|
| |
|
Слаботочка Книги в общем виде скорость изменения длины дуги под воздействием выгорания металла была представлена в [2.19] -~f=Uolk, (7.62> где Ко - приэлектродное падение напряжения; k - константа, зависящая от тока, сечения элемента и физических свойств его материала. Подобный подход, предложенный в [2.19], не позволяет осуществить даже приближенную anpnopnjTo оценку параметров плавкого элемента, определяющих габаритные размеры и характеристики предохранителей. Представляется рациональным принять величину выгорания плавкого элемента пропорциональной энергии дуги, аккумулирующей влияние всех остальных факторов. Это полностью соответствует феноменологии процесса коммутации, результатам экспериментальных и теоретических исследований. Энергия, рассеиваемая в дуге предохранителя, затрачивается на расплавление плавких элементов, части наполнителя, нагрев предохранителя и части окружающего пространства. Очевидно, что выгорание элемента пропорционально всей энергии дуги. Подобный энергетический подход обладает многими преимуществами. Во-первых, габаритные размеры предохранителя однозначно определяются одним расчетным параметром - энергией дуги, которая может быть весьма просто рассчитана при идеализированной вольт-секундной характеристике. Результаты такого расчета могут служить и для качественной оценки, и как эталон, и как рекомендация для проектирования. Во-вторых, устанавливается система приоритетов параметров конструкции предохранителя, основанная на результатах проведенных ранее теоретических и экспериментальных исследований. Исходя из сказанного можно отметить факторы, позволяющие оценить особенности геометрии плавкого элемента и его роль в определении габаритов предохранителя. С точки зрения улучшения защитных характеристик предохранителя во всех режимах работы желательна минимальная толщина плавкого элемента. Минимальная толщина при неизменном сечении обеспечивает большую наружную поверхность плавкого элемента, что способствует лучшему отводу тепла и интенсивному гашению дуги. Нижний предел толщины плавкого элемента обусловливается габаритами корпуса, прочностью и механическими свойствами примененного материала. Для серебра и меди •оптимальное значение толщины плавкого элемента лежит в пределах 0,08-0,14 мм. Количество параллельно соединенных перещейков должно быть максимальным, что способствует получению наилучших защитных характеристик предохранителя. Ширина одного перешейка составляет обычно 0,1-0,2 мм и лимитируется технологическими -факторами. В ряде работ указывается на незначительную роль ширины плавкого элемента и расстояния между параллельными перешейками. Тем •не менее исследования показывают, что плотность размещения параллельных перешейков в значительной степени определяет характер изменения напряжения на дуге и энергию дуги. Отметим, что с точки зрения исключения взаимного влияния перешейков в режиме коммутаций достаточно их располагать на расстоянии 2-3 мм, на которое обычно проникает плазма. Однако тепловое воздействие перешейков друг на друга и интенсивность выгорания при таком расстоянии еще значительны, что отрицательно сказывается на стабильности напряжения дуги. С учетом конструктивных соображений желательно максимально возможное расстояние между перешейками по фронту, хотя это требует дополнительного расхода материала плавкого элемента. Количество последовательных рядов перешейков, как правило, определяется номинальным напряжением предохранителя. Принимая во внимание высокую скорость роста напряжения на дуге предохранителя при расплавлении перешейков, желательно, чтобы максимально допустимое напряжение на дуге достигалось именно таким путем. Рационально такое количество сериесных рядов перешейков, при котором скачок напряжения на дуге при их расплавлении был бы близок к значению напряжения сети. Повышенное количество перешейков вызывает лишь кратковременные перенапряжения и практически не приводит к изменениям уровня выгорания плавкого элемента, что хорошо согласуется с теорией и экспериментом при числе сериесных перешейков 4-8. Принято считать, что длина предохранителя определяется его номинальным напряжением. Строго говоря, это не совсем так. В крайних теоретически возможных случаях коммутации безьшдуктивной цепи и коммутации при бесконечно большом напряжении на дуге выгорание широкой части элемента вообще не должно произойти. В зависимости от номинального напряжения предохранителя следует определять только количество последовательных перешейков и интенсивность выгорания плавкого элемен- та. Длина же плавкого элемента определяется прежде всего энергией дуги. Поэтому даже при одном и том же номинальном напряжении предохранители, предназначенные для работы в условиях значительной энергии дуги (например, при больших т и малых постоянных токах), имеют и большую длину при одном и том же количестве сериесных перешейков. Форма же перешейков от энергии дуги зависит слабо. Таким образом, при известном количестве сериесных рядов перешейков максимальная энергия дуги будет определять минимально допустимое расстояние между сериес-ными перешейками элемента. В случае превышения этой энергии произойдет слияние сериесных дуг в средней части элемента. При этом дуги, горящие вблизи выводов, непосредственно воздействуют на выводы и крышки, что вызовет прогар и последующий взрыв предохранителя. При предварительных расчетах может быть использовано полученное авторами эмпирическое выражение для энергии дуги д=« J я (О «д {{)dt = m fO„, -Ь Q,en + (7-, - Т,) с]. где т - масса плавкого элемента предохранителя; Qnn, Qncn - теплота плавления и испарения материала плавкого элемента соответственно; Тип - температура плавления материала; То - начальная температура плавкого элемента; с - удельная теплоемкость материала элемента; а- эмпирический коэффициент; Т - время дугогашения. Величина и характер изменения во времени остаточной проводимости быстродействующего предохранителя после гашения дуги имеют важное значение. Это связано с тем, что вентильная прочность защищаемого предохранителем силового полупроводникового прибора после протекания через него импульса аварийного тока значительно снижена и в случае перемены знака напряжения, прикладываемого к полупроводниковому прибору, возникает опасность пробоя этого прибора, если ток утечки предохранителя достаточно большой. Исследования авторов показали, что после погасания дуги сопротивление изоляции предохранителя резко возрастает в результате деионизации заряженных частиц в плотно упакованном наполнителе. Уже через несколько миллисекунд после погасания дуги ток утечки снижается до нескольких десятков миллиампер, а через 1-2 мин составляет несколько микро- 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 |