6-4. НАПОЛНИТЕЛЬ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ С ЗАКРЫТЫМ ПАТРОНОМ
Зерна наполнителя в относительно малом объеме имеют большую поверхность. Поэтому они могут быстро аккумулировать много энергии. Наполнитель охлаждает газы, резко снижает давление в патроне, деионизирует ствол дуги. В относительно непрочном патроне с наполнителем можно разорвать мощную дугу без внешнего светового эффекта. Лучшее использование объема наполнителя получается при применении вставки, разбитой на параллельные участки, равномерно расположенные по объему, занимаемому наполнителем. Под влиянием сверхтока они перегорают неодновременно. На участках, сгоревших первыми, сначала не образуется дуги, так как они зашунтированы другими. При неиндуктивной нагрузке дуга возникает только на участке, сгоревшем последним. В более тяжелых условиях — при индуктивной нагрузке после сгорания последнего участка пробиваются промежутки на остальных параллельных участках, образовавшиеся при их плавлении. На промежутках появляются дуги, которые на всех участках будут гореть одновременно при тех достаточно больших токах, при которых вольт-амперные характеристики—возрастающие (§ 6-5).
Добавочные меры по более равномерному распределению энергии указаны в § 6-8. В рационально сконструированных предохранителях полностью используется почти весь объем патрона. Все это дает возможность сделать предохранители с наполнителем компактными и дешевыми.
Наполнитель должен иметь определенный размер зерен. Увеличение размеров зерен уменьшает их суммарную поверхность, аккумулирующую энергию. Уменьшение размеров зерен затрудняет проникновение газов внутрь наполнителя. Как первое, так и второе могут вызвать чрезмерное давление при коротком замыкании (рис. 6-2) [Л. 6-3].
Чем мельче зерно, тем легче формируется путь тока сначала по расплавленному металлу (ему некуда вытечь), а затем и по расплавленному наполнителю, в результате чего предохранитель может не отключить тока. Это явление особенно вероятно при малых (критических) значениях тока. Чем больше отключаемый ток, тем меньшими должны быть зерна. Чем больше толщина плоской или диаметр круглой вставки, тем крупнее должны быть зерна наполнителя. Размеры зерен влияют на условия охлаждения при прохождении тока через нулевое значение. Этим также обусловлено их влияние на условия отключения малых токов. Размер зерен влияет и на другие характеристики патронов (§ 6-6 и 6-7).
Наиболее распространенным наполнителем является кварцевый песок. Он называется инертным наполнителем, так как при горении дуги не выделяет газов. Каждый грамм его может аккумулировать энергию 2 кет • сек [Л. 6-5]. Обычно применяется сухой кварцевый песок с содержанием не менее 99% Si02. По-видимому, иногда можно применять и речной песок с содержанием 98% Si02. Однако вследствие большего коэффициента расширения он может вызвать разрыв патрона [Л. 6-3], а из-за большего количества примесей он может ухудшить условия работы при малых токах. Даже кварцевый песок очень склонен к образованию токопроводящего пути, так как он имеет низкую температуру плавления, а в жидком виде — малое удельное электрическое сопротивление. Жидкое стекло растворяет металл и образуются силикаты металлов, имеющие еще меньшее сопротивление, чем песок. При одинаковых вставках и одинаковых условиях в электрической цепи неотключение малых токов гораздо более вероятно, когда вставка находится в песке, чем когда она в воздушной среде. Поэтому предохранители с песчаным наполнителем надо тщательно испытывать на отключение критических значений тока. При постоянном токе неотключение малых токов более вероятно, чем при переменном. При медных и серебряных плавких вставках диаметром до 0,5 мм или толщиной до 0,2 мм применяют наполнитель, имеющий зерна размером 0,1—0,2; 0,2 — 0,3 или 0,3 — 0,5 мм*. При больших сечениях вставки применяют наполнитель с зернами размером 0,5 — 1 мм.
*Размеры зерен определяются по размерам отверстия в сите, через которое зерна проходят и не проходятВ одном из случаев, когда были применены цинковые вставки толщиной до 2 мм, для предотвращения длительного протекания тока по жидкому металлу пришлось применить гальку размером 1,5 — 4 мм.
В качестве наполнителя применяется также мел (СаС03). При изготовлении наполнителя с требуемыми размерами зерна из кусков мела получаются значительный отходы. Иногда для придания наполнителю требуемой рыхлости применяют меловую пыль, смешанную с асбеститом (асбестовым волокном). Для цинковых плавких вставок меловой наполнитель является наилучшим. Он хорошо работает при цинковых вставках толщиной до 1,5 — 2 мм, если размер зерен составляет 1— 2,5 мм. Это получается благодаря тому, что мел практически не образует токопроводящих путей, так как он разлагается с выделением С02, а остающийся СаО— очень тугоплавкий материал; зерна его в твердом состоянии плохо проводят ток благодаря большому переходному сопротивлению. Реакция разложения СаСОз поглощает энергию дуги. Образующийся углекислый газ способствует гашению дуги. Вместе с тем количество газа не столь велико, чтобы появилось опасное для патрона давление. При малых токах меловой наполнитель работает гораздо лучше песчаного. При больших токах нет ясно выраженной разницы между ними. Основной причиной, препятствующей широкому применению мела в качестве наполнителя, являются его дороговизна и дефицитность по сравнению с песком.
Изредка применяется гипс (CaS04). Он более склонен к образованию токопроводящих путей, чем мел.
Были попытки применить борную кислоту, но она генерирует много газа и создает чрезмерное давление в патроне.
