Все проводники при прохождении по ним электрического тока нагреваются и отдают тепло окружающей среде (воздуху, жидкости, твердому телу). Температура нагрева проводника будет повышаться до тех пор, пока количество тепла, получаемое проводником, не станет равным количеству тепла, отдаваемому проводником окружающей среде. Температура нагрева проводника зависит от тока в проводнике, сечения и материала проводника и условий охлаждения. При заданных токе и материале проводника температура нагрева не зависит от его длины, так как чем больше длина, тем больше поверхность охлаждения.
Если выбрать проводник из определенного материала и поместить его в определенные условия охлаждения, то нагрев такого проводника током будет больше, чем больше плотность тока в самом проводнике.
В целях экономии материала стараются пропустить по проводнику наибольший ток, но для каждого проводника существует температура, выше который проводник нельзя нагревать по ряду причин. Так, например, проводники, имеющие в качестве изоляции резину и хлопчатобумажную оплетку, в целях предохранения изоляции от порчи не должны нагреваться выше 50 °С. Поэтому в зависимости от сечения проводники выбирают на определенную плотность тока. Например, наибольшая допустимая плотность тока для изолированных проводов и кабелей, проложенных не в земле, в зависимости от сечения, показана в таблице 1.
Таблица 1
Допустимая плотность тока для изолированных медных проводов
| Сечение в мм² | Ток в А | Плотность тока в А/мм² | Сечение в мм² | Ток в А | Плотность тока в А/мм² | |
| 0,75 1 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 | 13 15 20 27 36 46 68 92 123 152 | 17,4 15,0 13,3 10,8 9,0 7,7 6,8 5,7 4,9 4,3 | 50 70 95 120 150 185 240 300 400 | 192 242 292 342 392 450 532 614 737 | 3,8 3,5 3,1 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 |
Как видно из таблицы, плотность тока с увеличением сечения проводников уменьшается. Это объясняется тем, что проводники небольших сечений, нагреваясь отдают свое тепло окружающей среде, в то время как внутренние слои проводника большого сечения, нагреваясь, свое тепло могут передавать только соседним слоям проводника, которые сами уже нагреты.
Неизолированные ("голые") провода благодаря лучшему охлаждению допускают большие величины плотности тока (таблица 2).
Таблица 2
Допустимая плотность тока для изолированных проводов
| Сечение в мм² | В закрытом помещении | На воздухе | ||
| ток в А | плотность тока в А/мм² | ток в А | плотность тока в А/мм² | |
| 4 6 10 16 25 35 50 70 95 | 57 73 103 130 165 210 265 340 410 | 14,2 12,2 10,3 8,1 6,6 6,0 5,3 4,8 4,3 | 58 76 108 150 205 270 335 425 510 | 14,5 12,6 10,8 9,4 8,2 7,7 6,7 6,1 5,4 |
Следует отметить, что если медный изолированный провод сечением 25 мм² допускает ток 123 А, то сечение алюминиевого провода при том же токе нужно брать не 25 мм², а в 1,5 раза больше, так как иначе провод будет перегреваться вследствие большого удельного сопротивления алюминия.
Энергия электрического тока, расходуемая на нагревание проводов, теряется бесполезно. Поэтому при расчете проводов тепловые потери стараются свести не более чем к 5 – 10 % от всей энергии.
Но не всегда нагрев проводника является нежелательным. Тепловые действия электрического тока имеют многочисленное практическое применение, и тепло, выделяемое током, проходящим по проводнику, часто стараются получить в большом количестве. В следующих статьях описаны некоторые случаи практического применения тепловых действий тока.
Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560с.