auf die gewählte Schliffebene begrenzt.
Bild <xr id="fig:Microstructure of a powder metallurgical Ag CdO material"/><!--(Fig. 13.11)--> shows the microstructure of a zeigt das Gefüge eines Ag/CdO contact material after being affected by electrical arcing-Werkstoffes nach Lichtbogenbeanspruchung. In the lower part the starting material structure is visibleIm unteren Bildteil ist das Ausgangsgefüge des Kontaktwerkstoffeszu erkennen. In the upper part the de-mixing of the composite material through the effects of the switching arc is clearly demonstratedIm oberen Bildteil sind Werkstoffentmischungen zu sehen, diedurch Lichtbogeneinwirkung beim Schaltvorgang entstanden sind. This “switching structure” shows Dieses„Schaltgefüge“ weist in certain areas depletion of metal oxide which increases the probability of contact welding during subsequenbt make operationseinigen Bereichen eine Verarmung von Metalloxid auf,so dass beim Einschaltvorgang die Gefahr des Verschweißens der Kontaktstückebesteht. Additional analysis by XWeitere Untersuchungen mittels Mikrosonde in Kombination miteinem Raster-ray probing in a scanning electron microscope Elektronenmikroskop (SEMREM) allows the micro analysis of the elements present in the contact surface regionerlauben eine Analyse der an derOberfläche vorhandenen Elemente.
<figure id="fig:Microstructure of a powder metallurgical Ag CdO material">
[[File:Microstructure of a powder metallurgical Ag CdO material.jpg|right|thumb|Microstructure of a powder metallurgical Gefüge eines gesinterten Ag/CdO material after being affected by intense electrical arcingCdOWerkstoffes nach intensiver Lichtbogenbeanspruchung]]
</figure>
===<!--13.4.2-->Testing According to Prüfungen nach IEC/EN===
====<!--13.4.2.1-->Electrical LifeElektrische Lebensdauer====
The electrical life of contactorsDie elektrische Lebensdauer von in der Niederspannungs-Energietechnikhäufig eingesetzten Schützen, motor switchesMotorschaltern und Hilfsstromschaltern wirdnach Gebrauchskategorien festgelegt, and auxiliary current switches used in power engineering is classified into use categories which are shown die in <xr id="tab:Important Use Categories and Their Typical Applications for Contactors and Power Switches"/><!--(Tab. 13.1)-->zusammengefasst sind.
The making and breaking currents for tests Zur Prüfung der elektrischen Lebensdauer nach IEC/EN 60947-4-1 are shown sind für dieeinzelnen Gebrauchskategorien in <xr id="tab:Verification of Electrical Life Conditions for Make and Break Tests of Contactors and Motor Starters by Utilization Category"/><!--(Tab. 13.2)--> for the different use categories.die Ein- und Ausschaltbedingungenaufgeführt:
The electrical life of a motor switch is influenced primarily by arc erosion which is generated during make and break arcs on the contact surfaceDie Lebensdauer eines Motorschalters wird in erster Linie vom Abbrand bestimmt,der durch die Ein- und Ausschaltlichtbögen an den Kontaktstückenentsteht. During Bei der Prüfung nach der Gebrauchskategorie AC-3 testing, for which the make current is six time the nominal rated currentbeider der Einschaltstrom das 6-fache des Ausschaltstromes beträgt, the arc erosion is mainly caused by the make arcsist für dieHöhe des Abbrandes weitgehend der Einschaltvorgang maßgebend, especially if frequent contact bounces insbesonderewenn häufig Prellungen > 2 ms occurDauer auftreten. Therefore the bounce characteristic of switching devices primarily used for “normal” use Die Charakteristik desPrellvorganges beim Einschalten ist daher für den Abbrand der Kontaktstückein switching on and off electrical motors is of critical importanceSchaltgeräten, die überwiegend im Normalbetrieb (AC-3) eingesetzt sind,von außerordentlich großer Bedeutung. If make and break currents are the sameWenn bei den Schaltgeräten die EinundAusschaltströme gleich groß sind, as in the ultilisation categories wie nach den GebrauchskategorienAC-1 and 3 und AC-45, the break erosion dominates the arc erosion überwiegt der Ausschaltabbrand so much that make erosion can be neglectedstark, dass der Einschaltabbrandvernachlässigt werden kann.
