Odabir promjera-izlazne šipke i specificirane snage grijaćeg elementa

Snaga električnog grijaćeg elementa obično se određuje temperaturom i vremenom zagrijavanja sustava grijanja. Stoga, nakon što se utvrde snaga i napon, materijal i promjer žice-u šipki moraju ispunjavati zahtjeve dizajna. Ispod je popis relevantnih podataka u vezi s materijalima korištenim za olov-u šipki.

Budući da je grijaći element općenito zabrtvljen RTV silikonom nakon obrade, s otpornošću na temperaturu od približno 250 stupnjeva, maksimalna radna temperatura odabranog olova-u šipki mora biti manja ili jednaka 250 stupnjeva (maksimalna temperaturna otpornost RTV silikona). Kako se može jamčiti ovaj zahtjev?

Ilustrirajmo to primjerom primjene: Razmotrimo električni grijaći element od 220 V 4000 W s olovom od nehrđajućeg čelika-u šipci vanjskog promjera Φ2,6×75 mm. Je li ovaj odabir veličine točan i razuman? Njegovu ispravnost i razumnost možemo utvrditi samo računskim putem.

Rješenje: Uzmite olovnu šipku Φ2,6, duljine 75 mm, što je jednako 0,075 metara.

① Struja koja teče kroz olovnu šipku je:

I=P/U=4000/220 ≈ 18,18 ampera

② Izračunajte vrijednost otpora za duljinu od 75 mm i vanjski promjer od Φ2,6 mm:

Budući da je R=ρ.L/S=0.7 × 0,075/3,142 × 1,32 ≈ 0,01 Ohma

③ Snaga P koja se stvara kada 18,18 ampera teče kroz olovnu šipku od 75 mm je:

P=I²R=18.18² × 0,01 ≈ 3,31 W (tj. snaga generirana olovnom šipkom od 75 mm je 3,31 W)

④ Pri promjeru od 75 mm, površinsko opterećenje koje odgovara Φ2.6 olovu-u šipki je q_štap.

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

⑤ Kada struja od 18,18 ampera teče kroz Φ2.6 kabel od nehrđajućeg čelika-u šipki, ukupna generirana snaga je 3,13 W, a odgovarajuće površinsko opterećenje šipke je 0,54 W/cm². Na temelju odnosa između površinskog opterećenja i odgovarajuće temperature površine cijevi, površinska temperatura ove šipke od nehrđajućeg čelika može se izračunati na približno 200–220 stupnjeva.

Zaključak: kada je promjer olova-u šipki ovog grijaćeg elementa Φ2,6, a struja koja teče kroz njega 18,18 ampera, temperatura olova-u šipki je približno 200–220 stupnjeva, što je niže od normalne temperaturne otpornosti silikonske gume (250 stupnjeva), čime se ispunjavaju projektni zahtjevi. Ako temperatura premašuje normalnu temperaturnu otpornost silikonske gume (250 stupnjeva), silikonska guma je sklona postupnom starenju i pucanju na glavnoj-temperaturi šipke, što rezultira smanjenjem izolacije i električnih performansi. Prekoračenje normalne temperaturne otpornosti također može uzrokovati karbonizaciju silikona, što dovodi do smanjenja izolacije grijaćeg elementa, pa čak i kvara između olovne šipke i vanjskog kućišta zbog karbonizacije silikona.

Za rješavanje gornje situacije, ako temperatura prijeđe 250 stupnjeva, mogu se napraviti sljedeća poboljšanja:

① Ovisno o vanjskom promjeru grijaćeg elementa, ako je Φ veći ili jednak 10 mm, vanjski promjer ili duljina olovne šipke može se odgovarajuće povećati. Ova modifikacija smanjuje otpor po jedinici duljine i smanjuje opterećenje na površini olovne šipke. Iako struja od 18,18 A i dalje teče kroz olovnu šipku, površinska temperatura će pasti na temperaturu koju silikon može podnijeti ili čak nižu.

② Ako je promjer cijevi Φ manji ili jednak 10 mm, a struja je i dalje 18,18 ampera, materijal olovne šipke može se odgovarajuće produžiti ili promijeniti, kao što je upotreba olovne šipke od čistog nikla. Treba napomenuti da iako je otpor željeznih olovnih šipki niži nego kod nehrđajućeg čelika, ne preporučuje se njihova uporaba jer su željezno-olovne šipke sklone oksidaciji, imaju malu čvrstoću i visok kontaktni otpor, što nije poželjno.