопрос независимо друг от друга дали Джеймс Джоуль в 1841 году, и Эмиль Ленц в 1842 году. В связи с этим. открытый ими закон получил название Джоуля-Ленца.

Закон Джоуля-Ленца

Звучит этот закон, как: мощность тепла, выделяемого в единице объема проводника, равна произведению напряженности электрического тока к его плотности. Если из этого определения вам сразу все стало понятно, то наша статья не для вас. Мы поговорим с теми, кто, как и я, когда услышал первый раз это определение, удивленно хлопал глазами.

Поэтому мы будем по минимуму использовать формулы, а постараемся на пальцах объяснить, что значит этот закон:

Соответственно, чем большее количество времени протекает ток по проводнику, чем большее сопротивление проводника, чем больший ток протекает по проводнику, тем быстрее и больше он нагревается. Вот так характеризует нагревание проводников электрическим током закон Джоуля-Ленца.

Обратите внимание! Электрическая проводимость, а соответственно и сопротивление проводника, напрямую зависит от его температуры. Чем она выше, тем больше сопротивление проводника. Поэтому получается лавинообразный процесс. Проводник греется, его сопротивление растет, и он греется еще больше. В связи с этим, процессу отвода тепла от проводника следует уделять самое пристальное внимание.

Отвод тепла от проводника и этапы нагрева

В связи с приведенным выше свойством, с нагревом проводников нужно бороться. Достигается это за счет выбора оптимального сечения провода, а также материала. То есть, сечение провода должно соответствовать максимально допустимому току, который может протекать в нем, а также нормально выдерживать кратковременные перегрузки.

• Дабы все это правильно рассчитать, мы должны знать не только как закон Джоуля-Ленца нагревание проводников электрическим током рассчитывает, но и как посчитать отдачу тепла проводником. Ведь наш проводник находится не в вакууме, и отдает тепло окружающей среде.

• Сразу давайте определимся, какие параметры влияют на теплоотдачу проводника. Прежде всего, это сечение проводника, ведь вполне логично, что чем большая площадь проводника соприкасается с окружающим воздухом, тем быстрее он ее отдает.

• Следующим важным критерием является так называемый коэффициент теплоотдачи материала, из которого выполнен проводник. Или как этот параметр еще называют — теплопроводность материала. Ведь ни для кого не секрет, что теплопроводность у материалов разная.
• Ну и последним параметром, является разность между температурой окружающей среды и материалом проводника. Ведь как говорит инструкция: чем больше этот перепад, тем быстрее материал отдает тепло.

• Исходя из этих всех параметров, влияющих на теплоотдачу, можно предположить, что для любого проводника и любого тока имеется, так называемая, установившаяся температура. То есть, температура, при которой существует равенство получаемой энергии от протекания тока и отводимого тепла.

• Такую температуру называют установившимся режимом. И она должна быть в пределах рабочей температуры провода. Рабочая температура провода обычно ограничена типом используемой изоляции.

Например, для ПВХ-изоляции она не должна превышать 70⁰С, а разнообразные материалы с пропиткой лаком способны выдерживать температуры до 120⁰С и выше.

Выбор проводников

Как вы можете понять из всего выше написанного, проводники следует выбирать из условий нагрева. Дабы при определённом токе их температура не превышала максимально допустимую. Сделать это можно своими руками, благодаря таблицам в ПУЭ. Но и в этом вопросе сначала необходимо разобраться.

• В ПУЭ приведены таблицы, по которым можно осуществить выбор проводников по нагреву, экономической плотности тока, способу прокладки и другим параметрам. Но для начала мы точно должны знать условия монтажа и работы провода. Давайте разберем, зачем это нужно.

• Но прежде разберемся с током. Ни для кого не секрет, что в течение времени ток в проводнике будет меняться. И какой из них следует рассматривать в качестве результирующего для выбора сечения проводника, непонятно. На этот вопрос нам отвечает п. 1.3.2 ПУЭ, который гласит, что для выбора следует применять средний ток в течении получаса, наиболее нагруженного в течении суток.

