Debitul de curent electric prin conductor îl face să se încălzească. Cantitatea de căldură eliberată atunci când curentul trece prin conductor va fi proporțional cu pătratul curentului, rezistența conductorului și timpul de curgere:
Unde: Q - cantitatea de căldură eliberată, J;
I este valoarea curentului care curge, A;
R - rezistența conductorului, Ohm;
t - timpul de lucru;
În procesul de generare a căldurii, temperatura sârmei sau a cablului va depăși temperatura ambiantă. În consecință, procesul de eliberare a căldurii prin sârmă în mediul înconjurător va începe. Acest proces va continua până la începutul echilibrului termic - când cantitatea de căldură furnizată mediului prin cablu devine egală cu cantitatea de căldură primită de la curentul electric. În acest caz, creșterea temperaturii sârmei sau a cablului nu va mai avea loc.
Temperatura la care se produce echilibrul termic se numește constantă sau nominală. În practică, se folosește adesea noțiunea de temperatură de supraîncălzire, care este egală cu diferența de temperatură dintre fir și mediu:
Temperaturile excesiv de mari ale firelor și cablurilor conduc la uscarea prematură a izolației și conductorii fără izolație la oxidarea accelerată a contactelor de conectare și, ca urmare, diminuează conductivitatea. În plus, supraîncălzirea care depășește valorile admise poate duce la incendii. Prin urmare, în PUE sunt setate următoarele temperaturi maxime admisibile ale firelor și cablurilor:
Temperatura conductorului va atinge valoarea sa constantă nu instantaneu, ci după o anumită perioadă de timp după pornire.
Legea variației valorii încălzirii unui conductor poate fi exprimată prin următoarea formulă:
Unde: tust - supraîncălzire la o anumită sarcină curentă, 0 C;
e este baza logaritmilor naturali (e = 2,71);
T este constanta de timp de încălzire, adică timpul pentru care conductorul ar putea să atingă o supraîncălzire la starea de echilibru, în cazul în care nu s-ar elimina căldura în mediul înconjurător;
În consecință, după ce conductorul este deconectat de la rețea, începe procesul de răcire a acestuia la temperatura ambiantă. Acest proces poate fi descris prin ecuația:
Mai jos sunt graficele de încălzire și răcire τ = f (t):
Valorile constantelor de timp de încălzire depind direct de tipul cablajului, de materialul conductorului, de izolația acestuia și de secțiunea transversală. Constantele timpului de încălzire sunt determinate experimental.
Formulele de mai sus ne permit să determinăm timpul în care supraîncălzirea conductorului atinge o valoare predeterminată.
În cazul în care există o sarcină variabilă, se poate folosi una dintre metode și se poate considera că procesul de încălzire este o sumă de două procese - încălzirea de la τ = 0 la căldură și răcire de la τ0 la τ = 0, adică:
Această formulă este aplicabilă pentru calcularea firelor și cablurilor cu sarcini variabile.
Curbele de supraîncălzire pentru acest caz sunt prezentate mai jos:
