Wie wirkt sich das Kontaktmaterial auf die Lichtbogenspannung der Gleichstromunterbrechung aus? - Blog

Da bei der Gleichstromunterbrechung der Strom nicht auf natürliche Weise durch den Nullpunkt fließt, beruht die Lichtbogenlöschung hauptsächlich auf Methoden wie der Verlängerung des Lichtbogens, der Kühlung des Lichtbogens und der Erhöhung der Lichtbogenspannung, damit die Lichtbogenspannung die Versorgungsspannung übersteigt und dadurch den Stromabfall erzwingt. Das Kontaktmaterial hat direkten Einfluss auf die Lichtbogenspannung (Lichtbogenspannung/Spannung), was sich vor allem in folgenden Aspekten widerspiegelt:

1. Austrittsarbeit und Ionisierungsenergie von Kontaktmaterialien

Materialien mit geringer Austrittsarbeit und niedriger Ionisierungsenergie emittieren eher Elektronen und erzeugen Metalldampf, wodurch der Lichtbogen aufrechterhalten bleibt;

Solche Materialien haben normalerweise eine niedrigere Lichtbogenspannung, was für die Gleichstromunterbrechung ungünstig ist;

Materialien mit hoher Austrittsarbeit und hoher Ionisierungsenergie können die Aufrechterhaltung des Lichtbogens erschweren und zu einem Anstieg der Lichtbogenspannung führen.

Zum Beispiel:

Kupfer (Cu): niedrige Austrittsarbeit, relativ niedrige Lichtbogenspannung;

Wolfram (W), M (Mo): schwer zu verdampfen und zu ionisieren, hohe Lichtbogenspannung.

2. Dampfdruck des Kontaktmaterials

Materialien mit hohem Dampfdruck (wie Silber und Kupfer) verdampfen leicht unter dem Lichtbogen und liefern eine große Menge Metalldampf, um die Leitfähigkeit aufrechtzuerhalten, was zu einer niedrigen Lichtbogenspannung führt.

Materialien mit niedrigem Dampfdruck und hohem Schmelzpunkt (wie W und WC) erzeugen wenig Dampf, was zu einer geringen Leitfähigkeit der Lichtbogensäule und einer hohen Lichtbogenspannung führt.

Für die Gleichstromunterbrechung ist es vorteilhaft, die Lichtbogenspannung entsprechend zu erhöhen. Daher werden üblicherweise feuerfeste Materialien oder Verbundkontakte verwendet.

3. Einfluss des Kontaktmaterials auf den Spannungsabfall der Kathode

Die DC-Lichtbogenspannung kann wie folgt angenähert werden: [ U_arc=U_cathode U_plasma U_anode ] wobei der Kathodenspannungsabfall den größten Teil ausmacht. Der Spannungsabfall an der Kathode variiert je nach Material; Materialien mit hohen Schmelzpunkten und Austrittsarbeiten weisen einen großen Spannungsabfall an der Kathode auf; Das Kontaktmaterial beeinflusst direkt die Lichtbogenspannung, indem es das Verhalten des Kathodenflecks und den Kathodenspannungsabfall verändert.

4. Kontaktmaterial und Lichtbogenenergie, Metalldampf

Schmelzbare Materialien bilden im Lichtbogen eine große Menge Metalldampf, wodurch der Widerstand der Lichtbogensäule und die Lichtbogenspannung verringert werden. Feuerfeste Materialien reduzieren den Dampf, was zu einem hohen Widerstand der Lichtbogensäule und einer hohen Lichtbogenspannung führt.

Eine übermäßige Feuerfestigkeit kann jedoch zu ungleichmäßiger Kontakterosion und Schwierigkeiten bei der Feuerung führen, weshalb eine umfassende Betrachtung erforderlich ist.

5. Gängige Kontaktmaterialien und ihre Eigenschaften

Materialeigenschaften Einfluss auf die Lichtbogenspannung

Cu Gute Leitfähigkeit, leicht zu verdampfen. Geringere Lichtbogenspannung

Ag Gute Leitfähigkeit, hoher Dampfdruck, niedrige Lichtbogenspannung

W, Mo Feuerfestmaterial, niedriger Dampfdruck Höhere Lichtbogenspannung

CuW, AgW Umfassende Leitfähigkeit und Lichtbogenbeständigkeit – hohe Lichtbogenspannung

CuCr Wird häufig in Vakuumschaltern verwendet. Mäßige Lichtbogenspannung, der Lichtbogen kann leicht unterbrochen werden

6. Gesamteinfluss auf die Gleichstromunterbrechung

Kontaktmaterial beeinflusst:

Spannungsabfall an der Kathode

Metalldampfkonzentration

Leitfähigkeit der Bogensäule

Lichtbogenstabilität

Letztendlich bestimmend:

Bogengröße

Aktuelle Fallrate

Unterbrechungssicherheit und Kontakterosion

Einfach gesagt:

Leicht verdampfende Materialien mit geringer Austrittsarbeit → Lichtbogen ist leicht aufrechtzuerhalten, Lichtbogenspannung ist; Feuerfeste Materialien mit hoher Austrittsarbeit → Lichtbogen ist schwer aufrechtzuerhalten, die Lichtbogenspannung ist hoch, was für die Gleichstromunterbrechung günstiger ist.

Bei Bedarf kann ich weitere Lösungen in Kombination mit Vakuum-Gleichstromunterbrechung, SF6-Gleichstromunterbrechung oder bestimmten Leistungsschaltertypen anbieten.

Tulip Contact for Vacuum Circuit Breaker