• Теперь давайте определимся с температурой. В разных местах монтажа она может достаточно сильно отличаться от рабочей температуры. Это следует учитывать. Поэтому в табл. 1.3.3 ПУЭ приведены поправочные коэффициенты для различной кабельно-проводниковой продукции, если температуры в которых будет работать кабель, отличается от рабочей.
• Выбор проводников по нагреву, плотности тока, обязательно учитывает способ прокладки проводника. Это может быть одиночная прокладка по воздуху, а может быть монтаж в земле или в трубах. Согласитесь, теплоотведение у таких проводников будет существенно отличаться. И это обязательно стоит учитывать.
• Так же следует учитывать количество жил проводника. То ли у нас охлаждается одна жила, то ли три, которые соприкасаются.

Обратите внимание! В табл. 1.3.12 ПУЭ имеется отдельный поправочный коэффициент при монтаже проводников пучками. Ведь если у нас рядом проложено сразу несколько проводников, то они вполне могут нагревать друг друга и заметно хуже остывать. И это так же должно учитываться.

• В итоге мы сможем воспользоваться таблицами 1.3.4. – 1.3.11 ПУЭ, которые предписывают, проводники какого сечения использовать для различных токов, и при использовании проводников с различными типами изоляции.

Обратите внимание! Если вы выбираете проводник для жилого помещения, то сразу должны исключить провода и кабели, выполненные из алюминия. Ведь согласно новых норм ПУЭ от 2001 года, такой материал в электропроводках жилых зданий запрещен.

• Но эти таблицы можно применять для не самых мощных линий. При расчётах межсистемных высоковольтных линий с напряжением в 330кВ и выше, опираться на эти таблицы нельзя. В этом случае используют таблицу 1.3.36 ПУЭ, которая позволяет выбрать сечение проводников, исходя из экономической плотности тока.

Из этого видео Вы узнаете о требованиях к проводникам.

Использование нагрева материалов при прохождении тока на практике

Но далеко не всегда нагрев проводников электрическим током является негативным фактором. Люди научились применять этот закон и себе на пользу. И примеров такого применения масса. Мы приведем лишь некоторые из них.

• Самым первым и самым распространенным, является применение закона Джоуля-Ленца в электрических печах, нагревателях и фенах. Для этого, в качестве проводника, сознательно устанавливается материал с большим сопротивлением. При протекании через него тока выделяется большое количество тепла, которое потом соответствующим образом используется человеком.
• Еще одним способом применения этого закона, являются теплые полы в вашем доме или греющие кабели, которые применяют в строительстве и канализационных системах. Для них так же сознательно применяется проводник с высоким сопротивлением.

• И даже лампочка «Ильича» отчасти использует этот закон. Только тут материал подбирается не только исходя из сопротивления, но и из яркости свечения в нагретом состоянии.
• Но нагревание электрическим током проводников нашло свое применение и в электроэнергетике. Все вы наверняка сталкивались с предохранителями. Суть данного защитного устройства сводится к тому, что в емкость с условно неизменными параметрами помещают проводник определенного сечения. При протекании через этот проводник тока больше допустимого, он перегорает, и тем самым обесточивает защищаемую сеть.

И это только несколько примеров на скорую руку. На самом деле их на порядок больше. Поэтому нагрев проводников при протекании по ним электрического тока это далеко не всегда «зло».

Вывод

Мы очень надеемся, что теперь вы знаете, как можно объяснить нагревание проводника электрическим током, и понимаете сам процесс. Так же вы должны понимать, с чем связаны определенные ограничения при выборе сечения проводников, и не будет ли слишком велика цена игнорирования этих правил.

Ведь все из них основаны на реальных практических и научных обоснованиях, а электротехника очень жестоко наказывает тех, кто их игнорирует.

Нагревание проводников электрическим током

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 82.

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 82.

Одним из свойств электрического тока является нагрев проводников, по которым он протекает. Этот эффект был замечен многими исследователями, но его понимание пришло только выяснения механизма взаимодействия заряженных частиц с атомами и молекулами проводников. Нагрев приводит к выделению тепла и повышению температуры, а количество выделяемого тепла можно рассчитать с помощью формулы закона Джоуля-Ленца.

Почему нагреваются проводники

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В проводниках этими частицами выступают отрицательно заряженные электроны. Воздействие электрического поля сообщает электронам дополнительную кинетическую энергию. В процессе движения они сталкиваются с атомами (или молекулами) проводника, отдавая часть приобретенной энергии. По этой причине начинает увеличиваться внутренняя энергия вещества, что приводит к повышению температуры и выделению тепла.

Если взять обычную лампочку накаливания и подключить ее к источнику напряжения через реостат (переменное сопротивление), то можно наблюдать тепловой эффект от протекания тока. Постепенно увеличивая ток, мы можем сначала на ощупь почувствовать, что стеклянная колба лампочки постепенно начнет нагреваться, а затем увидим, как начинает светиться раскаленная нить накаливания.

Заметим, что в этом эксперименте подводящие провода сильно не нагреваются и не светятся. Это происходит потому, что сопротивление нити накаливания намного больше сопротивления подводящих проводов .

Закон Джоуля-Ленца

На основании этого и других экспериментов можно сделать следующие предположения:

• чем больше сопротивление, тем сильнее нагреваются проводники. То есть количество теплоты Q, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, прямо пропорционально величине сопротивления проводника R;
• чем больше сила тока, тем большее количества тепла выделяется. При возрастании тока большее количество частиц проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени, то есть число столкновений возрастает, а значит больше энергии передается атомам проводника.

Формулу для вычисления количества тепла получили независимо друг от друга в 1842 г. английский физик Джеймс Джоуль и российский ученый Эмилий Ленц:

Q — количество теплоты, Дж;

Согласно закону Ома:

где U — напряжение, В.

Пользуясь этой формулой, закон Джоуля-Ленца может быть представлен еще в одном варианте, когда известно напряжение на участке проводника, а сила тока неизвестна:

Формулы закона Джоуля-Ленца справедливы тогда, когда работа, совершаемая электрическим током идет исключительно на нагревание. Если в цепи есть потребление энергии на выполнение механической работы (электродвигатель) или на совершение химических реакций (электролит), то для расчета необходимо применять другие формулы.

Плюсы и минусы от нагрева электрическим током

• Плюсы. Нагревание проводников электрическим током находит свое применение в различных полезных приборах и устройствах: электроплитах, чайниках, кофеварках, кипятильниках, фенах, утюгах, обогревателях.
• Минусы. Очень часто инженерам-электронщикам приходится бороться с этим эффектом для того, чтобы, например, обеспечить работоспособность электронных плат, которые напичканы огромным количеством электронных деталей, микросхем и т.д. Все эти элементы греются в соответствие с законом Джоуля-Ленца. И если не предпринять меры для принудительного охлаждения с помощью металлических радиаторов или вентиляторов (кулеров), то платы быстро выйдут из строя от перегрева.

Рис. 2. Бытовые нагревательные приборы: чайник, утюг, фен, электроплита.

Часто для быстрого соединения проводов многие пользуются способом “скрутки”. Это приводит к значительному увеличению сопротивления, а следовательно, место “скрутки” будет греться сильнее, чем остальная часть проводки. Поэтому скрутка проводов часто бывает причиной пожаров в домах и квартирах. Для улучшения контакта требуется хорошо пропаять это место.

Что мы узнали?

Итак, мы поговорили кратко о нагревании проводников электрическим током. Нагрев проводников происходит из-за того, что электроны, движущиеся упорядоченно с определенной скоростью, сталкиваются с атомами вещества и отдают часть своей энергии, которая переходит в тепло. Количество тепла можно определить, применив формулу Джоуля-Ленца.

Причины и способы устранения нагрева кабелей

Нагрев силовых проводов – частая причина пожаров не только на производстве, но и в квартире. Большая температура токопроводящей жилы приводит к расплавленной изоляции, и как следствие – к открытому источнику огня. Если вы заметили, что греется кабель, то устранить причину его нагрева следует немедленно. В определении такой причины и приведению бытового прибора к надлежащему уровню электробезопасности поможет эта статья.