<figtable id="tab:Important Use Categories and Their Typical Applications for Contactors
and Power Switches">
<caption>'''<!--Table 13.1:-->Important Use Categories and Their Typical Applications for Contactors and Power SwitchesWichtige Gebrauchskategorien und typische Anwendungsfälle für Schütze und Hilfsstromschalter'''</caption>
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
</figtable>
The electrical life for the utilization categories Die elektrische Lebensdauer in den Gebrauchskategorien AC-3, DC-3, and undDC-5 must be at a minimum muss mindestens 5% of the mechanical lifetime of a switching deviceder mechanischen Lebensdauer betragen.The conditions for make and break tests of auxiliary current switches and control circuit devices are described in IEC/EN 60947-5-1Die elektrische Lebensdauer von Hilfsstromschaltern ist i.d.R. Usually thevon untergeordneterelectrical life of auxiliary switches is of lesser importance since these devices see only smaller loadsBedeutung, da diese Geräte nur gering belastet werden. Under certain conditions however requirements for make and beak capacity can be as high as Es ist jedoch zubeachten, dass nach den Bestimmungen bezüglich des Ein- und Ausschaltvermögensunter bestimmten Bedingungen die 10 times the nominal current-fachen Werte der Bemessungs-Betriebsdaten verlangt werden, was hohe Anforderungen an die elektrischeFestigkeit der Schaltstrecke unmittelbar nach der Lichtbogen beanspruchungbzw. This results in very severe requirements on the dielectric strength and recovery voltage of the arc affected region immediately after arcingan die Wiederverfestigungsspannung der Kontaktwerkstoffe stellt.
<figtable id="tab:Verification of Electrical Life Conditions for Make and Break Tests of Contactors and Motor Starters by Utilization Category">
<caption>'''<!--Table 13.2:-->Verification of Electrical Life Conditions for Make and Break Tests of Contactors and Motor Starters by Utilization CategoryNachweis der elektrischen Lebensdauer. Bedingungen für das Ein- und Ausschalten von Schützen und Motorschaltern nach Gebrauchskategorien'''</caption>
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
|-
!Ultilisation CategoryGebrauchskategorie!CurrentNennbetriebsstrom!colspan="3" style="text-align:center"| Make operationEinschalten!colspan="3" style="text-align:center"| Break OperationAusschalten
|-
!
|-
|DC-1
|All valuesAlle Werte
|1
|1
|-
|DC-3
|All valuesAlle Werte
|2.5
|1
</figtable>
I<sub>e</sub> = Rated operational currentBemessungs-Betriebsstrom<br /> I = Make (ON) currentEinschaltstrom<br />I<sub>c</sub> = Break (OFF) currentAusschaltstrom<br />
U<sub>e</sub> = Rated operational voltage Bemessungs-Betriebsspannung <br />U = VoltageAngelegte Spannung<br />U<sub>r</sub> = Recovery voltageWiederkehrende Spannung
[[File:AC3 contact arc erosion of two differently produced Ag SnO2 contact materials.jpg|right|thumb|AC-3 contact arc erosion of two differently produced Ag/SnO<sub>2</sub> contact materials in a 37 kW contactor <b>1</b> Ag/SnO<sub>2</sub> 88/12, produced by conventional powder metallurgy with MoO<sub>3</sub> additive, extruded <b>2</b> Ag/SnO<sub>2</sub> 88/12, powder manufacturing by the reaction-spray process with CuO and Bi<sub>2</sub> O<sub>3</sub> additives, extruded]]
====<!--13.4.2.2-->Temperature RiseErwärmung (Übertemperatur)====
Testing for temperature rise is required only for switching devices in the new stageDie Prüfung der Übertemperatur wird nur für Schaltgeräte im Neuzustandvorgeschrieben. During use however over the entire life of the device no damages due to temperature rise are allowed in the device or at ist terminal pointsWährend des Betriebes dürfen im Verlaufe der gesamtenLebensdauer keine Schäden infolge zu hoher Temperatur im Gerät und an denAnschlüssen auftreten.
