Диссертация (1172950), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При кратности тока перегрузки свыше 16, на проводникахутолщения и утончения (шейки) не образуются, поскольку время от началадействия сверхтока до момента разделения проводника составляет менее 1 - 2секунд. За данный период времени медный проводник не успевает достичьтемпературы плавления, без которой образование утолщений и утончений невозможно.Приизучениидинамикиобразованияутолщенийиутонченийнаповерхности проводника установлено, что повреждения формируются послеразрыва, то есть в процессе остывания проводника.В таблице 1, в качественаглядного примера приведены фотоснимки проводника в процессе протеканияпо нему сверхтока с 14 кратной перегрузкой.
Как видно из фотоснимков, на 0,60сек после разрыва проводника, сечение еще не изменилось и остается примерноодинаковым на зафиксированном участке. Уже на 0,68 сек, на поверхностипроводника начинается движение массы расплавленного металла. По мереостывания проводника происходит увеличением диаметра сечения в одном месте86и потеря сечения в другом. К 9,28 сек, на поверхности медного проводникасформировалось утолщение.Исходя из результатов морфологического анализа полученных образцов иизучения динамики протекания процесса перегрузки, выдвинуто предположение отом, что формирование расплавленного металла (жидкой фазы) на поверхностипроводника(твердойфазы)происходитподдействиемповерхностногонатяжения.Как известно, поверхностное натяжение – это стремление вещества(жидкости или твердой фазы) уменьшить избыток своей потенциальной энергиина границе раздела с другой фазой. В случае жидкой поверхности раздела фаз,поверхностное натяжение можно рассматривать также как силу, стремящуюсясократить поверхность до минимума при заданных объемах [2, 6].Жидкости, при отсутствии внешнего воздействия, благодаря поверхностномунатяжению принимают форму шара, что соответствует минимальной поверхностии минимальному значению свободной поверхностной энергии.
Среди жидкостейнаибольшее значение поверхностного натяжения имеютрасплавы металлов.Поверхностное натяжение при повышении температуры, уменьшается, при этомплощадь раздела фаз увеличивается [2, 6].Таким образом, после разрыва проводника, за счет сил поверхностногонатяжения жидкая - расплавленная часть проводника пытается сократитьповерхность раздела фаз до минимума и приобрести шарообразную форму, тоесть утолщение, что наблюдается на проводнике (рисунок 3.35).а) 0,6 с (после разрыва)б) 0,64 св) 0,68 с87г) 0,72 сд) 0,76 се) 9,28 сРисунок 3.35 – Формирование расплавленного металла на поверхности медногопроводника при токовой перегрузке 14 кратНа участке проводника, рядом с местом формирования утолщения, наоборот,за счет оттока жидкой поверхностной фазы происходит уменьшение сеченияпроводника - образование утончений - шеек (рисунок 3.36).Рисунок 3.36 – Утолщения и утончения образовавшиеся на поверхности медногопроводника в результате протекания токовой перегрузки кратностью свыше 4 ÷ 5В случае, когда участок проводника плавится по всей площади сечения,происходит разрыв.
Данный механизм разрыва проводника справедлив прикратности токовой перегрузки, не превышающей 16 крат.Исходя из результатов проведенных опытов, высказано предположение отом, что при кратности тока перегрузки в диапазоне 12-16 крат разрывпроводника происходит как вследствие оплавления, так и вследствие проявления,так называемого пинч-эффекта(эффект самосжатияразряда).Механизмобразования разрыва зависит от скоротечности протекания того или иногопроцесса.Как известно, пинч-эффект – это сжатие токового канала проводника поддействием магнитного поля, индуцированного самим током. При нормальномрежиме работы пинч-эффект не возникает, т.к. сжатию магнитного поля88препятствует газокинетическое давление проводящей среды, обусловленноетепловымдвижениемеёчастиц,силыэтогодавлениянаправленыперпендикулярно оси токового канала (рисунок 3.37а).
Однако при достаточнобольшомтокеперепадмагнитногодавлениястановитсябольшегазокинетического, вследствие чего токовый канал сжимается, возникает пинчэффект, что приводит к деформации проводящего канала [2, 54], вплоть доразрушения проводника (рисунок 3.37б).а) Образование магнитного поля при протекании тока по проводникуб) Сжатие токового канала индуцированным магнитным полем, вследствиепротекания сверхтока (пинч-эффект)Рисунок 3.37 – Действие магнитного поля на токовый канал (проводник)Как было указано выше, при кратностях тока перегрузки выше 16 - 18 кратутолщения и утончения не успевают сформироваться.