Основные причины нагрева кабелей и проводов

Чтобы понять причину нагрева электрической проводки, необходимо вспомнить азы электротехники. Электрический ток – это упорядоченное движение свободных электронов, на пути которых возникают другие атомы вещества. Определённое количество таких атомов называется электрическим сопротивлением. При слишком большом сопротивлении, увеличивается температура материала.

Пример надёжно затянутых проводов

Данный принцип успешно применяется, например, в водонагревателях. В других бытовых приборах или электрической сети необходимо наоборот, снизить нагрев проводников – довести его до номинального уровня.

Основные причины нагрева кабелей и проводов:

• Главная причина, почему происходит нагрев провода – это выбор его неправильного сечения. При выборе малого сечения проводов, что преследует практически всех горе-электриков, и неизменной силе тока, происходит быстрое повышение температуры кабеля. Такой же принцип в водопроводных трубах – чем больше диаметр, тем больший напор воды.
• Перегрев линии возникает при неправильном монтаже. Например, незначительное короткое замыкание, на которое не срабатывает автоматический выключатель с завышенными номинальными параметрами. Автомат не размыкает линию – кабель продолжает греться, и через некоторое время прогорает.
• Некачественное место соединения или окисление контактов. Очень быстро окисляются алюминиевые провода, места соединения которых следует проверять чаще медных. Чтобы не беспокоиться за качество скрутки, лучше воспользоваться специальными клеммниками или тщательно пропаять кабели.
• Использование кабеля или провода низкого качества. Сейчас рынок электротехники стремительно наполняется продукцией из Кореи и Китая, качество которой оставляет желать лучшего. Такой кабель, даже при правильном монтаже, сам по себе может стать причиной нагрева и возгорания.

Способы устранения проблемы

Если вы заметили греющий кабель, то необходимо знать, как можно решить данную проблему. Существует несколько популярных способов определения неисправности и её устранения.

Бытовая техника

Бытовая техника – это основная причина перегрева электрической сети. Чрезмерный нагрев проводников происходит из-за большой мощности потребителя и не рассчитанного на такую мощность кабеля. Но если причина не в этом, то простая последовательность поможет быстро найти и устранить неисправность.

1. Проверьте, по всей ли длине кабель одинаково нагрет, или большая температура наблюдается в одном месте. Частая проблема – плохой электрический контакт вилки и кабеля, идущего к бытовому прибору.

Как устранить:

• Необходимо выкрутить болты крепления корпуса вилки и снять верхнюю крышку.
• Послабить контакты крепления проводов и достать провода.
• Зачистить провода и места контактов – устранить все препятствия на пути прохождения электрического тока. Затем уложить провода на своё место и тщательно затянуть болты.
• Окончательный этап – сборка крышки.

1. Плохой контакт кабеля на входе бытового прибора. Если вилка цела, качество контактов на должном уровне, а провод греется с другой стороны, то следует проверить распредкоробку (или как её называют – клеммную коробку) бытового прибора.

Как устранить:

• Выкрутить 4 болта крепления верхней крышки клеммной коробки и снять саму крышку. Под ней размещена клеммная колодка, в которой выполнен прямой контакт входного провода и провода бытового прибора.
• Колодку следует открутить, достать провода и зачистить их, а также места крепления колодки. Для зачистки удобно использовать небольшой надфиль или мелкозернистую наждачную бумагу.
• После зачистки, кабели установить в клеммную колодку, затянуть болтами и поставить на своё место крышку.

1. Если кабель греется по всей длине, а розетка рассчитана на допустимый ток бытового прибора, то причина только одна — низкое качество кабеля. Такой проводник следует заменить.

Электропроводка

Излишнее нагревание проводов в домашней электропроводке сопровождается запахом горелой изоляции и приводит к неправильной работе бытовой техники. В некоторых случаях возможен даже выход из строя электрических приборов.

Последовательность определения неисправности:

1. Основной проблемой может быть место подключения силовых кабелей в квартирном щитке. Обычно входной кабель крепят к медной шине, от которой пойдут провода дальше в квартиру. Ослабленный контакт на шине приводит к постепенному нагреву кабеля, также возможно искрение. Достаточно зачистить провод и немного подтянуть контакты.

Важно! Многожильные медные провода необходимо сначала опрессовать гильзой, после чего наконечник закрепить на шине с помощью болтового соединения.

