|
| |
|
Слаботочка Книги 4) формирование фульгуритных трубок, содержащих дугу внутри твердой структуры наполнителя, что в определенных пределах предотвращает слияние дуг и пробои между элементами; 5) содействие гашению дуги с помощью давления, образованного внутри фульгуритной трубки; 6) ослабление механических и термических воздействий на корпус предохранителя благодаря наличию нерасплавленного наполнителя. Тепловой удар, который может вызвать растрескивание корпуса, ослабляется благодаря высокому отношению теплового сопротивления наполнителя к его теплоемкости и достигает корпуса уже после погасания дуги; 7) демпфирование переходного восстанавливающегося напряжения в защищаемой цепи благодаря повышенной 3 л ектр оп р о водности н апо л нител я; 8) демпфирование и защита плавких элементов от механических повреждений; ослабление климатических воздействий, сохранение внутри корпуса тепла и пламени дуги при срабатывании. Доминирующей функцией наполнителя является обеспечение надежного гашения дуги. Характеристики наполнителя. Наполнитель в виде кварцевого песка должен быть чистым, однородным по цвету; влажность его перед засыпкой в корпус предохранителя должна быть не более 0,05%, а зерновой и химический состав должен соответствовать данным, приведенным ниже. Размер зерен, мм Содержание, "/а От 0,02 до 0,1...................Не более 1,5 От 0,1 до 0,63....................Не менее 98 Глинистая составляющая...............Не более 0,5 Химический состав Содержание, »/> Оксид кремния SiOj..................Не менее 98 Оксид железа FejOg..................Не более 0,18 Оксид алюминия плюс диоксид титана AlsOg-j-TiOg . . .0,15 Примеси.......................Не более 0,92 Используемый в предохранителях наполнитель обычно представляет собой зернистый материал, состоящий из дискретных соприкасающихся друг с другом сравнительно твердых зерен и пустот между ними. Зерна могут перемещаться относительно друг друга, пустоты обычно .заполнены воздухом. Отличительной особенностью такого зернистого материала является его двойственная природа, исключающая отнесение его в разряд твердых тел или жидкостей. Отдельные частицы материала являются твердыми телами, но вся масса в целом имеет стремление к течению, т. е. обладает свойством, присущим жидкости. Зернистые среды, как и жидкие, принимают форму, зависящую от границ заключающего их объема. Однако если свободная от напряжений поверхность жидкости горизонтальна, то зернистая среда в подобных условиях может принять одну из множеств различных форм в зависимости от геометрии опорной поверхности. Любая зернистая среда характеризуется химическим составом, средним размером зерен и распределением зерен по размерам. Химический состав наполнителя должен быть таким, чтобы исключить нежелательное воздействие каких-либо его компонентов на работу предохранителя в длительном и коммутационном режимах. При весьма малых зернах зазоры между ними также весьма малы и условия гашения дуги приближаются к условиям гашения дуги, возникающей между твердыми стенками. Охлаждающее действие наполнителя в начальный момент дуги очень сильное, благодаря чему напряжение на дуге достаточно высоко. Однако малые зазоры затрудняют прохождение расплавленного металла между зернами. Это существенно увеличивает наличие в дуге паров металла, вызывает сильный нагрев и расплавление наполнителя. В свою очередь резко снижается охлаждающее действие наполнителя, следствием чего становятся снижение напряжения на дуге, увеличение рассеиваемой энергии и в конечном счете опасность взрыва. При очень больших зернах расплавленный металл легко проходит через зазоры между ними, однако охлаждающее действие наполнителя и его энергопоглощаю-щая способность ослабевают. Такие зерна в целом создают меньшую поверхность охлаждения, которая обратно пропорциональна их диаметру. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что защитные характеристики предохранителя зависят также и от распределения зерен по фракциям даже при одном и том же среднем размере. В современных быстродействующих предохранителях засыпка наполнителя осуществляется с помощью вибрационной технологии с целью получения максимальной плотности упаковки зерен в корпусе. Параметрами, ко личественно характеризующими упаковку зерен, следует считать: а) плотность упаковки, определяемую как отношение объема, занятого твердым веществом наполнителя, к полному объему, занятому наполнителем; б) пористость - объем пустот, определяемый как разность между единицей и плотностью упаковки в %; в) степень уплотнения Рг-Рр Ро 100-/0. где Ро - масса наполнителя, заполняющего объем корпуса при свободной засыпке; Pi - масса наполнителя, заполняющего объем корпуса при воздействии вибраций. Часто используют другой показатель плотности - массу засыпанного в предохранитель песка в расчете на единицу объема корпуса (г/см). Этот показатель называют объемной плотностью наполнителя. Роль размеров зерен исследована на теоретически одинаковых шарах при пяти видах упаковки [4.10]. В зависимости от вида упаковки пористость возникающей среды изменяется от 47,64 7о при простой кубической структуре, когда каждый шар контактирует с шестью другими шарами, до минимума 25,95 % при тетраэдральной и пирамидальной структурах, когда каждый шар контактирует с двенадцатью другими. Увеличение количества контактов между шарами приводит к снижению пористости. Даже при шарах одного диаметра пористость различна в зависимости от характера и количества контактов между ними. При этом плотность упаковки не зависит от размера шаров в условиях больших объемов, когда влиянием граничных условий можно пренебречь. Если диаметр одинаковых шаров превышает 0,1 диаметра сосуда, в который они уложены, плотность снижается на 2,5%. Таким образом, при реальных размерах зерен наполнителя влиянием границ (корпуса предохранителя) можно пренебречь. Очевидно, что плотность упаковки шаров одинакового диаметра весьма мала и не превышает 52-74 %. Плотность упаковки смеси шаров двух диаметров возрастает с ростом отношения их диаметров. Так, например, плотность смеси из 70 % крупных и 30 % средних шаров при отношении их диаметров 6,3 составляет 73,8 %, а смеси из 70 % крупных и 30 % мелких шаров при отношении их диаметров 50,5 составляет 81,5%. Теоретически плотность смеси шаров двух диаметров при строго определенном 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 |