|
| |
|
Слаботочка Книги наружной границе его перехода в широкую часть элемента (точка а на рис. 6.2,6). Аппроксимирующая кривая распределения плотности тока по ширине перешейка, построенная по результатам расчета, приведена на рис. 6.2,в. Вопросы, связанные с расчетом уменьшения времени плавления перешейка и преддугового интеграла, подробно рассмотрены ниже. Здесь же отметим, что неравномерность распределения тока по ширине перешейка не приводит к повышенному нагреву на наружной границе скачка сечения 0,66 - S ,-.0,60 -  Рис 6.2, Изменение плотности тока на границе перешейка н широкой части плавкого .элемента: а - геометрическая форма перешейка плавкого элемента Х=1 мм; d=0,15 мм; .5=0,5 мм; толщина плавкого элемента Д=0,1 мм; б - расчетная область плавкого элемента в увеличенном масштабе; в - кривая изменения плотности тока по сечению перешейка перешейка из-за благоприятных условий теплоотвода. Стационарное температурное поле не отражает распределения плотности тока при медленном нагреве плавкого элемента, и перегорание перешейка при медленно нарастающей токо-Ёой перегрузке должно начинаться с его центральной части как наиболее нагретой (точка с). При КЗ из-за быстрого нагрева условия теплоотвода не играют большой роли и распределение температурного поля в значительной степени повторяет распределение электрического. Поэтому разрушение перешейка происходит на участках наибольшего нагрева, соответствующих резкому изменению сечения. Этот теоретический вывод экспериментально проверен авторами на проводниках из медной фольги. Из кадров скоростной киносъемки четко видно, что при скорости нарастания плотности тока свыше 2,5-10 А/(см2-с), соответствующей скорости роста тока при КЗ, процесс разрушения перешейка начинается именно с границ скачков сечения. При меньшей скорости нарастания тока расплавление начинается с центральной части перешейка. Аналогичные исследования нагрева электрически взрываемой фольги из алюминия проведены в [6.6]. Предложен метод расчета распределения тока и температуры в переходном режиме в двумерном проводнике, включенном в нелинейную цепь разряда конденсатора. Кратковременный (1 мкс) процесс нагрева был адиабатическим. Максимальная температура (1100°С) оказалась на границе скачка сечений в точке с наибольшей плотностью тока. В центре перешейка, где в стационарном режиме температура максимальна из-за ухудшения теплоотдачи, ее значение было существенно меньше 900 °С. 6.4. Геометрия перешейка и его физическое моделирование Анализ преддуговых процессов в плавких элементах е круглыми и тому подобными вырезами осложняется переменным сечением перешейка. При этом весьма полезным оказывается физическое моделирование токораспределения в Плавком элементе с помощью электропроводной бумаги. Как известно, моделирование на сплошных средах методом электроаналогий основывается на математической аналогии электрических, магнитных, гидродинамических и тепловых полей. Этот метод весьма эффективен и для моделирования токораспределения в плавком элементе предохранителя при номинальном режиме. Известно, что плотность тока / в каждой точке однород ного изотропного проводника связана с напряженностью электрического поля Е соотношением, выражающим закон Ома в дифференциальной форме: J = E, где Ро - удельное сопротивление проводника. Отсюда следует, что траектории движения носителей заряда в проводящей среде (линии тока) совпадают с силовыми линиями стационарного электрического поля, поддерживающего этот ток (силовая линия или линия напряженности- это направленная кривая, касательные к которой указывают направление вектора Е). Измеряя потенциалы на поверхности токопроводящего листа и вычерчивая изопотенциальные линии, можно подробно исследовать существующее в нем стационарное электрическое поле. При применении электропроводной бумаги, обладающей высоким удельным электросопротивлением, существенно упрощаются эксперименты, которые в ряде случаев могут проводиться без применения мощных ЭВМ. Модель для исследования токораспределения в одном из видов плавкого элемента с помощью электропроводной бумаги показана на рис. 6.3. Ввиду симметрии процесса относительно продольной оси рассматривается только левая половина плавкового элемента. Модель состоит из отдельных секций длиной а и шириной 2Ь, соединенных друг с другом перемычкой d. Подвод тока осуществляется через проводник равномерного сечения. Как показали исследования, в квадрате со стороной а протекает основная масса тока. При этом в зоне с=Ь-а ток не протекает, и она в данном случае выполняет только роль теплоотвода. В действительности при нагреве материала плавкого элемента протекающим током увеличивается его удельное сопротивление, что при моделировании не учитывается. В связи с этим часть тока перетекает в зону с, а длина линий тока увеличивается. В конечном счете наличие и глубина проникновения тока в зоне с определяются соотношением сопротивлений отдельных участков плавкого элемента. При проведении испытаний моделировался подвод тока от пластин шириной 10, 15, 20 и 25 мм, которые имитировали ширину перешейка плавкого элемента d-l; 1,5; 2,0; 2,5 мм для ленты с параметрами а=6,5 мм и Ь = 9 мм. При d=l и 2,5 мм характер поля различается мало и около 95 % тока протекает в зоне квадрата со стороной а. При d-2,5 мм линии тока дополнительно захватывают полосу с=0,35 мм в направлении, перпендикулярном продольной оси плавкого элемента. Таким образом, при данных а и b увеличение ширины плавкого перешейка в 2,5 раза позволяет лишь незначительно облегчить тепловой режим (примерно на 5-10%). При выборе полосы другого размера b необходимо также изменить и размер а. Геометрия перешейка имеет важное значение с точки зрения не только распределения тока и нагрева в стационарном режиме, но также и обеспечения требуемых защит-  Рис 6.3. Физическое моделирование распределения тока в плавком элементе 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 |