|
| |
|
Слаботочка Книги мому для первого этапа. Константа Мейера для третьего этапа равна (0,84; 1,07 и 1,76) -10* А-с/мм* для алюминия, серебра и меди. IB настоящее время установилось мнение о существовании двух основных механизмов деформирования и разрушения проволочных плавких элементов при воздействии тока КЗ: капельного (андулоидно-го) и слоевого (стриатного). При капельном механизме проволочный элемент вместо полного расплавления и испарения разрывается на отдельные капли в песке или воздухе, между которыми образуются электрические дуги. Это подтверждается рентгенограммами дуги, на которых отмечаются остатки плавкого элемента, по форме напоминающие капли - андулоиды. Наиболее обстоятельные расчеты и анализ основаны на гипотезе о том, что деформирование проволочного плавкого элемента и его трансформирование в андулоиды происходит непосредственно перед образованием дуги и является результатом действия двух противодействующих факторов: радиального градиента температур и пинч-эффекта. Пинч-эффект выражается в воздействии на расплавляющийся плавкий элемент радиальной составляющей силы взаимодействия собственного магнитного поля с током. Из-за пинч-эффекта, а также действия сил поверхностного натяжения более широкая часть плавкого элемента еще больше расширяется, а узкая сужается, что в конечном счете вызывает ее разрыв. Слоевой механизм разрушения проволочного плавкого элемента имеет место при большой плотности тока (примерно 50 кА/мм) и характеризуется разрушением в осевом направлении. При этом на рентгенограмме в местах разрушения плавкого элемента отчетливо видны темные полосы, разделенные светлыми интервалами. Исследования с привлечением методов теоретической и экспериментальной физики, в частности теории электрического взрыва проводников, подтверждают, что при больших плотностях тока процесс плавления проволочного плавкого элемента осложняется в основном действием пинч-эффекта и эффекта перегрева жидкого металла. Влияние первого фактора проявляется после полного расплавления плавкого элемента. Влияние перегрева сказывается в том, что испарение металла плавкого элемента происходит при температуре, существенно превышающей температуру его кипения при атмосферном давлении. Установлено, что для проволочных плавких элементов уравнение (6.3) выполняется при плотности аварийного тока, равной 20-100 кА/мм, и времени плавления 0,3-30 мс. Это уравнение выведено для цилиндрической формы проволочных плавких элементов, что позволяло проводить исследования с помощью простых аналитических методов. Однако большинство современных быстродействующих предохранителей построено на основе ленточных плавких элементов сложной конфигурации (рис. 6.1). В плавком элементе из серебряной, медной или алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм выполняются отверстия диаметром 2 мм.  Рис. 6.1. Форма и размеры (мм) плавких элементов быстродействующих предохранителей В результате формируются узкие участки - перешейки (на рис. 6.1 заштрихованы) с минимальной шириной 0,15 мм, в которых при протекании аварийного тока инициируются электрические дуги. Перешейки могут быть сформированы также путем перфорирования прямоугольных отверстий. Между параллельно соединенными рядами перешейков находится область полного сечения (широкая часть) плавкого элемента. Плотность тока изменяется и по сечению, и по длине как широкой, так и узкой части (перешейка) плавкого элемента. Для этого случая соотношение (6.3) теоретически уже неприемлемо и часто не подтверждается результатами экспериментальных исследований. Ниже подробно рассмотрен ряд факторов, влияние которых может быть отнесено к принципиально существенным. 6.2. Влияние продольной теплопередачи Расположение весьма коротких (0,4-2,0 мм), узких (0,15-0,25 мм) и тонких (0,1-0,2 мм) перешейков между достаточно массивными широкими частями плавкого элемента в среде кварцевого наполнителя нарушает условия адиабатического нагрева даже при постоянном сечении перешейков. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что в этом случае на преддуговой интеграл оказывают влияние практически все параметры контура КЗ: h, cos ф, iffc (угол начала протекания тока КЗ). В конечном счете это влияние сводится к возрастанию длительности преддугового нагрева по сравнению со случаем адиабатического нагрева. -Эксперименты показали, что одним из основных факторов, нарушающих условия адиабатического нагрева, является продольная теплопередача от перешейков к широкой части элемента путем теплопроводности (радиальная отдача тепла через наполнитель незначительна).. При длительном тепловом режиме независимо от наличия наполнителя до 65-70% тепла передается через торцы плавкого элемента. Преддуговые интегралы для плавких элементов из серебра, меди и алюминия, как с наполнителем, так и без наполнителя, практически одинаковы при длительности преддуговой стадии 1-3 мс. Сопоставительные расчеты показали, что в реальных условиях нарушение адиабатического режима приводит к снижению температуры перешейка на 100-150 °С. Можно полагать, что в зависимости от геометрии плавкого элемента влияние продольной теплопередачи может привести к увеличению преддугового интеграла примерно на 15-20 % при длительности преддуговой стадии до 3 мс и к значительна большему его росту при превышении этой длительности. 6.3. Искажение электрического поля при резком изменении сечения Условия тепловыделения на участках с резким изменением сечения тесно связаны с характером распределения линий тока в зоне их стягивания [6.4]. Теоретический анализ такого токораспределения требует постановки задач электродинамики с учетом изменений плотности тока в пространстве и времени. Для конкретных случаев может оказаться полезным обращение к численным процедурам решения уравнений Пуассона или Лапласа, в частности с помощью метода конечных разностей для анализа характеристик распределения тока и температуры по сечению элемента. Расчет макета плавкого элемента (рис. 6.2,а) может быть произведен на основе уравнения теплопроводности [6.5] дТ{х. у) дТ(х, у) . д с1дТ ,g 5 и уравнения, определяющего токораспределение и, значит, плотность тока в каждой точке, представленного в общем виде: р дЦх, у1 дЦх, у) дПх, у) . д1(х, у) . ду ~ дх = 0; Л (6.6) Установлено, что даже при стационарном электрическом поле в местах резкого изменения сечения распределение плотности тока резко отклоняется от равномерного, причем наибольшая плотность тока в перешейке наблюдается на Железа хлорид и сульфат железа. 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 |