Vzájemné působení konstrukčních materiálů a spínacího oblouku ve spínacích přístrojích nízkého napětí

Abstract

Dizertační práce je zaměřena na interakci konstrukčních materiálů a spínacího oblouku ve spínacích přístrojích nízkého napětí. V teoretické rovině je rozebrána problematika vybraných elektrických přístrojů nízkého napětí, elektrického oblouku v elektrických přístrojích a jeho diagnostiky pomocí optické emisní spektroskopie a vysokorychlostního videa. Těžiště práce tvoří experimentální zkoumání vzorků vybraných výkonných průmyslových plastů. Tyto plasty byly podrobeny důkladným testům odolnosti vůči elektrickému oblouku. Z provedených experimentů byly vyhodnoceny elektrické parametry spínacího procesu, hmotnostní úbytky materiálu zhášecích komor při aplikaci různých výkonových parametrů a stanoveny empirické rovnice pro výpočet úbytku jednotlivých materiálů v konkrétní konfiguraci. Dále byl zkoumán vliv použitého materiálu na samotné chování elektrického oblouku ve zhášecí komoře vyrobené právě z těchto plastů. V těchto měřeních bylo nahráváno vysokorychlostní video, měřen časový vývoj tlaku uvnitř komory, elektrické parametry oblouku a časově rozlišený vývoj spekter záření pomocí atomové emisní spektroskopie. Ze spekter záření byla provedena identifikace relativního složení plazmatu, vytvořen časový vývoj relativní kontaminace výbojového prostoru hlavním materiálem kontaktů a vybrané výpary použitých plastů. Neposledním důležitým parametrem elektrického oblouku je jeho teplota, která byla též vypočítána ze spekter záření. Na základě získaných dat bylo provedeno porovnání jednotlivých plastů a jejich použitelnosti pro aplikace v kontaktu s elektrickým obloukem.

The doctoral thesis is focused on the interaction of construction materials and the switching arc in low voltage switchgear. An issue of selected low-voltage electrical devices, electric arc in electrical devices, and its diagnostics using optical emission spectroscopy and high-speed video are discussed at the theoretical level. The main part of the work is an experimental examination of samples of selected high-performance industrial plastics. A series of tests of resistance to an electric arc were performed on these plastics. The electrical parameters of the switching process, the weight losses of the material of the quenching chambers when applying various power parameters were evaluated from the experiments. The empirical equations were determined for the calculation of the loss of individual materials in a specific configuration. Furthermore, the influence of the used material on the behavior of the electric arc in the extinguishing chamber made of these plastics was investigated. A high-speed video was recorded, the time evolution of the pressure inside the chamber, the electrical parameters of the arc, and the time-resolved evolution of the radiation spectra were measured using atomic emission spectroscopy in these measurements. The relative composition of the plasma was identified from the radiation spectra, and the time evolution of the relative contamination of the discharge area by the main contact material and the selected vapors of the used plastics was created. The last important parameter of the electric arc is its temperature, which was also calculated from the radiation spectra. A comparison of individual plastics and their applicability for applications in contact with electric arc was performed based on the obtained data.