Слаботочка Книги туре 1753 К. Под критической понимается температура, при превышении которой невозможно сжижение газа с помощью воздействия только давления. Критическим считают такое давление, ниже которого вещество в виде газа может существовать в равновесии с жидкостью. На рис. 8.1 показаны зависимости удельной электрической проводимости у и плотности ртути р от давления р при различ- 500 1000 1500 то 2500 р;10Чо. 500 10001500 то г5оор,10па. -I-1-1-1-1 I ж 600 500 то 1500 10001° Рис. 8.1. Изменение удельной электрической проводимости у (а) и плотности ртути р (б) в зависимости от давления р и температуры Т I "Г -Г "Г- "Г 7 - 250 500 750 WOO 1250 1500Т,С а) ной температуре {уо - удельная электрическая проводимость при нормальных давлении и температуре). При температуре свыше 1200-1400°С электрическая проводимость сильно зависит от давления и температуры. Наибольшее снижение электрической проводимости ртути при повышении температуры оказывается возможным только в том случае, когда критическая плотность до-стигается при минимально возможной температуре Тс. Это происходит при квазистационарном состоянии ртути. Однако ртуть как материал плавкого элемента нагревается проходящим номинальным током. При быстром повышении температуры из-за джоулева тепла образуется инерционное давление, препятствующее расширению рту- ти. Инерционное давление Др становится препятствием для достижения однородной плотности, если его не снизить до определенного значения. Установлено, что инерционное давление можно уменьшить, если параллельно жидкометаллическому контакту включен резистор. Сопротивление этого резистора весьма критично с точки зрения надежной работы устройства. При расчете инерционного давления [8.1] делаются допущения о том, что жесткая непроводящая трубка заполнена ртутью при статическом давлении 2-10* Па, адиабатический нагрев обусловлен прохождением тока через столб ртути, а ее расширение связано со снижением плотности. В основе расчета три основных уравнения: уравнение движения Навье-Стокса, уравнение непрерывности и уравнение баланса энергии. Одномерное уравнение движения имеет вид dv , dv dp /о i\ p-+pv--=--f-, (8.1) di дх дх где p - плотность, кг/м; v - скорость, м/с; р - давление, Н/м; X - координата по оси движения. . Уравнение непрерывности divpv=0. (8.2) Исходя из этого инерционное давление 8 \ f \ дТ ) \ dt ) dT \ dt ) dt dt4 Уравнение баланса энергии при адиабатическом нагреве элементарного проводника из ртути, через который протекает электрический ток I{t), имеет вид - , (8.4) dt Гр(Г)Ср(Г)52 где Ср{Т)-удельная теплоемкость ртути при температуре Г и давлении р; ур(Т) -зависимость удельной электрической проводимости от температуры; 5, L - поперечное сечение и длина керамической трубки. После преобразований и анализа полученных выражений можно сделать следующие выводы: а) рассчитываемое давление 1Справедливо для случая, когда градиент ip=0, т. е. для случая равномерного нагрева; б) для несжимаемой жидкости справедливо равенство {др/др)т=0, и поэтому {др[дх)т не обязательно должно быть равным нулю. При температуре ниже 1200"С для ртути {др1др)т. При более высокой температуре величиной др/др пренебрегать нельзя; в) значение Др можно уменьшить уменьшением длины трубки L. Однако длину трубки нельзя снизить менее некоторого значения из-за возможности пробоя по напряжению. Максимальное статическое давление ограничено температурой ионизации, приводящей к меньшему уменьшению проводимости. Таким образом, наилучшим способом снижения давления Др является уменьшение скорости нагрева dT/dt. Исследования показали, что при рационально выбранном сопротивлении R шунтирующего резистора можно достичь режима практически стационарного нагрева. Такие результаты были получены при следующих параметрах: длина керамической трубки L-1 см, сечение п трубки S= - -lO-s см, статическое давление 2-10 Па, ожидаемый ток КЗ 2350 А, сопротивление шунтирующего резистора 80-10- в 200-10-3 Ом для Др=1,5-10 и 1,0-108 Па соответственно. Приведенные теоретические положения проверены экспериментально на установке, показанной на рис. 8.2. Такая установка может быть рекомендована для проведения аналогичных экспериментальных исследований. Прочный керамический сосуд заполнен ртутью, находящейся под статическим давлением 2-10 Па, создаваемым водяным нагнетательным насосом 1. Керамическая трубка выполнена из оксида алюминия и помещена в корпус 2 из нержавеющей стали. Область статического давления и расширяющийся сосуд 3 обеспечивают регулировку статического давления. Кроме того, на рис. 8.2 показаны области динамического давления 4, формируемого при прохождении электрического тока через ртуть, и изолирующая система 5*. Через ртуть 6 пропускают электрический ток /. В качестве источника тока частотой 50 Гц используется конденсаторная батарея емкостью 19 мФ и индуктивностью 52 мГн. Рис. 8.2. Установка для исследований условий коммутации тока самовосстанавливающихся предохранителей * Обеспечивающая крепление и изоляцию токопроводящих частей установки. 17* 251 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 |
|