|
| |
|
Слаботочка Книги ампер при напряжении до 1000 В. Благоприятное воздействие на процесс деионизации в быстродействующем предохранителе оказывают мощные шинопроводы защищаемых преобразователей, выполняющие роль эффективных теплоотводов. Эти выводы подтверждаются и опытом эксплуатации силовых преобразовательных агрегатов, свидетельствующим о том, что случаи пробоя вентилей происходят только из-за их недостаточной термодинамической прочности при протекании больших аварийных токов или из-за недостаточной токоограничивающей способности предохранителей. Глава восьмая ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА И САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ 8.1. Особенности коммутации в устройствах с жидкометаллическими контактами В последние 10-20 лет значительно повысился интерес к жидкометаллическим коммутационным устройствам. В устройствах этого типа рабочим телом, осуществляющим коммутацию электрического тока, являются металлы или сплавы, находящиеся в жидкой фазе. В предохранителях таким рабочим телом является плавкий элемент, в выключателях и других электромагнитных аппаратах - контакты. Рабочее тело при нормальных условиях без нагрузки может находиться в твердом, порошкообразном или жидком состоянии. В некоторых случаях функции рабочего тела выполняют частицы ферромагнитных веществ, которые находятся в диэлектрической жидкости и управление которыми для замыкания и размыкания контакта осуществляется магнитным полем. Применение жидкометал-лического контакта в электромеханических коммутационных устройствах имеет ряд достоинств, в числе которых отсутствие механического и электрического износа рабочего тела, отсутствие необходимости в применении благородных металлов (золота, платины, серебра) и узлов, создающих контактное нажатие, отсутствие вибрации контактов и связанных с ней явлений, простота обеспечения требуемого теплового режима и гашения дуги, отсутствие йеблагоприятных воздействий окружающей среды (окисления и т. п.). При этом удельная нагрузка (отношение коммутируемого тока к массогабаритным показателям) может быть значительно выше, чем для традиционных электромеханических аппаратов аналогичного назначения. Жидкометаллические самовосстанавливающиеся предохранители обладают дополнительными преимуществами: многократностью срабатывания, высоким быстродействием, возможностью автоматического повторного включения. Устройства с жидкометаллическим контактом обладают и рядом недостатков, например требуют определенного пространственного положения коммутирующего узла, соблюдения заданных температурных условий эксплуатации, герметизации. Имеются трудности, связанные со спецификой технологии производства, выбором контактных материалов и конструктивными особенностями, что в определенной мере ограничивает возможности применения этого вида аппаратов как у нас, так и за рубежом. Контактные материалы и их свойства. Натрий. Натрий - серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляется с поверхности. При обычной температуре кристаллизуется в кубической решетке. Плотность натрия 0,968 г/см (при 20°С), температура плавления 98°С, температура кипения 883°С, удельная теплоемкость 1,23 кДж/(кг-К), температурный коэффициент длины 7,1-10-5 1/°С, удельное электрическое сопротивление 4,3-10" Ом-м. Натрий весьма пластичен, легко режется. С понижением температуры его прочность несколько возрастает, а пластичность сохраняется относительно высокой; например, при 23°С .0=7-106 Па; 6=145%, а при t= =-196°С ав=9-10 Па; 6=80%. Высокая проводимость при низкой температуре, низкие температуры плавления и кипения, высокое электрическое сопротивление и большая теплоемкость в парообразном состоянии делают натрий пригодным для использования в качестве рабочего тела жид ометаллических самовосстанавливающихся предохранителей. Во всех известных соединениях натрий одновалентен и отличается высокой химической активностью. При взаимодействии с кислородом образует оксид МагО или перекись МагОг - бесцветные кристаллические вещества. Интенсивно реагирует с водой, образуя гидрооксид NaOH и Н2. Реакция может сопровождаться взрывом. Реакция натрия с водородом начинается лри 200 °С. Активно реагирует с серой; с фтором и хлором взаимодействует уже при обычной температуре. Вследствие большой химической активности требует осторожного обращения и хранения в защитной среде (керосине), что является его недостатком как контактпого материала. калий. Калий также принадлежит к щелочной группе металлов и во многом обладает такими же свойствами, как и натрий. Это серебристо-белый, легкий, мягкий и легкоплавкий !материал. Плотность калия 0i862 г/см (при 20"С), температура плавления 63,5°С, точка кипения 760 °С, температурный коэффициент линейного расширения 8,33-Ш- теплопроводность 97,13 Вт/(м-К), удельная теплоемкость 741,2 Дж/(кг-К), удельное электрическое сопротивление 7,12Х Х10-° Ом-м, температурный коэффициент электрического сопротивления, 5,8-10-. Единственный валентный электрон атома калия более удален от ядра, чем валентный электрон натрия, поэтому химическая активность калия выше. На влажном воздухе калий быстро окисляется. Поверхность свежего среза калия может покрываться углекислой солью КНСОз за счет поглощения зтлекислого газа. В сухом воздухе образуется желтовато-белый оксид КгО или оранжевая перекись КОг. Весьма энергично реагирует с водой (иногда со взрывом), выделяя при этом водород. Сплавы натрий -калий, содержащие 40-90% калия (по массе) при температуре около 25 °С,-серебристо-!белые жидкости, отличающиеся высокой химической активностью и воспламеняющиеся на воздухе. Электро- и теплопроводность этих сплавов ниже, чем у натрия и калия. Эти сплавы имеют высокую температуру кипения и высокий коэффициент теплопередачи и не взаимодействуют с конструкционными материалами при высокой температуре. Определенное распространение получили также и некоторые другие материалы, относительно близкие по свойствам к вышеописанным, например галлий и эвтектика галлия (60% галия, 25% индия, 13i% олова). Ртуть. Ртуть-серебристо-белый тяжелый металл, жидкий при нормальной температуре. Плотность 13,52 г/см, температура плавления-38,9 °С, температура кипения 357°С, удельная теплоемкость 0,139 кДж/(кг-К), температурный коэффициент линейного расширения 1,826-10- теплопроводность 8,24 Вт/(м-К), удельное электрическое сопротивление 94-10- Ом-м. Химическая активность ртути невелика. Соединяясь с кислородом, ртуть образует черную закись HgO и красный оксид HgO. Закись появляется на поверхности при действии озона, оксид-при нагреве на воздухе при 300-350°С. При взаимодействии с металлами, которые ртуть смачивает, образуются амальгамы. В жидкометаллических коммутационных устройствах перспективны технические решения [8.1], основанные на использовании свойства ртути изменять свое электрическое сопротивление в 10-10 раз при критическом давлении 1,5-10 Па и критической темпера- 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 |