8.2.3 Тепловое излучение

Часть энергии нагретое тело отдает в окружающее пространство путем излучения электромагнитных волн (ультрафиолетовых, инфракрасных).

Этот способ теплоотдачи называется тепловым излучением, лучеиспусканием или радиацией.

Тепло, отдаваемое нагретым телом за счет радиации, определяется с помощью уравнения Стефана-Больцмана

Количество отдаваемого тепла зависит от разности четвертых степеней абсолютных температур его нагретой поверхности и окружающей среды.

Суммарное количество тепла, отдаваемое всеми видами теплообмена, сложным образом зависит от температуры тела и его геометрических размеров. Поэтому в каждом конкретном случае предварительно оценивают интенсивность всех видов теплообмена и учитывают те из них, которые преобладает. Например, для проводников, погруженных в масло, учитывают только конвекцию; для длинных шин теплопроводностью пренебрегают и учитывают только конвекцию и радиацию.

8.3 Теплоотдача в установившемся режиме

Теплоотдача с поверхности тела происходит одновременно конвекцией и излучением. При этом трудно разделить, какая часть тепла передается в окружающую среду конвекцией, а какая часть – излучением. Поэтому вводят понятие коэффициента теплоотдачи К_т, который определяет количество тепла, отдаваемое в окружающую среду за 1 сек. всеми видами теплоотдачи с 1кв.м. поверхности при разности температур нагретого тела и окружающего пространства в 1град. Цельсия. Коэффициент теплоотдачи (или теплообмена) находится эмпирическим путем.

Тогда количество тепла, отдаваемое нагретым телом в окружающее пространство, будетравно

В установившемся режиме, когда все потери P, выделяемые в проводнике отдаются в окружающее пространство можно записать

Откуда и находится превышение температуры нагретого тела над температурой окружающей среды

.

А затем и температура нагретого тела

.

9 Лекция 9. Низковольтные плавкие предохранители

Содержание лекции: параметры предохранителя. Защитная характеристика предохранителя. Способы ускорения плавления вставки. Конструкция разборных предохранителей типа ПР-2. Конструкция насыпных предохранителей типа ПН-2.

Цель лекции: изучение конструкций низковольтных плавких предохранителей.

Общие сведения

Плавкий предохранитель это аппарат, предназначенный для защиты электрических сетей от токов перегрузки и короткого замыкания.

Отключение сети осуществляется благодаря расплавлению плавкой вставки, которая нагревается током защищаемой цепи. Плавкие предохранители характеризуются следующими параметрами.

Номинальный ток плавкой вставки. Это ток, длительное протекание которого не вызовет расплавления вставки.

Номинальный ток предохранителя. Это ток, длительное протекание которого не вызовет нагрев контактных частей предохранителя сверх допустимой температуры. Как правило, этот ток равен наибольшему току плавких вставок, которые могут быть установлены в данном предохранителе.

Важнейшей характеристикой предохранителя является защитная или время токовая характеристика, представляющая собою зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока

Рисунок 9.1 - Защитная характеристика предохранителя ПН-2

Поскольку процесс плавления вставки связан с чрезмерным нагревом предохранителя, обусловленного в первую очередь временем протекания тока, то конструкцию вставки стремятся выполнить таким образом, чтобы уменьшить время плавления вставки.

Чтобы достигнуть резкого сокращения време­ни плавления вставки с рос­том тока, идут по двум на­правлениям:

1. Придают плавкой вста­вке специальную форму;

2. Используют металлургический эффект.

По первому способу вставку выполняют в виде пластинки с вырезами, уменьшающи­ми ее сечение на отдельных участках (рисунок 9.2).

Рисунок 9.2.- Фигурная плавкая вставка

На этих суженных участ­ках выделяется больше тепла, чем на широких участках.

При номиналь­ном токе избыточное тепло вследствие теплопроводности мате­риала вставки успевает распространиться к более широким частям, и вся вставка имеет практически одну температуру.

При пере­грузках нагрев суженных участков идет быстрее, так как только часть тепла успевает отводиться к широким участ­кам. Плавкая вставка плавится в одном самом горячем месте (рисунок 9.2, б).

При коротком замыкании нагрев суженных участков идет настолько интенсивно, что практически отводом тепла от них можно пренебречь.

Плавкая вставка перегорает одновре­менно во всех или в нескольких суженных местах (рисунок 9.2,в). Фигурные вставки применяются в разборных предохранителях типа ПР-2.

Второй способ сокращения времени плавления вставки - металлургический эффект, применяемый в насыпных предохранителях типа ПН-2, заключается в том, что на вставку напаиваются небольшие оловянные шарики. При токах перегрузки, когда температура вставки достигает температуры плавления олова, шарик расплавляется и растворяет часть металла, на котором он напаян. Происходит местное увеличение сопротивления вставки и снижение температуры плавления металла в этом месте. Вставка перегорает в том месте, где был наплавлен шарик. При этом тем­пература всей вставки оказывается намного ниже температуры плавления металла, из которого она выполнена. В номинальном режиме шарик практически не влияет на температуру нагрева вставки.

