ДУГОГАСЯЩИЕ СРЕДЫ

Гашение дуги при срабатывании предохранителей в различных дугогасящих средах.

В настоящее время созданы дуговые предохранители, у которых гашение дуги происходит в специальной камере, снабженной дугогасительной решеткой. К этому же типу предохранителей следует отнести и взрывные предохранители, у которых процесс разрушения плавкого элемента осуществляется с помощью взрывчатого вещества, но гашение дуги происходит в воздушном пространстве камеры. Последние два типа предохранителей изготовляют обычно с большими номинальными токами.

В США выданы патенты на конструкцию плавкого предохранителя, у которого плавкий элемент находится в вакууме. Но вакуумные предохранители применимы только в цепях с импульсными токами, причем при униполярных импульсах тока должна быть обязательно пауза, достаточная по длительности для полной деионизации промежутка в вакууме и исключающая возможность его повторного пробоя. В цепях постоянного или выпрямленного токов после расплавления плавкого элемента в вакууме горит устойчивая дуга, и предохранитель не способен отключить ток короткого замыкания.

Есть предохранители, у которых в качестве дугогасящей среды используется изоляционная жидкость. При токах короткого замыкания вокруг плавкого элемента образуется область, заполненная паром изоляционной жидкости. Пары жидкости теплоизолируют плавкий элемент или его узкий перешеек, вызывая тем самым ускорение процесса расплавления. А вот при малых токовых перегрузках, когда существует значительный отвод тепла от поверхности плавких элементов, такой предохранитель не сможет отключить ток. Это связано с тем, что температура кипения применяемой жидкости обычно ниже температуры плавления плавкого элемента, поэтому до тех пор, пока вся жидкость не испарится, температура плавкого элемента не будет превышать температуры кипения жидкости и, следовательно, плавкий элемент не сможет расплавиться, а после испарения жидкости предохранитель, безусловно, уже не сможет отключить ток.

Рисунок 4 – Схема плавкого элемента, зажатого между керамическими радиаторами, после срабатывания. 1 - плавкий элемент; 2 – керамические радиаторы; 3 – песчаная камера.

Были проведены также опыты на предохранителях, у которых плавкие элементы размещены между керамическими пластинами-радиаторами (рисунок 4). Пространство между керамическими пластинами и корпусом плавкой вставки было заполнено кварцевым песком. В рассматриваемом случае дуга возникает после расплавления металла перешейка на очень малой длине, около 0,5-1 мм. Подвижность дуги в пространстве между изоляционными стенками ограничена.

Расплавленный металл перешейка и ионизированная плазма будут удаляться из дугового промежутка через щель в наполнитель, окружающий плавкий элемент и радиаторы. Наличие близко расположенных к дуге относительно холодных (при больших токах короткого замыкания) изоляционных стенок радиаторов должно способствовать деоинизации дугового промежутка. Явление вжигания металла в материал изоляционных стенок радиаторов несколько снижает эффект дугогашения и оказывает влияние на сопротивление изоляции плавкого элемента после отключения цепи. Поверхность всех радиаторов в месте горения дуги остеклована, причем каждый из использованных для радиаторов керамический материалов имеет разную толщину стекловидного слоя: ГБ-7 до 120, УФ-46 до 180-240 мкм. Значительный термический удар, возникающий при горении дуги, вызывает появление многочисленных микротрещин, и даже растрескивание радиаторов.

Предохранители с плавкими элементами, достаточно прочно зажатыми между керамическими накладками и размещенными в кварцевом песке, надежно отключают все большие токи короткого замыкания. При малых токовых перегрузках вследствие значительного нагрева керамических накладок возможно затяжное горение дуги, иногда приводящее к разрушению предохранителей.

Наиболее широкое распространение и более универсальное применение получили в настоящее время плавкие предохранители, у которых дугогасящей средой служит сыпучий наполнитель, в большинстве случаев кварцевый песок. Считается, что гашение дуги в таких предохранителях основано на интенсивной деоинизации дуги в узких щелях между песчинками наполнителя. Огромное количество энергии, выделяющейся за короткое время в малом объеме при срабатывании предохранителей, способствует возникновению высоких температур и больших температурных градиентов. Слой сыпучего наполнителя обеспечивает защиту деталей предохранителя от термического воздействия дуги. Достоинствами кварцевого песка в качестве дугогасящей среды являются его химическая инертность и термическая стойкость до температуры плавления, высокая температура плавления, достаточно высокий коэффициент теплопроводности по сравнению с другими сыпучими материалами, низкая стоимость. При гашении дуги в кварцевом песке напряжение на дуге довольно быстро нарастает, а перенапряжения относительно невелики. Гашение дуги в наполнителе происходит более интенсивно, чем в воздухе. При этом длина выгораемой плавкого элемента в предохранители с наполнителем существенно уменьшается. Соответственно габариты предохранителей с песчаным наполнителем намного меньше габаритов иных предохранителей.

Исследования влияния состава кварцевого песка на отключающую способность предохранителей показали, что увеличение содержания Fe₂O₃ от 0,06 до 0,123 % при одновременном снижении SiO₂ от 99,13 до 98,13 % не ухудшает, а даже улучшает отключение токов перегрузки.

Большое значение для повышения надежности срабатывания предохранителей имеет плотность засыпки песчаного наполнителя.