<figure id="fig:Maximum movable bridge temperature rise for different contact materials">
[[File:Maximum movable bridge temperature rise for different contact materials.jpg|right|thumb|Maximum movable bridge temperature rise for different contact materials Maximale Brückenübertemperaturfür verschiedene Silber-Metalloxid-Werkstoffe in a einem 132 kW contactor after high load kWSchütznach Schwerlastbeanspruchung(ACAC4-4Betrieb).I = 300 A (Dauerstrom) switching<b>1</b> Ag/CdO 88/12 sinteredgesintert undand extrudedstranggepresst
<b>2</b> Ag/SnO27.5In2O32.5
internally oxidizedinnerlich oxidiert
<b>3</b> Ag/SnO2 88/12
sintered and extrudedgesintert und stranggepresst<b>4</b> Ag/SnO2 11.5 WO3 0.5 sintered and extrudedgesintert und stranggepresst
<b>5</b> Ag/SnO2 11.6 MO4 0.4
sintered and extrudedgesintert und stranggepresst]]
</figure>
For the assessment of contact materials a temperature rise test is frequently performed after a specified number of switching operations accompanied by arcing Für eine Bewertung von Kontaktwerkstoffen wird häufig eine Erwärmungsprüfungnach einer bestimmten Anzahl von Schaltspielen unterLichtbogenbeanspruchung durchgeführt (<xr id="fig:Maximum movable bridge temperature rise for different contact materials"/><!--(Fig. 13.13)-->). The most important characteristic is the measured temeperature rise of the movable bridge contactsBesonders kritisch zubewerten ist dabei das Übertemperaturverhalten der Brückenkontaktstücke. If a certain upper limit of temperature is reached, adjacent plastic components may be irreversibly damagedBei Überschreiten eines gerätespezifischen oberen Grenzwertes der Temperaturkönnen bei benachbarten Kunststoffen irreversible Schäden auftreten.
====<!--13.4.2.3-->Analysis of the Switching SequenceAnalyse der Schaltvorgänge====
In switching devicesSchaltgeräten, which are actuated by AC actuator magnetsbei denen der Antriebsmagnet mit Wechselstrom erregt wird, the contact parts can close and open synchronously at a specific phase angle relative to the voltagekönnen die Kontaktstücke zu einem bestimmten Winkel, bezogen auf den Spannungs-zero of the supply voltageNulldurchgang einer Netzphase, synchron schließen und öffnen. Of similar importance is the sequence of closing and opening of the contacts with regards to the three phasesVon ähnlicherBedeutung ist, mit welcher Phasenfolge, d. The closing and opening delays define at which time delay after the first phase (or pole) the other phases close and openh. Reihenfolge der drei Phasen einesGerätes, das Schließen und Öffnen der Kontaktstücke abläuft. Der dabei auftretendeSchließ- und Öffnungsverzug gibt an, mit welchem zeitlichen Abstand nach derersten Phase die beiden anderen folgen.
Relevant experiments have shown that combined effects of synchronismEntsprechende Untersuchungen habengezeigt, phase sequence and switching delay candass die Überlagerung der Effekte Synchronismus, under severe adverse conditionsPhasenfolge undSchaltverzug bei einer ungünstigen Konstellation zu einer extremen Beanspruchung der Kontaktstücke,besonders bei einer der drei Phasen führen kann. Dielead to extreme damageFolgen sind Frühausfälle dieser Phase und somit des kompletten Schaltgerätes, especially on at least one of the phases or poles. They are the cause of early failure of this phase and therefore the complete switching device and can happen as early as after only die unabhängig vom Kontaktwerkstoff bereits bei 30% of the normally expected lifetimeder Nennlebensdauerauftreten können. Because of variations Aufgrund der teilweise starken Streuung der mechanischenKennwerte der Schalt-geräte innerhalb einer Fertigungscharge ist die Lebensdauerprüfungin the mechanical characteristics of switching devices from manufacturing processes life testing cannot be performed on one device aloneeinem einzelnen Schaltgerät nicht aussagekräftig. Only statistical analysis of tests from multiple device samples can be used as reliable resultsErst diestatistische Auswertung einer großen Zahl von Prüflingen könnte zu einem verwertbarenErgebnis führen. Such a procedure is however time consuming and costlyDiese Vorgehensweise ist aber sehr aufwendig. If however every single switching operation during a test is monitored for bounce behaviorWird jedoch nach einem speziellen Messverfahren jede einzelne Schaltung bezüglichdes Prellvorgangs, onder Ein- and offund Ausschalt-switching synchronization and related phase sequencing and phase delayssynchronismen, the arc moving behaviorder damitverbundenen Phasenfolgen und Schaltverzüge, and especially arc energy which is transferred during make and break arcing to the contact pieces, and then these data are properly analyzed, is it possible to assess a specific contact material from a test in only one device alone. Only statistical analysis of tests from multiple device samples can be used as reliable results. Such a procedure is however time consuming and costly. If however every single switching operation during a test is monitored for bounce behaviorder Lichtbogenlaufeigenschaftenund vor allem der Energie, ondie während der Ein- and offswitching synchronization and related phase sequencing and phase delays, the arc moving behaviorund Ausschaltvorgänge andie Kontaktstücke abgegeben wird, and especially arc energy which is transferred during make and break arcing to the contact piecesanalysiert, and then these data are properly analyzed, is it possible to assess a specific contact material from a test so kann schon die Prüfung in only one deviceeinem einzelnen Schaltgerät zur Bewertung eines Kontaktwerkstoffes führen.
