Electric Arc Erosion Phenomena in Low Voltage

Electric Switches with AgNi Contacts

Phénomènes d’érosion par l’arc électrique

des appareillages électriques basse tension

à contacts en AgNi

L. Chaâbane1*, M. Sassi2, H. Fattoum3, A. Lajnef 3

1 Laboratoire de Recherche en Automatique, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis,Tunisie

2 The Petroleum Institute P.O.Box 2533 Abu Dhabi, UAE

3 Laboratoire des Systèmes Electriques, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis, Tunisie

* Corresponding author. E-mail:leila.chaabane@enit.rnu.tn

Received : 08 January 2005; revised version accepted :04 May 2005

Abstract

The objective of this work is to study the structural change and the behavior of low voltage electrical switches under the effect of electrical arc erosion phenomena. The problem of erosion is regarded as the essential problem of the contacts, and the design of the latter depends directly on the erosion that they undergo. The combined performance of the material, in electrical conduction and in erosion, is at the basis of the design and the sizing of the contact apparatus.

The structural change and the behavior in erosion are determined on the basis of endurance tests. The latter were made, in the factory, on switches whose contacts were made of AgNi88/12, and this was done, according to the NFC 61-110 standard. The obtained results showed different erosion characteristics and behavior from those usually observed on isolated contact testing machines.

In order to determine the nature of the observed deposits on the contact surfaces, analyses by micro-graphs from the electron microscope were made at the National Institute of Research and Physicochemical Analysis (INRAP) and shown various behaviors in erosion according to the number of operations: oxide formation on the surface, intense vaporization and wrenching of the basic material and contamination by carbonaceous deposits coming from the isolated wall of the apparatus. This last phenomenon was only observed until now on high voltage circuit breaker devices.

Keywords: Electrical switches; Material; Erosion; Electric arc; AgNi contacts;Endurance.

Résumé

L’objectif de ce travail est l’étude de la tenue et du comportement en érosion par l’arc électrique d’interrupteurs basse tension.

Le problème de l’érosion est considéré comme le problème essentiel des contacts, et le dimensionnement de ces derniers dépend directement de l’érosion qu’ils subissent. Par la performance combinée du matériau, en conduction et en érosion, ce dimensionnement est à la base de la conception de l’appareil.

La tenue en érosion est conclue suite à des essais d’endurance. Ces derniers ont été faits en usine sur des appareillages dont les contacts étaient en AgNi88/12, et ce, selon la norme NFC 61-110. Les résultats trouvés ont montré des phénomènes en érosion différents de ceux que l’on peut rencontrer lors d’essais sur machine sur des contacts isolés.

Afin de connaître la nature des dépôts observés sur la surface des contacts, des analyses par micrographie au microscope électronique ont été faites à l’Institut National de Recherche et d’Analyse Physico-chimique (INRAP) et ont montré différents comportements en érosion selon le nombre de manœuvres : formation d’oxydes en surface, vaporisation intense et arrachement du matériau de base et contamination par des dépôts carbonés provenant de la paroi de l’appareillage. Ce dernier phénomène n’a été observé jusqu’à maintenant que pour les appareillages à fort courant d’arc.

Mots clés : Contact électrique ; Matériau ; Erosion ; Arc électrique ; Tenue à l’érosion ; AgNi ; Endurance.


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