Разрыв проводника приданных кратностях перегрузки происходит только вследствие пинч-эффекта.В ходе проведения экспериментов было установлено, что при токовойперегрузке 12 крат и выше, может происходить разделение проводника нанесколько частей.89На рисунке 3.38 приведены фотоснимки, на которых зафиксирован процессфрагментации проводника.а) 0,00 сб) 0,16 св) 0,28 сг) 0,4 сд) 2,32 сРисунок 3.38 – Разделение медного проводника в нескольких точках в ходетоковой перегрузки 14 крат (овалами отмечен участок разделения проводника)90Как видно из фотоснимков, на участке, отмеченном кругом, происходитпостепенная потеря сечения.
На 0,28 сек, от момента обнаружения визуальныхпризнаков повреждения проводника, происходит разрыв токоведущей жилы. Вместе разрыва образуется «мостик» который замыкает электрическую цепь дляпрохождения тока. К 0,4 сек, происходит разрыв проводника в другом месте, аобразовавшийся «мостик» пропадает.
В результате данного процесса образуютсяотдельные фрагменты с оплавлением жилы с двух концов.Описанное явление можно объяснить тем, что в месте первичного разрывапроводника (электрической цепи) при увеличении тока до определённого уровняв воздухе между частями проводника возникает электрический пробой,зависящий от расстояния между ними. Данный процесс приводит к образованиюплазмы между проводниками и горению дуги. Во время пробоя междупроводниками возникает искровой разряд, который импульсно замыкаетэлектрическую цепь, образуя «мостик» для возобновления прохождения тока [76].Далее под действием электромагнитных сил происходит разрыв проводника вдругом месте.Втаблице3.7систематизированыобамеханизмаформированияповреждений медного проводника в зависимости от кратности токовойперегрузки.Таблица 3.7 – Механизм формирования повреждений медного проводника взависимости от кратности токовой перегрузкиКратность перегрузкиМеханизм формирования поврежденийплавлениепинч-эффект4 - 12+-12 - 16++91Более 16При-морфологическоманализе+былообнаружено,чтоповерхностьоплавления, образовавшегося в результате токовой перегрузки, имеет блочнуюструктуру (рисунок 1б).
Вероятно, такая структура может образовываться припервоммеханизмеформированияоплавлений–засчетдействиясилповерхностного натяжения при плавлении, когда отсутствует дуговой разряд.В случае же, когда оплавление образуется по второму механизму, за счетпинч-эффекта, на поверхности при морфологическом исследовании наблюдаютсяотдельные лунки (рисунок 1в), как и при коротком замыкании.Основные выводы по главе 3В ходе проведения экспериментов по моделированию пожароопасныхаварийныхэлектрическихрежимовиисследованиявизуальнымиинструментальными методами оплавлений медных проводников были полученыследующие результаты:1 Действие тока перегрузки приводит к разделению медного проводника начасти, а также к появлению на его поверхности характерных следов: вздутий,утолщений и шеек.2 Вздутия на поверхности медного проводника образуются только при наличиина нем целой изоляции.3 При разделении медного проводника на части в результате токовой перегрузкина его концах в зонах разрыва могут образовываться оплавления различнойформы.
Морфология таких оплавлений сходна с последствиями воздействия напроводник дуги КЗ.4 При перегрузке более 12 - 14 крат действие сверхтока приводит к разделениюмедного проводника на несколько частей, т.е. к фрагментации.5 Количественная оценка следов токовой перегрузки (вздутий, утолщений, шееки фрагментации) показала их зависимость от кратности тока перегрузки.
Такколичество вздутий увеличивается при увеличении кратности сверхтока.926 Протекание сверхтока в медном проводнике вызывает в нем образованиеспецифических следов, которые могут быть выявлены методом металлографии.К числу таких следов относятся: поверхностное и межпроволочное оплавление,оплавление границ зерен, макропора в центральной части оплавления.7 Содержаниекислородавоплавлениях,вызванныхтокамиперегрузкиварьируется – от 0,05 до 0,39 % и выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