====<!--13.4.2.4-->Switching CapacitySchaltvermögen====
The main requirement for low voltage power switches is the withstanding of high short circuit currents. The short circuit switching capacity of power switches is determined in tests according to IEC/EN 60947-2 <xr id="tab:Testing for the Short Circuit Breaking Capacity of Low Voltage Power Switches According to IECEN 60947-2 (Shortened Summary)"/><!--(Tab. 13.3)-->. These test differentiate between the maximum short circuit current switching capacity (ultimate current limit) I<sub>CU</sub> and the operational (or service) short circuit current capacity I<sub>CS</sub> .
When specifying Das sichere Beherrschen hoher Kurzschlusströme ist die Hauptaufgabe vonNiederspannungs-Leistungsschaltern. Das Kurzschlussschaltvermögen vonLeistungsschaltern wird nach den in IEC/EN 60947-2 festgelegten Prüfungenbestimmt (<xr id="tab:Testing for the Short Circuit Breaking Capacity of Low Voltage Power Switches According to IECEN 60947-2 (Shortened Summary)"/><!--(Tab. 13.3)-->). Bei der Prüfung des Kurzschlussschaltvermögens wird nach IEC/EN 60947-2zwischen dem Bemessungs-Grenzkurzschlussausschaltvermögen I<sub>CU</sub> und dem kleineren oder max. gleich hohen Bemessungs-Betriebskurzschlussausschaltvermögen I<sub>CS</sub> unterschieden. Bei der Festlegung von I<sub>CU</sub> it must be guaranteed that short circuit current up to the maximum limit value can be interrupted safelymuss gewährleistet sein, dass Kurzschlussströme bis zur Höhe der Bemessungsgrenze sicher ausgeschaltet werden. After its occurrence it must be possible to switch on one additional time onto the not yet eliminated short circuit and again interrupt this short circuit current again safelyDanachmuss es möglich sein, einmal auf den nicht beseitigten Kurzschluss zu schaltenund diesen Strom sicher auszuschalten. The switch does not have to be functional any more after this second interruptionDer Schalter muss danach nicht mehrfür den weiteren Betrieb geeignet sein. A switch specified for Ein nach I<sub>CS</sub> must still be capable to protect the circuit and be further usable within certain limitationsbemessener Schalter muss die Anlage noch schützen können und kann mit Einschränkungen weiterverwendet werden.
To safely withstand short circuit currents high requirements are imposed on the weld resistance of the materials used for the mating contactsUm die Kurzschlussströme sicher zu beherrschen, werden hohe Anforderungenan die Verschweißresistenz der eingesetzten Kontaktpaarung gestellt. During short circuit switching the contact force between the contacts pairing is reduced by electromagnetic forcesBeimEinschalten auf einen Kurzschluss wird die Kontaktkraft durch die Wirkungelektrodynamischer Kräfte reduziert. Above a certain device specific current value the contacts will separateOberhalb eines gerätespezifischen Stromwerteskommt es zu einem Abheben der Kontaktstücke. This generates Dabei entsteht einLichtbogen, an electrical arc with contact material melting at its root pointsdessen Fußpunkten das Kontaktmaterial aufschmilzt. During the next closing of the contacts this can cause contact weldingBeimnachfolgenden Schließen der Kontaktstücke können Verschweißungenauftreten, so dass der Schalter nicht mehr in der Lage ist, prohibiting the opening of the contacts during a subsequent short circuit and therefore eliminating the safety function of the switching deviceden Kurzschlussstromauszuschalten und somit seine Sicherheitsfunktion verliert.
