|
| |
|
Слаботочка Книги от момента достижения нулевого значения. В этом случае цепь отключалась другим защитным аппаратом. Энергия, рассеиваемая в предохранителе до пробоя, на 20-40% ниже, чем при коммутации переменного тока. Возникновение вторичного пробоя в предохранителях с элементами из алюминия объясняется образованием при описанных реакциях оксида алюминия, который под действием постоянного приложенного напряжения и высокой температуры сохраняет достаточно высокую электропроводность. При этом скорость нагрева предохранителя от протекания остаточного тока выше, чем скорость охлаждения, обусловленная теплопроводностью оксида алюминия. В связи с этим для применения алюминиевых плавких элементов на постоянном токе необходимо дополнительное увеличение их длины на 15-20 % или снижение рабочего напряжения примерно на такое же значение. Активное взаимодействие алюминия с наполнителем на постоянном токе может стать причиной и того, что габаритным размерам предохранителя, например, на номинальный ток 400 А с серебряными плавкими элементами будут соответствовать габаритные размеры предохранителя на 300 А с плавкими элементами из алюминия. Исследования свидетельствуют о высокой чувствительности алюминия к любому виду циклических воздействий. Например, образцы быстродействующих предохранителей на /ном=400 А с алюминиевыми плавкими элементами обеспечивают нормальную работу в длительном режиме, но не выдерживают циклическую нагрузку на тот же номинальный ток согласно рекомендациям МЭК 269-4 (18 мин под током, 18 мин пауза), расплавляясь через 89-127 таких циклов. Образцы на /ном= =800 А выдерживали всего лишь 52-55 таких циклов, хотя падение напряжения и превышение температуры выводов в номинальном режиме были в допустимых пределах. При испытаниях на старение (8 ч под постоянной нагрузкой номинальным током, 16 ч бестоковая пауза) предохранители с плавкими элементами из алюминия выдерживали лишь 31-33 цикла (около 260 ч), что значительно меньше аналогичных показателей у предохранителей с серебряными плавкими элементами. Вместе с тем предохранители общепромышленного назначения типа ПП31, в которых плотность номинального тока в алюминиевых плавких элементах в 6-8 раз меньше, чем в быстродействующих предохранителях, надежно выдержали трехлетние испытания в режиме старения. В общем можно считать, что если два предохранителя с плавкими элементами из серебра и алюминия имеют один и тот же номинальный ток по параметрам стационарного режима (превышение температуры на выводах и потери мощности у них одинаковые), то их циклическая стойкость (выраженная, например, в часах работы в заданном режиме) будет одинаковой в том случае, если ток предохранителя с плавкими элементами из алюминия будет снижен на 10-20 %. Еще одной особенностью алюминия как материала плавкого элемента является сложность отключения предохранителем малых аварийных токов (2,33,5)/ном. Это обусловлено тем, что в течение некоторого времени тугоплавкая оксидная оболочка препятствует полному расплавлению и испарению перешейков. Количество теплоты, выделяемой при прохождении таких малых токов, недостаточно для быстрого разрушения этой оболочки. Медь считают одним из самых перспективных материалов для замены серебра в плавких элементах быстродействующих предохранителей. В настоящее время ежегодная мировая добыча меди превышает 10 млн. т, т. е. на три порядка выше добычи серебра. Медь дешевле серебра по меньшей мере в 300 раз и близка к . нему по своим электрофизическим свойствам. Удельное электрическое сопротивление меди на 5-6 % выше, чем у серебра, что легко компенсируется увеличением сечения плавких элементов. Температурные коэффициенты меди и серебра довольно близки и в диапазоне температур О-100°С равны соответственно 17 и 19-10-6°C-i Модуль упругости меди в 1,3 раза выше, чем у серебра, что неблагоприятно для циклического режима работы предохранителя. Теплопроводность меди примерно на 6 % меньше, чем у серебра, а температура плавления более чем на 120 °С выше. Механические свойства меди при нормальной температуре следующие: ав=225-10б Па; 6=60%; НВ=45. При высокой температуре прочность меди выше, чем у серебра и алюминия. Предел прочности при высокой температуре, 10 Па Температура, "С Медь Серебро 300..................... 186,50 117.6 500. .................... 120,55 88.2 600................... 73.20 58.8 Медь не является химически активным элементом, и скорость ее коррозии при нормальной температуре мала. На практике антикоррозионные свойства меди в значительной степени определяются прочностью защитной оксидной пленки, замедляющей дальнейшее разрушение металла при воздействии коррозии. При нагревании свыше 180 °С медь окисляется, и при температуре до 300 °С оксидная пленка состоит почти исключительно из оксида меди СиО - вещества черного цвета, легко образующегося при накаливании меди на воздухе. При температуре свыше 300 °С под слоем оксида СиО образуется слой закиси меди СпгО - вещества красного цвета, содержание которого возрастает по мере нагрева; при высокой температуре почти вся пленка состоит из СпгО. При химической реакции 2Cu+02=2CuO или 2Си-- -\- -02==Cu20 для полного окисления 1 г меди необходимо 0,17 л кислорода. При этом выделяется энергия, равная 168 кДж/моль, что значительно меньше, чем для алюминия, но гораздо больше, чем для серебра. Масса плавких элементов быстродействующих предохранителей ПП57, ПП59, ПП60 составляет 10-30 г и содержит не более 1-2 % кислорода, необходимого для окисления всего плавкого элемента. Тем не менее необходимо учитывать опасность коррозии перешейков в таких предохранителях. Это связано с тем, что масса перешейков в 10-20 раз меньше массы плавкого элемента, а температура намного выше, благодаря чему для их окисления достаточно весьма малого количества кислорода. Интенсивность окисления меди иллюстрируется рис. 4.13, где показаны кинетические кривые для температуры 600- 1200 °С. Интенсивность окисления выражена в увеличении массы Am оксида на единицу поверхности S меди. Сравнение рис. 4.13 с рис. 4.12 подтверждает меньшую стойкость меди к высокотемпературной коррозии по сравнению с алюминием. В [4.7] приводятся данные о том, что циклическая стойкость меди в вакууме на порядок выше, чем в воздушной среде (у золота такого рода различия не обнаружены). Там же указывается на влияние окружающей среды на медь даже при остаточном . давлении 0,13- 0,013 Па и, значит, чрезвычайно низком содержании кислорода. Оксидные пленки меди обладают достаточной электропроводностью и поэтому не влияют на физические 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 |