1. Ещё одна причина повышения температуры проводника – слабый контакт на автоматическом выключателе или его неисправность. Высокий номинал автомата приводит к постепенному нагреву кабелей, оплавлению изоляции и его возгоранию. Достаточно включить несколько мощных бытовых приборов, например, стиральную машину и бойлер, при неработающем автомате, и результат не заставит себя долго ждать. Плохой контакт проводника и автоматического выключателя
2. Распределительная коробка – одно из самых небезопасных мест электромонтажа. Одна недожатая скрутка приводит к сгоревшей изоляции и возможному короткому замыканию. Поэтому все соединения в распределительных коробках лучше выполнять, используя медные клеммники.

Удлинители

Главный совет – не используйте удлинители, намотанные на катушку. Во-первых, для таких изделий часто используют кабель недостаточного сечения, например, 0.75 см 2 . На нормальном удлинителе сечение провода должно составлять не менее 1.5 см 2 . Во-вторых, проводник, намотанный на катушку, становится катушкой индуктивности, что приводит к его скорому выходу из строя.

«Прозвонка» удлинителя на короткое замыкание

Если после включения в удлинитель бытового прибора, повышается температура жил переноски, то начать следует с вилки – проверить качество контактов. Потом перейти к розетке удлинителя и проверить надёжность соединения там. Если контакты в хорошем состоянии с обеих сторон удлинителя – тогда необходимо только менять кабель.

А если греется нулевой провод?

Редкий случай, когда начинает нагреваться нулевой провод в электрическом щитке. Например, при недавней прокладке резистивного кабеля для обогрева пола в квартире. Следует знать, что на нулевом проводнике нет опасного для жизни потенциала, а его температура должна быть в пределах комнатной, но никак не выше.

Что может стать причиной такого нагрева?

1. При неравномерном распределении токов. Это означает, что на рабочем ноле сила тока превышает ток, который проходит по фазам. Саморегулирующиеся кабеля, которые используют для обогрева труб, из-за своей мощности приводят к такому результату. При этом ноль может не только перегреваться, но и отгореть.
2. Плохой контакт нулевого провода с нулевой шиной. Сопровождается неприятным потрескивающим звуком и искрением. Достаточно подтянуть контакт или проверить ближайшее место скрутки и проблема будет устранена.
3. Подключение электрических приборов, напрямую влияющих на частоту. Это: индукционные печи, импульсные потребители, нагревательные кабели, источники освещения на основе светодиодов и др.

Последствия некачественного контакта нулевого провода

Заключение

Вышеперечисленные неисправности часто являются последствием одной проблемы – плохого контакта. Конечно, существуют и другие причины: низкое качество кабеля, несоответствие автоматического выключателя, старая проводка и многое другое. Но самое распространённое, это контакт, который оказывает препятствие проходящей по проводнику электрической энергии.

Чтобы избежать последствий чрезмерного нагрева кабеля, необходимо периодически проверять соединения в электрощитовых и распределительных коробках, по мере необходимости – подтягивать или дожимать скрутки, или клеммные колодки.

Почему греется проводка?

Многие сталкивались с ситуацией, когда электрический кабель (провод) нагревается. Нагрев провода в течение длительного времени- весьма нежелательное явление. Он (нагрев) вызывает разрушение изоляции, что чревато коротким замыканием возникновением пожаров. Кабели могут греться не только в старых домах с изношенной проводкой. Даже при подключении новых электроустановок (электроприборов) случается значительный прогрев в проводах. И так, давайте разберёмся, почему же происходит нагрев проводов и как с этого избежать..

Почему происходит нагрев проводника?

Провод (проводник) имеет электрическое сопротивление. Ток пробегая по проводнику преодолевает это сопротивление. Чем больше сопротивление проводника, тем «труднее пройти через него току». Нужно отметить, что электроны в процессе движения по проводнику сталкиваются с атомами вещества (проводника). В результате множественных столкновений выделяется тепло — провод разогревается. А с повышением температуры провода его сопротивление возрастает. Тут можно вспомнить Джоуля-Ленса (он это явление описал первым и вывел закон имени себя).

Как избежать нагрева провода?

Сначала выясняем греется весь кабель или же отдельный его участок (чаще в местах соединений, например в розетке или вилке.) И, если кабель греется целиком, то вернее всего причина кроется в превышении силы тока для данного сечения провода. Провод в данном случае не справляется с конкретной нагрузкой. В старых домах проводка была расчитана по потребностям электроприборов прошлого века. Решение проблемы в старом фонде; – уменьшить количество потребителей (включать по очереди мощные), либо заменить электропроводку на медную необходимого сечения. Для квартиры стандартным сечением кабеля считается 2,5 кв.мм (брать только ГОСТ!)на розеточные группы – максимальная мощность нагрузки 4,5 кВт при закрытой проводке и 1,5 кв.мм на освещение.

Если провод греется в какой-то конкретной части, чаще всего в контактном соединении, то причина кроется в плохом контакте. Если соединяются медный и алюминиевый провод, то важно помнить, что по причине явления электролиза, эти два вида проводов запрещается соединять обычной скруткой, т.е. с прямым контактом двух металлов. Если нет возможности проложить медную проводку, то соединение выполняются через специальные клеммники, типа WAGO,ещё через так называемые»орехи», либо болтовое соединение используя шайбы между жилами проводов. В случае нагрева розетки или вилки вскройте розетку, протяните контакты, или замените розетку при необходимости. Помните что современные розетки и вилки (тройники) имеют диаметр штыря (гнезда) 4.8мм, а штыри вилок старого образца (времен СССР) имеют диаметр 4мм и расчитаны были зачастую на ток 6А. Если вставить в современную розетку вилку старого образца, то она будет прилегать в розетке с зазором, в результате, через время можете получить возгарание ..

Что делать если греется удлинитель?

(Выбросьте удлинитель) Не рекомендуется использовать (китайский) удлинитель для мощной нагрузки, особенно если он имеет большую длину и небольшое сечение жил, как правило 0,75 кв.мм. Длинный удлинитель с тонкими жилами имеет некоторое сопротивление, из-за этого на нем происходит небольшое падение напряжения, которое выделяется в виде тепла. Чем меньше длинна кабеля и чем больше сечение провода, тем меньше его сопротивление. Электрический удлинитель нужно выбирать исходя из мощности потребителя. Длина кабеля и сечение бывают разные, будьте внимательны при выборе! Может купить все необходимые детали в специализированном магазине электрики и сделать удлинитель самостоятельно (или обратитесь к электрику за помощью, телефон знаете где взять).

Почему нагреваются кабели и провода во время работы?

Электромонтажные работы отличаются высокими рисками. Именно поэтому необходимо знать и учитывать все важные факторы, влияющие на безопасность. В их число входит сильный нагрев проводов при эксплуатации. Данная особенность присуща всем проводам и кабелям. Кроме того, от нее зависит определение правил монтажа электропроводки и дальнейшее подключение потребителей энергии к сети. Нагрев кабеля также влияет на выбор определенной марки кабельно-проводниковой продукции и на предельную величину подключаемой нагрузки. Для того, чтобы узнать степень нагрева проводов, необходимо разобраться в причине данного явления .

Главная причина нагрева кабельно-проводниковой продукции – природа электрического тока. Ведь движение заряженных электронов по проводнику осуществляется под действием электрического поля. Кроме того, передвигаясь, электронам необходимо преодолеть кристаллическую решетку металлов, отличающуюся очень прочными молекулярными соединениями. Именно поэтому и выделяется довольно большое количество тепла, ведь происходит преобразование электрической энергии в тепловую.

Преобразование электроэнергии в тепло – явление двустороннее, то есть, с одной стороны, данный эффект нежелателен, а с другой, очень полезен.

Положительная сторона заключается в возможности применения электрической энергии для нагрева в абсолютно любом оборудовании (от простого бытового чайника до промышленных печей). По такому же принципу происходит работа любой светотехники.

Главный минус данного явления заключается в повышенном уровне опасности, поскольку сильный нагрев нередко приводит к серьезным последствиям. Помимо этого, сильное повышение температуры обмоток трансформаторов, электрических двигателей и иной техники приводит к снижению эффективности использования. В случае превышения максимального показателя нагрева происходит сбой в функционировании оборудования и в дальнейшем его выход из строя.

