|
| |
|
Слаботочка Книги 4/77/9, М г/с  условия работы плавкого элемента, если они образуются во время эксплуатации и имеют хорошую адгезию с его поверхностью. Наиболее высокое качество адгезии оксидной пленки наблюдается при использовании кондиционной бескислородной меди (например, марки Мооб по ГОСТ 859-78 с содержанием кислорода 0,001 %). Обычная электротехническая медь перенасыщена кислородом в твердорастворенном состоянии, и оксидная пленка на ее поверхности не обладает хорошей адгезией. Медь и серебро имеют подобную атомную структуру и образуют эвтектики с оловом, имеющие практически одинаковые температуры плавления 220-230 °С, близкие к точке плавления олова. Использование медных плавких элементов возможно при условии обеспечения надежной защиты их поверхности от воздействий окружающей среды, сохранения целостности оксидной пленки и оптимального выбора номинального режима предохранителя. Надежная защита поверхности медного плавкого элемента от. воздействия среды, в частности от окисления, может быть достигнута путем нанесения покрытия, например, из никеля или металла, имеющего прочную оксидную пленку, например, алюминия. Эффективно использование так называемого твердого наполнителя, сформированного посредством пропитки кварцевого песка жидким связывающим веществом с последующим прокаливанием. Образовавшаяся при этом твердая структура обеспечивает надежную защиту поверхности элемента. Для сохранения целостности оксидной пленки медюго элемента эффективно использование изогнутых плавких элементов. Повышенное по сравнению с серебром удельное элек-. трическое сопротивление меди требует увеличения на 6- 8 % суммарного поперечного сечения плавких элементов для обеспечения заданного теплового режима. Однако более высокое значение константы Мейера у меди (112Х ХЮ А2.С/ММ*) по сравнению с серебром (80-10 АХ Хс/мм*) предполагает снижение поперечного сечения медных элементов на 10-12 % по сравнению с серебряными на тот же номинальный ток для удовлетворения Рис. 4.13. Кинетические кривые окисления меди; / 600 °С; 2 - 700 °С; 3 - 800 °С; 4 - 1200 °С требований к защитным характеристикам. Это теоретическое противоречие может быть разрешено практически следующим образом. При высокой температуре удельное электрическое сопротивление меди растет медленней, чем у серебра. Так, при температуре перешейков 300-400 °С, удельное электрическое сопротивление меди и серебра практически одинаково, а при 500 °С сопротивление меди, равное 4,6-10-8 Ом-м, меньше, чем у серебра (4,7Х XI0-8 Ом-м). В связи с этим для получения заданного теплового режима при медных плавких элементах требуется небольшое (2-5 %) повышение их сечения. В этом случае превышение температуры выводов и потери мощности в предохранителе получаются такими же, как и при серебряных плавких элементах. Если же определяющими являются другие критерии, то в зависимости от конкретных условий может потребоваться либо значительно (до 10%) увеличение сечения, либо в увеличении сечения вообще не будет необходимости. У предохранителя с медными плавкими элементами, сечение которых выбрано из условий идентичности теплового режима с предохранителем на такой же номинальный ток и серебряными плавкими элементами, при коммутации сравнительно небольших аварийных токов повышенная константа Мейера проявляется в увеличенных значениях пропускаемых токов и интегралов Джоуля [4.14]. Например, при /«=8 кА, [/«=740 В, со5ф=0,17, ч])=0 предохранитель с плавким элементом из серебра имеет пропускаемый ток 8 кА, преддуговой интеграл 100-103 А2-С, интеграл отключения 250-10 А-с (/„ом= =400 А). Предохранитель с эквивалентным по тепловому режиму медным плавким элементом имеет соответственно 10 кА, 150-103 и 300-103 Д2..С. Однако при /к= ==100 кА, со5ф=0,09, ф=0°, С/к=740 В все характеристики коммутационного режима сравниваемых предохранителей практически одинаковы. Таким образом, увеличенные значения джоулева интеграла отключения предохранителя с медными плавкими элементами при отключении сравнительно небольших аварийных токов существенно улучшают селективность и надежность работы при перегрузках. Некоторое увеличение массы медного плавкого элемента практически не осложняет деиони-зацию и охлаждение паров металла, поскольку более высокий потенциал ионизации меди, равный 7,77 В (у серебра 7,57 В), и большее катодное падение напряжения, равное 14,7-15,4 В (у серебра 12,1-13,6 В), способствуют улучшению гашения дуги. Механические напряжения, возникающие при циклических нагрузках, дополнительно препятствуют адгезии оксидной пленки к меди, способствуя ее растрескиванию и отслоению, что облегчает развитие коррозии. При эквивалентном тепловом режиме циклическая стойкость медных плавких элементов по номинальному току примерно на 10 % меньше, чем серебряных. 4.4. Роль и характеристики наполнителя В первом патенте на предохранитель (1890 г.) описан плавкий элемент в виде медной тонкой фольги или одной или нескольких тонких проволок, помещенных в корпус из изоляционного материала. Корпус полностью или частично заполнялся мелкозернистым непроводящим материалом, в качестве которого предлагались сухой мел, мрамор, кварцевый песок, кирпичный порошок, асбест, корунд. Обращение к наполнителю было обусловлено необходимостью создания надежных защитных аппаратов, способных рассеивать значительную энергию для обеспечения нормальной работы появившихся в конце XIX в. мощных электрических машин и трансформаторов. Многолетний опыт использования кварцевого песка в качестве наполнителя подтвердил его высокую эффективность. Применение методов вибрационной технологии засыпки кварцевого песка в предохранитель относится к периоду 50-х годов XX в. и было вызвано требованием существенного повышения защитных характеристик предохранителей, которые начали использоваться в силовых полупроводниковых установках. Основные функции наполнителя в современных предохранителях следующие: 1) воздействие на ампер-секундную характеристику путем отвода тепла от плавкого элемента в длительном режиме работы и за счет этого повышение номинального тока по сравнению с током предохранителей без наполнителя; 2) увеличение преддугового джоулева интеграла благодаря улучшению теплопередачи от перешейков; 3) отбор энергии дуги в результате плавления и испарения наполнителя, что обеспечивает быстрое спадание тока к нулю и уменьшенные габаритные размеры предохранителя; 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 |