|
| |
|
Слаботочка Книги товлении раствора. Чистый кварц SiOz легко смачивается водой, так как на его поверхности находятся ионы Si-О-Si со свободными валентностями. В результате ионного взаимодействия дипольные молекулы воды сцепляются с частицами кварцевого песка, образуя на нх поверхности, водяную оболочку. Толщина этой оболочки весьма мала по сравнению с размером частнц песка и составляет около 5-10-5 Наличие водяной оболочки способствует эффективному взаимодействию кварцевого песка и водного раствора жидкого стекла. Структура затвердевшего наполнителя обладает высокой прочностью на сжатие порядка (Ьч-Ю) 10 Па даже при температуре. 600 "С и более. Это позволяет обеспечить стойкость к механическим воздействиям и предотвратить утечку наполнителя. Кроме того, твердый наполнитель является стойким к длительному воздействию температур вплоть до 500 °С, при этом он не разлагается и не выделяет газов. Высокие диэлектрические свойства указанной структуры при температуре до 1000 "С (относительная диэлектрическая проницаемость составляет 3-15) способствуют предотвращению теплового пробоя и обеспечивают надежную работу предохранителя в последуговой период. Следует отметить, что при использовании сульфатного или смешанного жидкого стекла, содержащего значительное количество углерода, наблюдается существенное снижение сопротивления изоляции предохранителя после его срабатывания. В то же время высокая теплопроводность обеспечивает благоприятный тепловой режим при длительной эксплуатации. При гашении дуги твердый наполнитель обладает пористостью и стойкостью к ее воздействию, сопровождающемуся температурой 10 000-20 000 К. Применение твердого наполнителя позволяет достичь других дополнительных преимуществ. Во-первых, появляется возможность использования простого и высокопроизводительного технологического оборудования для засыпки песка. Получаемая при этом низкая степень уплотнения может быть скомпенсирована пропиткой связующим составом с последующим получением структуры твердого наполнителя. Во-вторых, твердая структура наполнителя с высокой степенью уплотнения позволяет улучшить основные защитные характеристики предохранителя, в частности снизить интеграл отключения на 10-15% и энергию дуги примерно на 20%. В-третьих, благодаря улучшению тепло-отвода, достигнутому увеличением плотности структуры, достигается повышение номинального тока предохранителя до 10%. При рациональном выборе геометрии плавкого элемента и степени уплотнения обеспечивается возможность многократного повышения циклической стойкости предохранителя. Глава пятая ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ 5.1. Локальное термическое сопротивление предохранителя и распределение плотности тока в плавком элементе Тепловые процессы в быстродействующих плавких предохранителях описываются ур.авнени1ем Фурье са-=АуТ + 7. (5.1) где с - удельная теплоемкость материала плавкого элемента; а - плотность этого материала; - оператор Лапласа температурного поля трех измерений в декартовых Координатах; X - теплопроводность М1атер1иала плавкого элемента; q - интенсивность внутренних источников тепла. Решение этого уравнения применителыно к сложной геометрии плавкого элемента возможно пр,и введший ряда допущений, существенно искажающих физическую картину явлений. Исполь13ова1ние при этом традиционных аналитических методов К тому же требует большого объема вычислений на ЭВМ. Существенное приближение к ре-аль-вым физическим процессам шри меньшем объеме вычислений может быть обеспечено с помощью терехода от известных аналитических методов к численным. Численные методы позволяют в принципе решоть любую задачу с заданной точностью. При этом необходимо обеспечить наименьшие затраты труда и машинного времени. В ие-которых случаях удается получить численно-аналетиче-ские решения, сочетающие из1вестные достоинства анали-тичеаних и численных Методов. Решение (5.1) одним из численных методов лредпола-гает знание расцределеиия плотности тока по элементу, определяющей интенсивность источников тепла д=рР, где р - удельное электрическое шпротивление, / - плотность тока, и знание локального термического сопротивления, которое оказывают тепловому потоку, исходящему от элемента, кварщевый песок, корпус и торцевые крышки, что определяет ннтеноивность теплоотдачи б окружающую среду. Расчет локального термического сопротивления требует решения двумерной тепловой задачи. 10-6178 145 Будем считать, что в .корпусе из ультраф.арфора (рис. 5.1) плавкие элементы расположены по поверхности цилиндра радиусом Го. Внутренний объем корпуса радиусом Г; заполнен иварцевым песком. Теплопроводность К песка при шободной засыпке ооставлжт 1,1-1,2, при вибра-цпоином уплотнении с высокой степенью 1ПЛ10Т1В0сти 1,4- 1,6 и при использовании «твердого» наполнителя (кварце-  Рис. 5.1. К расчету локального термического сопротивления предохранителя воро песка, прапитанного жидким стеклом и подаергнутого затем прокаливанию)-около 2,5 Вт/(м-°С); ai, а2- коэффициенты теплоотдачи с торцевой и боковой поверхностей, рассчитанные по [5.10] и равные соответственно 12,5 и 8,5 Вт/(м-С); оо - суммарный коэффициент теплоотдачи в контакте плавкий элемент - песок - ультрафарфор, находящийся в пределах 130-150 Вт/("м2-°С). Для удобства анализа введены суммарные коэффициенты теплоотдачи: с торцевой поверхности предохранителя к, 1 и с боковой поверхности а, «„ А.» (5.2) (5.3) где 2 - теплопроводности материала торцевой крышки [равные 393 и 43 Вт/(1м-°С) для меди и стали] .и 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 |