Конструкции предохранителей

Предохранители типа ПР-2

Предохранители типа ПР-2 (П - предохранитель, Р - разборный) изготовляются на напряжение 220 и 500В и токи патронов 15-1000А.

Предельный ток отключения зависит от номинального тока пре­дохранителя и лежит в пределах 1,2 - 1,5 кА.

Плавкая вставка 2 (Рисунок 9.3) изготавли­вается из цинка путем штамповки.

Рисунок 9.3. – Конструкция предохранителя типа ПР-2

Применение легкоплавкого металла - цинка, стойкого против коррозии, и фигурная форма плавкой вставки позволяют получить благоприятную защитную характеристику.

Патрон предохранителя ПР-2 выполнен из толстостенной фибровой трубки 1, на которой с обеих сторон плотно насажены латунные втулки 3, предотвращающие разрыв трубки.

На втулки навинчиваются колпачки 4, которые закрепляют плавкую вставку 2, привинченную к контактным но­жам 6, до установки ее в патрон.

Для предотвращения поворота контакт­ных ножей предусмотрена шайба 5, имеющая паз для контактного ножа. После перегорания плавкой вставки возникает дуга, под действием которой фибра выделяет газ, содержащий около 40 % водорода. Происходит диссоциация молекул водорода с поглощением тепла. Температура дуги снижается, что приводит к усилению процесса деионизации дугового пространства и погашению дуги. Кроме снижения температуры повышается до нескольких атмосфер давление газа в патроне. Высокое давление способствует сужению, деионизации и гаше­нию дуги. При коротких замыканиях суженный участок плавкой вставки начи­нает плавиться раньше, чем ток короткого замыкания достигнет своего ус­тановившегося значения в цепи постоянного тока или удар­ного тока в цепи переменного тока. Величина тока коротко­го замыкания в цепи при этом ограничивается в несколько раз. Такие пре­дохранители называются токоограничивающими. Цепи, защищенные токоограничивающими предохранителями, обычно не проверяют на термическое и динамическое действие токов короткого замыкания. Достоинством предохранителей ПР-2 является простота их переза­рядки, недостатком - несколько большие размеры, чем у насыпных предо­хранителей типа ПН-2

Плавкие предохранители типа ПН-2

Предохранители типа ПН-2 ( П - предохранитель, Н - насыпной) применяются для защиты силовых цепей до 500В переменно­го и 440В постоянного тока и изготовляются на номинальные токи до 1000А, предельный отключаемый ток - до 50 кА.

Корпус предохранителя 1 (рисунок 9.4) изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки 2 и на­полнитель - кварцевый песок 3.

Рисунок 9.4 - Предохранитель типа ПН-2

Снаружи корпус имеет форму квадрата, внутри - цилиндра. Плавкие вставки привариваются к диску 4, который крепится к пластинам 5, связанным с контактным ножом 9. Пластины 5 закрепляются на корпусе с помощью винтов 10, которые ввинчиваются в отверстия с резьбой.

Плавкая вставка выполняется из медной ленты толщиной 0,1 - 0,2 мм. Для получения эффекта токоограничения вставка имеет суженные се­чения 8. Разбивка плавкой вставки на несколько параллельных ветвей - ленточек (на рисунке 9.4 их три) позволяет более полно использовать объем наполнителя.

Для снижения температуры плавления вставки ис­пользуется металлургический эффект - на полоски меди напаяны шарики олова 7.

В качестве наполнителя используется чистый кварцевый песок. При коротком замыкании плавкая вставка сгорает и образуется дуга, которая горит в канале, образованном песчинками. Кварцевые песчинки имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую по­верхность. Ускорение гашения дуги происходит за счет быстрого отвода тепла из зоны горения дуги к холодным стенкам предохранителя, снижению температуры горения дуги и усилению процесса деионизации. После срабатывания предохранителя он не ремонтируется, а заменяется новым.

Малые габариты, незначительная затрата дефицитных материалов высокая токоограничивающая способность, не высокая стоимость являются достоинствами пре­дохранителя ПН-2.

В последнее время согласно сообщениям заводов- изготовителей предохранители типа ПН-2 снимаются с производства, и вместо них будут выпускаться предохранители типа ППН-33 (Кореневский завод низковольтной аппаратуры) и предохранители типа ПП-32 (Завод « Электроаппарат, г. Курск)

Основным недостатком предохранителей является однократность их действия и необходимость замены после этого плавкой вставки или всего предохранителя. В настоящее время в электроустановках до 1000В вместо предохранителей все чаще применяют автоматические выключатели.