<figtable id="tab:Testing for the Short Circuit Breaking Capacity of Low Voltage Power Switches According to IECEN 60947-2 (Shortened Summary)">
<caption>'''<!--Table 13.3:-->Testing for the Short Circuit Breaking Capacity of Low Voltage Power Switches According to Prüfung des Kurzschlussschaltvermögens von Niederspannungs-Leistungsschaltern nach IEC/EN 60947-2 (Shortened Summarygekürzte Darstellung)'''</caption>
{| class="twocolortable" style="text-align: left; font-size: 12px"
|-
!Test characteristicsPrüfmerkmale!Rated ultimate short circuit breaking capacity Bemessungsgrenzkurzschluss- ausschaltvermögen I<sub>CU</sub>!Service short circuit breaking capacity Bemessungsgrenzkurzschluss- ausschaltvermögen I<sub>CS</sub>
|-
|Test conditionsPrüfbedingungen|Ue<br />cosn depends on value of current abhängig von der Höhe des Prüfstromes I in kA, iz.B.e
{| class="innertable" style=" border: none"
|-
|}
|Ue<br />cosn depends on value of current abhängig von der Höhe des Prüfstromes I in kA, iz.B.e
{| class="innertable" style=" border: none"
|}
|-
|Testing sequencePrüffolge
|O - t - CO
|O - t - CO - CO
|-
|Subsequent isolation testanschließende Isolationsprüfung|2 x U<sub>e</sub>, with min. mindestens mit 1.000 V|2 x U<sub>e</sub>, with min. mindestens mit 1.000 V
|-
|Subsequent temperature rise testanschließende Erwärmungsprüfung
|
|Temperature not exceed temperature rise limitDie Übertemperaturen dürfen die Grenzübertemperaturen nicht übersteigen
|}
</figtable>
U<sub>e</sub> = Rated operational voltageBemessungsbetriebsspannung<br />U = CurrentPrüfstrom<br />O = Switch offAusschalten<br />
T = Pause<br />
CO = Switch on and offEin- und Ausschalten
===<!--13.4.3-->Testing According to Prüfungen nach UL and und CSA===
The test standards for North America according to Die nordamerikanischen Normen nach UL (USA) and und CSA (CanadaKanada) differ in part substantially from those of the unterscheidensich teilweise erheblich von den IEC and harmonized European -Normen und den harmonisiertenEuropa-Normen (EN standards). In the US and Canada the standards differentiate between switchgear for power distribution, for example low voltage circuit breakers and power switches covered by den USA und Kanada wird zwischen Geräten für dieEnergieverteilung z.B. Niederspannungs-Leistungsschalter nach UL 489 (UL = Underwriters Laboratories) and CSAC22bzw. CSA-C22.2 No. 5-02 (CSA = Canadian Standard Association) and those for industrial switching devices, for example contactors covered by und Industrieschaltgeräten z.B. Schützen nach UL 508 and bzw. CSA-C22.2 No. 14 respectivelyunterschieden. For industrial controls contactors and other switching devices are often classified in the USA according to NEMA (National Electrical Manufacturers Association) current ratingNordamerikanische Normen legeneinen besonderen Schwerpunkt auf die Vermeidung von Bränden. North American standards emphasize the prevention of fires and therefore have high limit requirements on temperature riseDaraus ergebensich besondere Anforderungen an das Erwärmungsverhalten. They also require larger air and creep gaps than those of Außerdemsehen nordamerikanische Normen größere Luft- und Kriechstrecken vor als dieIEC, which leads to significant differences in the design of the switches and their contact systems- Normen. Beides hat erheblichen Einfluss auf die Bauweise der Schaltgeräteund die Bemessung des Kontaktsystems.
==Referenzen==