Самые опасные ситуации возникают тогда, когда сильно превышается температура тех кабелей и проводов, что применяются для подключения к электросети различных потребителей (проводка в жилом помещении, кабельно-проводниковая продукция для присоединения к сети производственной техники). Значительное превышение температуры нагрева изолированного кабеля чревато возгоранием изоляционного материала либо его оплавлением, которое в дальнейшем станет причиной коротких замыканий. В подобных ситуациях вероятность воспламенения напрямую зависит от применяемых защитных устройств.

Следовательно, явление нагревания кабельно-проводниковой продукции является одним из основных факторов возникновения пожаров. То есть, короткие замыкания – это главная причина львиной доли всех случающихся в жилых и административных зданиях воспламенений.

Стоит отметить, что нагревание в течение долгого времени изменяет механические свойства металла. Именно поэтому случаются такие ситуации, например, как обрыв проводов ЛЭП, что приводит и к большим финансовым потерям, и к возникновению серьезной опасности для жизни человека.

При эксплуатации той или иной кабельно-проводниковой продукции стоит помнить о предельно допустимой температуре нагрева, соответствующей конкретной марке. Данный температурный показатель напрямую связан со свойствами материала, из которого изготавливается изоляция. Например, провод с резиновой изоляцией не должен нагреваться выше 50-65 С , с изоляцией из бумаги – максимум 80 С , а с изоляцией из высокотехнологичных новейших полимеров температура нагрева достигает 100 С . Точные свойства каждого кабеля или провода указываются непосредственно компанией-производителем.

Избежать перегрева и дальнейшего воспламенения поможет только правильный выбор кабеля для конкретной ситуации с учетом всех ее особенностей и нюансов. Для осуществления правильного выбора важно учитывать все факторы, которые влияют на степень нагрева того или иного кабеля. В этом помогут простые формулы, известные всем еще со школьных уроков физики:

Q= I 2 Rt – главная формула, описывающая процесс преобразования электроэнергии в тепло (закон Джоуля-Ленца), где Q – количество тепла, которое выделяется в процессе прохождения тока по проводнику, I – сила тока, R – сопротивление проводника, t – время, за которое электрический ток идет по проводнику.

Исходя из формулы, видно, что нагрев провода увеличивается одновременно с возрастанием нагрузки и показателя сопротивления. Стоит отметить, что количество выделяемой теплоты прямо пропорционально времени прохождения электрического тока. А скорость нагрева напрямую зависима от действующей электрической мощности. Последняя, в свою очередь, определяется произведением напряжения и силы тока, т.е. P=UI . Таким образом, мощность подключенных к кабелю потребителей напрямую влияет на силу и интенсивность его нагрева.

Данные формулы, а именно Q= I 2 Rt и P=U I , помогают узнать точные параметры, которые возможно изменять, управляя величиной и скоростью нагрева проводов.

Необходимо знать, что величина силы тока зависима от номинального показателя мощности подсоединенных проводников в совокупности. Данное значение служит основой при важных расчетах. Главным изменяющимся параметром является сопротивление, величина которого определяется свойствами металла проводника и сечением кабеля. Следовательно, сечение должно определяться на основе мощности. Именно это способно уменьшить электрическое сопротивление кабелей и, следовательно, снизить температуру нагрева до допустимой.

Выбирая сечение кабельно-проводниковой продукции необходимо помнить не только о безопасности работы электрической сети, а также об экономии. Таким образом, кабели и провода с наибольшим сечением требуют больших неоправданных расходов. Но в ситуации возможного подключения к сети дополнительных приборов в будущем желательно, чтобы кабель был с наибольшим сечением.

Для правильного определения необходимого сечения нужно рассчитать максимальный показатель потребляемого тока следующим путем: нужно разделить общую номинальную мощность всех потребителей на показатель напряжения.

Т орговая сеть “Планета Электрика” обладает очень широким ассортиментом кабельно-проводниковой продукци и , с которым Вы можете более подробно ознакомиться на нашем сайте .