Arc erosion of contacts on switching high currents

• Autorzy: Borkowski Piotr

Warianty tytułu

PL

Erozja łukowa styków przy wyłączaniu dużych prądów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the state of knowledge on thermal-erosion processes of electric contacts of low-voltage switching equipment when switching under short-circuit conditions. Physical phenomena of the short arc are comprehensively described. The graphical models of the short arc and distribution model of the arc power delivered to the contacts are presented. New methods of the contact temperature measurements during electric discharge have been developed. The obtained test results are found to be related to change of the contact temperature as a function of the arc parameters like current value, energy, and (integral)idt. The tests have confirmed existence of the curve bending which expresses a relation between temperature rise and arc parameters for high currents. Location of this bending point depends on the contacts diameter and current values and is strongly related to thermal energy delivered to the electrodes. It has been observed that for each diameter of the contact it exists a particular arc energy quantity, for which the diameter of arc root is identical to the contact diameter. Therefore, the shape of the curve is changed. The obtained results confirmed the relationship of the arc erosion as a function of contact, which already was observed by other researchers.

PL

Artykuł przedstawia stan wiedzy o charakterystykach erozji łukowej styków oraz o procesach cieplno-erozyjnych w zestykach elektroenergetycznych łączników niskonapięciowych przy łączeniu prądów w warunkach zwarcia. Zaprezentowane zostały graficzne modele łuku krótkiego i rozdziału mocy z łuku do styków. Przedstawiony został bilans gęstości mocy cieplnej w zestyku z łukiem. Kompleksowo zostały opisane zjawiska fizyczne występujące w łuku krótkim. Zaprezentowane zostały również oryginalne badania zależności przyrostu temperatury styków od takich parametrów jak prąd, energia itp. Badania te potwierdziły istnienie punktu "załamania" krzywej wyrażającej zależność erozji łukowej od parametrów elektrycznych łuku w zakresie dużych prądów. Jego położenie zależy również od średnicy styków i związane jest przede wszystkim z ilością energii cieplnej dostarczanej do elektrod. Dla każdej średnicy styków istnieje taka wartość wielkości energetycznej łuku (prądu, całki łuku (całki)idt lub energii łuku), przy której średnice stóp łuku pokrywają się ze średnicą styków. Wartości te zależą od wymiarów styków (średniej powierzchni styków). Jest to zgodne z obserwacjami dokonanymi przez innych badaczy (Turnera, Abdel-Asisa i Schrödera).

Słowa kluczowe

EN

arc erosion; high current; contacts

PL

erozja łukowa; styki; prąd

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 53, nr 3
• Strony: 259--287
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Borkowski Piotr

• Institute of Electrical Apparatus, Technical University, Łódź

Bibliografia

• 1. Walczuk E.: Vergleichbarkeit von Versuchsergebnissen aus Abbranduntersuchungen mit Kontaktwerkstoffen der Energietechnik: Teil 1: Unntersuchungen, Einfluβgröβen, Zusammenhange und Interpretation der Ergebnisse. Etz Archiv, 9 (1987) H. 10, pp. 333-338. Teil II. Mathematische und Physikalische Korrelationen. Etz Archiv, 9 (1987) H. 11, pp. 365-370.
• 2. Gremmel H.: Das Abbrandverhalten der Elektroden von Starkstromlichtbogen bei kurzer Lochtbogendauer. Dissertation Thesis Braunschweig University, 1963.
• 3. Schröder K. H.: Abbrandverhalten öffnender Kontaktstucke bei Beanspruchung durch magnetisch abgelenkte Starkstromlichtbögen. Dissertation Thesis Braunschweig University, 1967.
• 4. Abdel Asis M.: Auswirkung des Schaltlichtbogens auf Kupfer- Kontaktstucke und Schaltflüssig-keiten beim Ausschalten von Wechselstromen von 1 bis 18 kA. Dissertation Thesis Braunschweig University, 1972.
• 5.Sun M., Wang Q., Lindmayer M.: The model of interaction arc and AgMeO contact materials. Proc. 38th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Philadelphia, 1992, pp. 27-32.
• 6. Tschalakoff I.: Einfluβ der Abmessungen und der Kontaktöffnung von Abhebekontaktstüücken auf den Kontaktabbrand. Elektrie, Bd. 23, 1969, pp. 287-288.
• 7. Dimitrow D.: Das Abbrandverhalten unsymmetrischer Elektrodenpaare bei Beans pruchung durch Hochstromlichtbögen. Dissertation Thesis Ilmenau, 1970.
• 8. Parvanov P.: Untersuchung des Kontaktebbrandes in Abhängigkeit vom Ausschaltzeitpunkt Innerhalb Einer Stromhalbschwingung. Proc. 8th International Conference on Electrical Contact Phenomena, Tokio, 1976, pp.38-40.
• 9. Walczuk E., Stolarz S.: Investigations of technical properties ofAg/W contact materials for the moulded case circuit breakers. Proc. 11 th Int. Conf. on Electric Contact Phenomena. Berlin 1982, pp.180-191.
• 10. Walczuk E.: Untersuchungen des Abbrandverhaltens von Kontaktwerkstoffen für Niederspannungs-Leistungsschaltern. Metall, 40J. April 1986, H. 4, pp. 373-377.
• 11. Walczuk E.: Enfluβ der Abmessungen von Kontaktauflagen auf das Abrandverhaltes in Niederspannungs-Leistungsschalter. Etz Archiv, Bd. 8, 1986, pp. 285-291.
• 12. Walczuk E.: Arc erosion of high current in the aspect of CAD of switching devices. Proc. 38th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Philadelphia, 1992, pp. 1-16.
• 13. Walczuk E., Boczkowski D., Błaszczyk H., Kaliszuk K.: Computer-aided in-vestigations of erosion behavior and contact resistance of W-Ag50 contact materials. Proc. 8th International Conference SAP&ETEP, Łódź, 3-6 September 1997, pp. 208-216.
• 14. Turner C., Turner H. W.: The erosion of heavy current contacts and materiał transfer produced by arcing. Proc. 4th Int. Conf. On Electric Contact Phen., Swanesa, July 1968, pp. 196-200.
• 15. Wilson W. R.: High-Current Arc Erosion of Electric Contact Materials. AIEE Transact., 74, III, 1955, pp. 657-663.
• 16. Turner H. W., Turner C.: Discontlnuous contact emsion. Proc. 3rd International Research Symposium on Electrical Contact Phenomena, Orono, 1966, pp. 309-320.
• 17. Kurne M., Fukui A.: Evaluation of current intemipting characteristics of contacts in a.c, low voltage, high current regions. Proc. 8th International Conference on Electric Contact Phenomena. Tokio, 1976, pp. 640-644.
• 18. Lindmayer M., Roth M.: Contact resistance and arc erosion of W/Ag and WC/Ag. IEEE Trans. Components Hybrids and Mfg. Tech., Vol. CHMT-2, No 1, March 1979, pp. 70-75.
• 19. Rumszyski L. Z.: Matematyczne opracowanie wyników eksperymentu. (Mathematical jomultion of experiment results — in Polish). WNT, Warszawa, 1973.
• 20. Kutzner J.: Przepływ plazmy w dyfuzyjnym wyładowaniu łukowym w próżni. Praca habilitacyjna (Plasma flow in a diffusion arc discharge in vacuum. Habilitation thesis — in Polish). Politechnika Poznańska, ZNPP No 293, 1993.
• 21. Dzierzbicki St.: Wysoko-napięciowe aparaty łączeniowe. Zasady działania. (High-voltage switchgear. Principles of operation — in Polish). WNT, Warszawa, 1962.
• 22. Ciok Z.: Procesy łączeniowe w układach elektroenergetycznych (Switching processes in electric power systems — in Polish). WNT, Warszawa, 1983.
• 23. Höft H.: Bestimmungsgrössen des abschaltlichtbogens. Proc. 7th ICECP, Paryż, 1974, pp. 273-279.
• 24. Erk A., Finke H.: Über das Verhalten unterschiedlicher Kontaktwerkstoffe beim Einschalter. prellender Starkstrom-Schaltglieder. ETZ-A, 1965, H. 9, pp. 297-302.
• 25. Walczuk E.: Über die Lichtbogenspannung beim Einschaltprellen in den Schaltgeräten. Kontakte in der Elektrotechnik, Berlin, 1967, pp. 169-175.
• 26. Bolanowski B.: Bilans mocy łuku prądu stałego niskiego napięcia ze szczególnym uwzględnieniem obszaru przykatodowego (Balance of power for DC low-voltage arc, especially in area near the cathode — in Polish). Praca doktorska, Politechnika Łódzka, 1964.
• 27. Rieder W.: Leistungsbilantz der Elektroden und Charakteristiken frei brennender Niederstrombögen. Z. Phys. 146, 1956, pp. 629-643.
• 28. Walczuk E., Błaszczyk H., Boczkowski D.: Computer-aided investigations of arc erosion characteristics and contact resistance. Proc. 7th Int. Conf. SAP, Łódź, 1993, pp. 274-280.
• 29. Borkowski R., Walczuk E., Wysocki T.: Komputerowy program zautomatyzowanego stanowiska pomiarowego do badań erozji i rezystancji styków (The computer program for automated measuring stand for testing the erosion and contact resistance — in Polish). III Konferencja Naukowo-Techniczna Zastosowania komputerów w Elektrotechnice, 20-22.04.1998, PoznańYKiekrz. pp.217-221.
• 30. Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J.: Termometria. Przyrządy i metody (Temperature measurements. Instruments and methods — in Polish). Politechnika Łódzka, Łódź, 1998.