|
| |
|
Слаботочка Книги 0,01 измеренные из осциллограммы значения преддугового джоулева интеграла в момент появления екачка напряжения на предохранителе оказываются в 3-10 раз меньше фактического. Более точный метод предложен в [4.5]. При анализе работы плавкого элемента быстродействующих предохранителей различных типов он позволяет разбить процесс дугогашения на две отдельные стадии, при которых вольт-секундная характеристика дуги количественно согласуется с идеальной - прямоугольной формы. На первой стадии - стадии роста напряжения на дуге - Должен произойти скачок этого напряжения. Этому способствует быстрое формирование фронта напряжения на дуге, обусловленное расплавлением лишь перешейков плавкого элемента, масса которых на один-два порядка меньше массы его ffffiffj широкой части. Далее про- цесс дугогашения переходит во вторую стадию - стадию выгорания массивной широкой части плавкого элемента. Обе стадии дугогашения иллюстрируются рис. 4.10, где показано изменение сопротивления дуги предохранителя се- рии ПП59 в процессе коммутации контура с /к= = 100 кА. Значение R получено делением напряжения дуги на ток через предохранитель, которые зафиксированы на осциллограмме с помощью электронного осциллографа с запоминанием, обеспечивающего высокую точность процесса регистрации. В исходном холодном состоянии перед началом испытаний /?д=0,0003 Ом. Преддуговой нагрев предохранителя длится в течение времени /пред, определяемого номинальным током предохранителя, т. е. сечением перешейков. Стадия роста напряжения на дуге длится в течение времени и составляет несколько десятков микросекунд. На этой стадии перешейки расплавились и сформировалась дуга, в результате чего . сопротивление предохранителя по сравнению с холодным состоянием выросло более чем в 3000 раз. Стадия вы- 0,001 0,01 0,1 1,0 10 Рис. 4.10. Изменение сопротивления дуги в процессе коммутации горания продолжается в течение времени 2, составляющего несколько миллисекунд, и длится от момента достижения напряжением дуги максимума и до момента спадания тока до нуля (отключения цепи). Таким образом, весьма кратковременное формирование скачка напряжения на дуге и определяет момент повышения напряжения на предохранителе от нуля до напряжения, равного по меньшей мере напряжению сети, и, значит, момент изменения знака производной кривой тока (фактически это момент достижения максимума тока). Исходя из приведенных рассуждений рационально измерять преддуговой джоулев интеграл по моменту достижения максимума тока. В этом случае погрешность измерения снижается до несколь-t ких процентов. На осцилло-Рис. 4.11. Осциллограмма от- грамме отключения тока КЗ ключения предохранителем ава- предохранителем типа ПП59 рийного тока (рис. 4.11) показаны практи- чески совпадающие друг с другом моменты появления скачка напряжения на дуге и достижения током своего максимума (момент начала спадания тока). 4.3. Материалы плавких элементов В настоящее время для изготовления плавких элементов быстродействующих предохранителей применяется в основном серебро, предохранителей общепромышленного назначения с наполнителем-серебро и медь. В связи с дефицитом серебра и его высокой стоимостью работы по его замене проводятся последние десятилетия во многих странах и по различным направлениям, однако радикальное решение пока не найдено. За 1979 г. в мире безвозвратно потеряно 3375 т серебра (около 25 % добычи), причем значительная часть этого количества падает на низковольтную аппаратуру. В капиталистических странах ежегодный дефицит серебра составляет 5000 т при объеме потребления 13 500 т. В ФРГ потребление серебра только в низковольтной аппаратуре составляет 200 т в год. Соответственно высоко потребление серебра другими высокоразвитыми странами, в том числе СССР и США. в табл. 4.4 приведены физические свойства некоторых основных токопроводящих материалов, приемлемых для изготовления плавких элементов. Одной из первых в мире исследованием быстродействующих предохранителей на основе алюминия занялась фирма Laur Knudsen (Дания), однако до промышленной реализации таких изделий дело не дошло. В [4.6] описаны плавкие элементы из кадмия, являющегося побочным продуктом при очистке цинка и не представляющего собой дефицитного материала. Большое сечение перешейков, необходимое для компенсации высокого электрического сопротивления кадмия, требует большой энергии для их расплавления. Однако это компенсируется существенно более низкой температурой плавления кадмия по сравнению с серебром. По данным [4.6], применение кадмия позволило уменьшить габаритные размеры предохранителей на 20--25 % • При этом, однако, существуют проблемы, связанные с токсичностью технологических процессов обработки кадмия. Проводятся исследования и по созданию новых сплавов, например сплава алюминий - кадмий и алюминий - медь. Расчеты показывают [4.13], что введение в медь алюминия в количестве, достаточном для образования его оксида на поверхности, должно уменьшить скорость окисления сплава более чем в 8000 раз. Однако эксперименты показали замедление окисления лишь в 36 раз при использовании стандартной технологии.получения сплава. При применении специальной технологии сплав на основе 95 % Си+б % А1 должен обеспечить защиту от окисления в воздухе при температуре до 800 °С. В Японии разработан специальный эвтектический сплав золото - кремний с содержанием кремния 3,12% и температурой плавления 360 °С, обеспечивающий высокую циклическую стойкость предохранителей и надежность при отключении малых аварийных токов. Влияние механических напряжений и эффекта старения в плавких элементах из этого сплава сведено к минимуму, и срабатывание предохранителя происходит только при достижении точки плавления. В предохранителях на напряжение 660 В, токи до .630 А фирмы Brush Fusegear (Великобритания) применены медные плавкие элементы с серебрением поверхности. В условиях эксплуатации такие элементы не уступают серебряным. Известны и другие сочетания серебряных и медных участков плавкого элемента. В Японии 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 [40] 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
|||||||||||||||||||||||||