Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2020 - zeszyt 7

Heating of an electrical contact by a vacuum arc

10.15199/48.2020.07.27

nr katalogowy: 126993
10.15199/48.2020.07.27

Streszczenie

The electric arc is a self-sustained electric discharge characterized by a very high current density at the cathode and a low cathode voltage. This corresponds to high power densities causing heating, melting and evaporation of the electrical contact. The erosion of an electrical contact implies a limitation of the lifetime of the electrodes in the electric interruption devices. The cathode and anode spot are defined as superheated regions of cathode and anode surfaces from which the metal vapor emerge. The Heat sources of a contact are the Joule heat produced by the current and the impinging positive ions on the surfaces. The hot surface emits electrons and metal vapor. In this paper, the heating process of an electrical contact with an electric arc in vacuum is considered. We present a numerical simulation of an electrical contact heated by an arc in vacuum for tungsten, copper and aluminum electrodes. The purpose is the identification of the main source of heating of the electrical contact in vacuum arc discharge. We also investigate the time needed for an electrode to reach the melting and vaporization temperature and compare these times to those experimentally obtained by some authors on arcs with duration less than 100 nanoseconds.

Abstract

W artykule analizowano proces nagrzewania elektrod kontaktu w próżni. Przedstawiono numeryczną symulację nagrzewania przez wyładowanie elektryczne. Analizowano też czas po którym metal topnieje I odparowuje. Nagrzewanie elektrycznych kontaktów przez wyładowanie w próżni

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] M. Messaad., Contribution a l'Etude Théorique de la Région Cathodique d'un Arc Electrique dans le Vide, These de Doctorat d’état, USTO, 2007.
[2]. B. Bessis, M. Messaad, H. Khoriez (2018), Study of electron emission at the cathode in an arc discharge. Springer Electrical Engineering 100:2737–2742.
[3] S.Vacquie., L’arc Electrique, Edition Eyrolles, 2000.
[4] G. A. Mesyats., Cathode Phenomena in a Vacuum Discharge: The Breakdown, the Spar, and the Arc, Nauka, 2000.
[5] M. Messaad, A. W. Belarbi, M. Abbaoui, A. Lefort., Numerical Model on The Interaction of a Vacuum Arc With a Copper Cathode , International Journal of Iron and Steel of Japan, Vol. 46, N°11, pp.1618-1625, 2006.
[6] J. E. Daalder., Diameter and Current Density of Single and Multiple Cathode Discharges in Vacuum, IEEE Trans.Power Appar. Syst. PAS-93, pp. 1747-57, 1974.
[7] B. E. Djakov, R. Holms., Cathode Spot Structure And Dynamics in Low-Current Vacuum Arcs, J. Phys. D: Appl. Phys., Vol.7, pp. 569-580, 1974.
[8] V. F. Puchkarev, A. M. Murzakaev., Current Density and the Cathode Spot Lifetime in a Vacuum Arc at Threshold Current, J. Phys. D: Apply. Phys. Vol.23, pp. 26-35,1990.
[9] A.Anders, S. Anders, B. Jüttner, H. Pursch, W. Bötticher, H. Lück, G. Schröder., Pulsed Dye Laser Diagnostics of a Vacuum Arc Spot, IEEE. Trans. Plasma. Science, Vol. 20, pp. 466-472,
[10] B. Jüttner., Cathode Spots Phenomenology, in Handbook of Vacuum Arc Science and Technology Fundamentals and Applications, edited by R.L. Boxman, P.L. Martinand D.M. Sanders, Noyes Publications, Park Ridge NJ USA, p. 73-151,
[11] B. Jüttner., Cathode Spots of Electric Arcs, J. Phy. D: Apply. Phy. Vol.34, pp. R103-R123, 2001.
[12] B. Jüttner., Nanosecond Displacement Times of Arc Cathode Spots in Vacuum, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, Vol. 27, N°. 4, pp. 836-844, 1999.
[13] J. E. Daalder., Cathode erosion of metal vapor arcs in vacuum, Ph.D. dissertation, Tech. Univ. Eindhoven, , 1978.
[14] G. Ecker., Unified Analysis of the Metal Vapor Arc, Zs. f. Naturforschg., vol. 28a, N°. 3/4, pp. 417–428, 1973.
[15] V. I. Rakhovsky., Experimental study of the dynamics of cathode spots development, IEEE Trans. Plasma Sci., vol. PS- 4, pp. 81–102, Apr.1976.
[16] B. Juttner., Erosion craters and arc cathode spots in vacuum, Beitr.Plasma Phys., vol. 19, N°. 1, pp. 25–48, 1979.
[17] M. Messaad, A. W. Belarbi, A. Lefort , M. Abbaoui (2006) Model of the Interaction for a low current Vacuum Arc Cathode Region. Effect of the electronic temperature, Acta Electrotechnica et Informatica. N°. 3, Vol. 6: 64-72.
[18] M. Messaad, A. W. Belarbi, M. Abbaoui , A. Lefort , “A simple model for the Interaction of a a low current Vacuum Arc with a Copper cathode’’, Journal of Engineering Physics and Thermophysics (JEPTER), Vol. 80, N°6, 1130-1139, 2007.
[19] X. Zhang, L. Wang , J. Ma, Y. Wang, S. Jia, Improved model for cathode spot crater in vacuum arc, J. Phys. D: Appl. Phys. 52 (2019) 035204.
[20] X. Zhang, L. Wang, S. Jia, D.L. Shmelev, Modeling of Cathode Spot Crater Formation and Development in Vacuum Arc, J. Phys. D: Appl. Phys, Vol.50, N°45, pp.14-32, 2017.
[21] L. Wang, X. Zhang, Y. Wang, Z. Yang, S. Jia, Simulation of cathode spot crater formation and development on CuCr alloy in vacuum arc, PHYSICS OF PLASMAS, Vol. 25, N°4, pp.3511, 2018.
[22] H. T. C Kaufmann, M. D Cunha, M. S Benilov, W. Hartmann, N. Wenzel, Detailed numerical simulation of cathode spots in vacuum arcs: interplay of different mechanisms and ejection of droplets, J. Appl. Phys. Vol.122, N°16, pp. 163303-1-14, 2017.
[23] G. A. Mesyats I. V. Uimanov, Semiempirical Model of the Microcrater Formation in the Cathode Spot of a Vacuum Arc, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, Vol. 45, N°. 8, 2087-2092, 2017.
[24] S. A. Barengolts, D. L. Shmelev, I. V. Uimanov, Pre-Explosion Phenomena Beneath the Plasma of a Vacuum Arc Cathode Spot, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, Vol.43, N°. 8, pp. 2236-2240, 2015.
[25] G. A. Mesyats I. V. Uimanov, Hydrodynamics of the Molten Metal During the Crater Formation on the Cathode Surface in a Vacuum Arc, IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, Vol. 43, N° 8, pp. 2241- 2246, 2015.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2020-7 , nr katalogowy 126993 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2020-7 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2020-7

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma