Dissertations / Theses on the topic 'Busboys'

I use high- and low-tech approaches in my drawings and bookart to address issues of sexual identity and beauty. My work emphasizes process, content, and image. I create pictures using tightly cropped symbolic figurative imagery. I also leave smudges, smears, and traces of what happened in the making of the work to make process more visible. In my work I would like you to consider what you see and what you don’t see, to smile in recognition of something you might never have really thought about before. And when I really get it right, you might even question your own feelings concerning the content.

Thermal expansion can be an issue in solid busbars, the expansion is caused by several factors and can cause plastic deformation in connection points or structure around it. The expansion occurs due to temperature differences in the busbar as a result of altered ambient temperature and/or joule heating. The environment where a vehicle is used can be harsh and varying in temperatures a lot. For future fast charging systems, a high amount of current will be passed in the conductors. In a stationary installation, this could be solved by increasing the cross-section area. In vehicles, the weight, cost, and space limitations callfor optimization of the conductor. In this thesis, there are several geometrical alterations done to the busbar to investigate the possibility to reduce the amount of stress acting on the connection points. The main geometrical evaluation is to compare a straight busbar to a U-shaped busbar. In the U-shape, the height, bend radius, and cross-section shape are investigated. To investigate this issue a simulation model was developed using Comsol, this software was used to evaluate stress values, max temperature, losses, and displacement. The results from the simulation showed that the U-shape has a large potential to reduce the amount of stress. Also, the cross-section shape tests showed that the steady-state temperature was lower for the more flatter shaped busbar. This is true both for the U-shape and straight busbar. This resulted inreduced amount of thermal expansion causing lower amount of stress, without adding any weight. The weight parameter is extremely important for vehicle implementation. The last test is looking at the busbar material where nickel-plated copper is compared to anodized aluminum. This test is divided into two parts, the first one is looking at an aluminum busbar compared to a copper busbar of the same geometry. This test showed that the losses in the aluminum busbar were much higher, but the steady-state temperature and max stress were lower. The second part of the test investigated the compensated aluminum busbar, this one is modeled by compensating the cross-section area for the higher resistance value of aluminum. The results from this busbar compared to the standard-shaped busbar showed a substantially lower stress, temperature and weight. But the overall dimensions are larger due to the compensated cross-section area. Having this larger Cross section area might hinder the implementation of aluminium busbars in parts of the vehicle where there is a lack of space, like in a battery box.
Termisk expansion i solida busbars är ett vanligt problem vid kraftig temperaturvariation. Problemet ökar med längden av busbaren och kan leda till plastisk deformation i infästningen av busbaren. Temperaturvariationen kan ske genom varierad omgivningstemperatur eller genom resistiv uppvärmning. Om en busbar ska användas i ett fordon för kraftöverföring är arbetsmiljön mycket påfrestande. Den termiska uppvärmningen går normalt att motverka genom att öka tvärsnittsarean, men i ett fordon där vikt, kostnad och platsbrist minskar möjligheten för ökad tvärsnittsarea blir optimering av ledaren extra viktig. För att undersöka problemet utvecklades en simuleringsmodell med hjälp av Comsol. Denna programvara använder för att utvärdera spänningskoncentrationer, maxtemperatur, förluster och utböjningar i busbaren. För att undersöka eventuella lösningar togs det fram flera geometriska variationer till busbaren, där möjligheten att använda en “U-form” utgjorde basen i en jämförelse mot en vanlig rakbusbar. För U-formen undersöktes U-höjden, böj-radien samt tvärsnittsformen. Även en jämförelse mellan nickelpläterad koppar och anodiserad aluminiumgenomfördes för att urskilja eventuella för och nackdelar med materialen. Resultaten från simuleringarna visade att U-formen gav klart lägre spänning i kontaktpunkterna. Även tvärsnittsformen påverkade temperaturen och spänningen i busbaren, där den plattare varianten presterade bättre på alla parametrar som undersöktes i simuleringen. För utvärderingen av materialet utfördes två tester, det första testet jämför en busbar i aluminium mot en i koppar med exakt samma geometri, detta testvisade att temperaturen samt spänningen blir lägre i aluminiumvarianten, dock ökar förlusterna kraftigt då aluminium har högre resistans än koppar. I den andra testet användes en kompenserad aluminiumbusbar där tvärsnittsarean har ökats för att ge samma resistans som kopparvarianten. Denna busbar fick en mycket lägre sluttemperatur, spänning och vikt. Förlusterna blev detsamma. Den högre tvärsnittsarean ger dock en fysiskt större busbar.

L’électronique de puissance nécessite des interconnexions à faible inductance et des températures de fonctionnement en dessous de certaines valeurs critiques. Les busbars laminés présentent une inductance très faible en comparaison avec les câbles. De plus, leur forme aplatie permet d’augmenter la surface d’échange avec l’environnent garantissant des bonnes performances thermiques. Dans cette thèse nous proposons une comparaison entre différentes méthodes de calcul d’inductance. Le but est d’en privilégier une en fonction de la complexité du problème à résoudre. La valeur d’inductance à calculer correspond à la boucle de commutation ayant lieu dans les convertisseurs de puissance. Des règles de conception permettant de minimiser la valeur de cette boucle sont aussi présentées. Concernant le calcul thermique, on propose une approche basée sur les éléments finis 2D. La superposition de plusieurs plaques bidimensionnelles permet de modéliser des busbars laminés de façon précise et plus rapide qu’une étude tridimensionnelle. Les conditions aux limites sont appliquées en fonction de la superposition des plaques. Grâce à la rapidité de cette approche, des optimisations topologiques peuvent être appliquées. Des algorithmes d’optimisation adaptés aux besoins industriels ont été développés pour la minimisation de l’inductance et de la température maximale des busbars. Ces algorithmes présentent de bonnes performances et sont utilisés lors des optimisations mono et multi-objectif
Power electronics needs low inductance interconnections and operating temperatures below certain limits. Laminated busbars present low inductance compared with cables. Moreover, their flat geometry increases the heat exchange surface with the environment ensuring good thermal performances. In this PhD thesis we propose a comparison between different inductance calculation methods. The objective is to favor one according to the complexity of the problem to be solved. The inductance value is calculated during the switching loop taking place in the power converters. Several design rules are presented in order to minimize the inductance of the loop. Regarding the thermal management, we present an approach based on the 2D finite element method. The overlapping of the two-dimensional plates allows us to model the whole laminated busbar and faster way than a tridimensional study without losing precision. The boundary conditions are applied according to the overlapping between layers. Thanks to this approach, topology optimization techniques can be applied. Algorithms adapted to the industrial needs have been developed for the minimization of the inductance and the maximum temperature in busbars. These algorithms show good performances and are used in mono and multi-objective optimizations

Susan Friedman's recent theory of planetary modernisms, from her book Planetary Modernisms: Provocations on Modernity Across Time, holds that modernism as a distinguishable period, and modernity, as the characteristics of said period, can take place at any point in time and in any place that is experiencing rupture and upheaval. Planetary modernisms studies de-colonizes and de-centralizes traditional modernism and opens it up to logical and important new horizons. It encompasses not only literary output, but all forms of cultural production, including theatre and film. I use this theory to identify and compare two unique moments of modernism which until now have been neglected by modernism studies. Friedman suggests that the side-by-side comparison or "collage" of two disparate instances of modernism throughout history elucidates each respective moment and creates additional meaning.I examine on one hand the "gold digger" showgirl musical film subgenre of the early 1930s, a product of the intense social upheaval of the Great Depression, in which aspiring actresses desperate for jobs are forced to come to illicit agreements with the rich male producers of the shows. I juxtapose this with the #MeToo movement of the 2010s, wherein women speak out en masse against men who have exploited their influence over them to sexually harass them. Both center around women uniting in physical and/or online spaces to work against the abuse committed against them within the entertainment industry. In each case, men have wealth and power on one hand, while on the other hand women in need of jobs have little or no power. This power imbalance creates an environment in which predatory sexual behavior thrives. Furthermore, both time periods, past and present, are marked by rapid social and economic change, which serves both to exacerbate these power imbalances as well as accelerate the need for women to defend themselves despite possible retribution. The pressures of each period vary as do the potential outlets for women to voice their concerns and seek relief. I highlight the effects of women's solidarity in resistance to harassment and abuse and note how far society has yet to go when women today pushing for fairness and change continue to face intense opposition which at times belittles, disregards, and fights back against them.

Water scarcity in the west has created a long history of conflict. When Utah was settled, laws were instituted (both officially and otherwise) that allowed water users to use streams and springs in efficient ways without causing harm to other users. The Provo River Decree is a physical example of local water law that has been in place for almost a hundred years. While many changes have arisen in its area of jurisdiction, it is still drawn upon to determine water rights. Ambiguity, rigidity, and overall changes to use patterns have limited the application of the decree to present situations. The current application of the Provo River Decree is therefore insufficient within the context of prior appropriation to deal with the fluid and changing nature of water use in the area. Additional research should be done to determine whether the system of prior appropriation in Utah is flexible enough to allow for changing use and human-controlled watercourses. This research should include an economic analysis on the impacts of free water right exchange on relative benefit of water rights as well as an analysis of the past and present impacts of external agencies on water use.

The main objective of master‘s thesis was creation logical overcurrent busbar protection. The first part of document describes teaching test panels with ABB REF feeder protection´s terminals. These panels are installed in Laboratory of electrical protections at Department of electrical power engineering, Faculty of electrical engineering and communication, Brno University of technology. On these panels we can simulate the real involvement of the distribution station. Were subsequently describes used digital protection´s terminals REF 543. Then was designed configuration of these panels so to achieve logical busbar protection, which will be able to assess the short circuit fault and shut the smallest part of the busbar system. Within the configuration it was necessary to solve the cooperation of protection terminals. This was finally accomplished through connecting wires between each test panel. After the configuration it was necessary make the tests. We used secondary protection tester CMC 256plus. After the tests was analysis fault´s records and has been verified the accuracy of the proposed logical busbar protection.

The aim of my work is to describe high-voltage switchgear type UniGear 500R, which is part of UniGear switchgears family. I will focus on heating issue of one 500R unit and its parts during operation. Maximum values of this heating is limited by standards and can´t be exceed to ensure safe and reliable operation. That is why the heating tests are necessary part of designing and developing switchgears. Calculation will be made by two different ways. First is classic one-pole heating net method and second is numerical simulation in Solidworks flow simulation program. Except the theoretical description there will be presented also used 3D model and explanation of both method, used to calculation and simulation. Last point of this work is measuring of this type of switchgear and getting real data. The main point there is to compare measured values with values calculated and decide if is possible to simulate tests with appropriate accuracy. Then would be also possible to substitute the real test in laboratory, which costs many thousand crowns and takes lots hours of time. This work is collaborated with EJF division of ABB Company, where I am employed. Heating issues in this company is always on process, because of developing and improving of their products. So this work could be helpful in this field. ABB provides all materials needed, especially technical catalogues, 3D model and final values from laboratory measuring. Support from college faculty is mainly in study consultations and proposing of calculations making. In the end of work will be make final comparison and evaluation of achieved results.

Faculty of Engineering and the Built Environment; School of Electrical and Information Engineering; MSC Dissertation
In the recent past the Eskom network operated out-of-step at three occasions. Eskom questions whether the out-of-step relays responded as they should have. This is based on the fact that not all the out-of-step relays operated during these events. This dissertation shows that shunts can make the impedance locus behave nonclassically to the extent that the present practices Eskom uses for out-of-step relaying become inappropriate for application at certain busbars of the network. This is illustrated by showing that when the characteristic of the relay at Hydra, situated on the Mpumalanga side of Hydra, is set using the classical approach, the mentioned relay will not detect swings that have their electrical centre south of Hydra. A modified two generator model is used to show the effect shunts have. The phrase “improved two generator model” refers to this model. The improved two generator model is derived to represent the section of the Eskom network that links Mpumalanga to the Western Cape.

A thesis submitted to the Faculty of Engineering at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy.
Particularly at the higher system voltages, certain faults have been attributed to VFTs. This work presents a full frequency domain mathematical model of the effects likely to be introduced by the application of a thin ferromagnetic coating to the surfaces of the busbars as a means of attenuating these transients. Experimental verification shows the model to perform accurately as an analysis tool for a continuous coated co-axial system. While comparison between the model developed here (based on a planar conductor) and the very accurate Bessel function solution is presented, it must be remembered that it is not feasible to include the effects of coatings in the latter solution. Hence it is used merely as a bench-mark for improvements to the general model. Consideration is also given to the transient skin effect, and this is shown to result in an increased attenuation of VFTs. detectable during high voltage experimentation. The frequency domain model is extended to that of a full travelling wave model for VFTs in GIS. The Fourier technique is used to move between the frequency and time domains. Laboratory results obtained at high voltage.show that this technique will introduce both risetime increase and peak magnitude attenuation of VFTs. As the most frequent faults directly attributable to disconnector operation are known to be faults to earth at the switch, it is noted that the technique proposed in this work is uniquely suited for use in a design strategy that requires totally robust disconnectors at the expense of more severe VFTs in the GIS. The model is used to determine a range of physical characteristics of materials suitable for use in this application. While the characteristics of the most suitable materials have therefore been established, it is concluded that extensive metallurgical experimentation remains before this technique may be economically applied.
Andrew Chakane 2018

In der Niederspannungstechnik werden die Anlagen zum Übertragen und Verteilen von Elektroenergie als Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen bezeichnet. Die Anlagen sollen ihre Aufgaben möglichst wartungsfrei über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten erfüllen. Damit ein langzeitstabiler Betrieb der Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen möglich ist, müssen die Anlagen mindestens normgerecht thermisch dimensioniert sein. Um die Erwärmung von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen zuverlässig und effizient zu berechnen, wird in dieser Arbeit die Wärmenetzmethode genutzt. In der Wärmenetzmethode werden die Vorgänge der Erwärmung mit Hilfe von Wärmestromquellen, Temperaturquellen, Wärmewiderständen und Wärmekapazitäten nachgebildet. Einen wesentlichen Einfluss auf die Erwärmung einer Schaltgerätekombination haben die in den Wärmequellen der Anlage erzeugten Verlustleistungen. Die dominanten Wärmequellen (Hauptwärmequellen) innerhalb von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen werden in dieser Arbeit untersucht und die Ergebnisse in die Wärmenetzmethode integriert. Mit den Ergebnissen werdenmit Hilfe der Wärmenetzmethode die Erwärmungen verschiedener Betriebsmittel einer Niederspannungs-Schaltgerätekombination berechnet und anhand von Experimenten verifiziert. Die Wärmenetze der einzelnen Betriebsmittel werden zum Gesamt-Wärmenetz einer Niederspannungs-Schaltgerätekombination zusammengeschaltet. Die mit diesem Wärmenetz berechneten Temperaturen werden dann durch Experimente an der Versuchsanlage einer Niederspannungs-Schaltgerätekombination verifiziert. Eine der Hauptwärmequellen in Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen sind die ohmschen Leitungsverluste in den Strombahnen der Hauptsammel- und Feldverteilerschienen. Bei Drehstrombelastung werden die hier in den einzelnen Teilleitern erzeugten Verlustleistungen durch die Stromverdrängung aufgrund des Skin- und den überlagerten Proximity-Effekts maßgeblich beeinflusst. Gegenüber einer Gleichstrombelastung unterscheiden sich die Verlustleistungen jedes einzelnen Teilleiters um den Leistungsfaktor k3~. Für Drehstromschienensysteme mit mehreren Teilleitern existieren bisher nur unzureichende Angaben zum Leistungsfaktor k3~ durch den Skin- und den Proximity-Effekt. In dieser Arbeit wurden FEM-Modelle aufgebaut, die Leistungsfaktoren k3~ für unterschiedliche Schienenanordnungen berechnet und anhand experimenteller Untersuchungen verifiziert. Weitere Hauptwärmequellen in Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen sind die in den Anlagen eingebauten Betriebsmittel zum Schalten, Trennen und Schützen (z. B. Leistungsschalter, Trennschalter, Trenneinrichtungen, Sicherungen). Neben den Schaltkontakten selbst gehören die thermischen Schutzauslöser und Sicherungen zu den Hauptwärmequellen in den Strombahnen der Schaltgeräte. Um die Erwärmung der Geräte genau zu berechnen, müssen der Aufbau der Strombahnen und die Verteilung der Widerstände bekannt sein. Diese Widerstände können im Allgemeinen nur gemessen werden. Dabei hat sich zum einen gezeigt, dass die gemessenen Widerstände der Schaltkontakte von Kompaktleistungsschaltern auch im selben Gerät stark variieren können. Zum anderen sind die Widerstände der Schaltkontakte so dominant, dass in ihnen bis zu 47 % der gesamten Verlustleistungen eines Kompaktleistungsschalters entstehen können. Bedingt durch die zunehmende kompakte Bauweise der Anlagen erzeugen die Drehstromfelder der Sammelschienen hohe magnetische Feldstärken in umgebenden Metallteilen. In den Gehäusen, Einbauplatten, Wänden, Umhüllungen und Verkleidungen in Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen können daher hohe Verlustleistungen entstehen, die maßgeblich die Erwärmung der Anlagen beeinflussen. Rechnerische und experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass bei typischen Anordnungen von Schienen und Umhüllungen Verlustleistungen entstehen, die bis zu 32,7% der gesamten in der Versuchsanordnung gemessenen Verlustleistungen betragen. Sind die Ergebnisse der untersuchten Wärmequellen in die Wärmenetze der verschiedenen Betriebsmittel von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen integriert, ermöglichen die aufgebauten Wärmenetze die Berechnung von Temperaturen mit geringen Abweichungen (+4,4 K, -3,5 K) verglichen mit gemessenen Temperaturen. Mit den verifizierten und modularisierten Wärmenetzen der Betriebsmittel ist eine Möglichkeit geschaffen, Wärmenetze von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen effizient und wirtschaftlich aufzubauen.:1 Einleitung 1 2 Problemstellung 2 2.1 Stand der Technik / Ausgangssituation 2 2.2 Normen zur Erwärmung 3 2.3 Aufgabenstellung 5 2.4 Aufbau der Versuchsanlage 7 3 Grundlagen der Erwärmungsberechnung 11 3.1 Erzeugte Wärmeleistungen 11 3.2 Wärmeübertragung 17 3.3 Erwärmungsberechnung mit Wärmenetzen 39 4 Grundlagen zur Stromverdrängung 43 4.1 Stromdichteverteilung im Vollzylinder 43 4.2 Stromverdrängung und der Leistungsfaktor k 48 5 Untersuchungen zu den Wärmequellen 54 5.1 Stromwärmeverluste in den elektrischen Leiter von Sammel- und Feldverteilerschienen 57 5.2 Stromwärmeverluste in Schaltgeräten und zugehörigen Betriebsmitteln 90 5.3 Wirbelstrom- und Hystereseverluste in Metallteilen 105 6 Wärmenetze für die Betriebsmittel einer Niederspannungs- Schaltgerätekombination 126 7 Wärmenetz einer Niederspannungs-Schaltgerätekombination 148 8 Zusammenfassung und Ausblick 155 9 Literaturverzeichnis 158 10 Anhang 163
In low-voltage engineering the systems for transmission and distribution of electric energy are named as low-voltage switchgear and controlgear assemblies. The systems have to perform their functions maintenance free as much as possible for a period of some decades. To achieve a long-time stable operation, the systems have to be designed thermally at least according to standards. In this thesis the thermal network method is used to calculate the heating of low-voltage switchgear and controlgear assemblies reliably and efficiently. The thermal network method simulates the processes of heating by heat sources, temperature sources thermal resistors and thermal capacities. The thermal power losses which are produced in the heat sources of the systems have significant influence on the heating of switchgear and controlgear assemblies. The dominant heat sources (main heat sources) within low-voltage switchgear and controlgear assemblies are researched at this thesis and the results are integrated to the thermal network method. The results are used to calculate the heating of various electrical components of a low-voltage switchgear and controlgear assembly using the thermal network method and verified by means of experiments. The thermal networks of the individual components are interconnected to form the overall thermal network of a low-voltage switchgear and controlgear assembly. The temperatures computed with this thermal network are then verified by experiments at the test setup of a low-voltage switchgear and controlgear assembly. In low-voltage switchgear and controlgear assemblies one of the main heat sources are the ohmic losses in the current paths of the main busbars and the distribution busbars. If the busbars are loaded with a three-phase current, the generated power losses of every individual subconductors are significantly influenced by the current displacement due to the skin effect and the superposed proximity effect. The power losses of each individual subconductor differ by the power factor k3~ compared to a DC load. For three-phase busbar systems with several subconductors there is only insufficient information on the power factor k3~ which takes into account the current displacement by the skin effect and the proximity effect. In this thesis, FEM models were developed to calculate the power factor k3~ for different busbar systems. The results were verified by experimental investigations. The installed electrical devices for switching, isolating and protection (e. g. circuit breakers, disconnectors, devices for disconnecting and fuses) are further main heat sources in low-voltage switchgear and controlgear assemblies. In addition to the main switching contacts themselves, thermal protection trips and the fuses are the main heat sources in the current paths of the switching devices. In order to calculate the heating of the electrical devices properly, the structure of the current paths and the distribution of the electrical resistances have to be known. In general these resistances can only determine by measuring. On one hand, it was found that the measured resistances vary widely even inside the same device. On the other hand, the resistances of the switching contacts are dominating, that up to 47 % of the entire power losses of a molded case circuit breaker can be generated there. Conditioned by the more and more compact design of the switchgears, the three-phase fields of the main busbars causes high magnetic fields at the surrounding metallic components. High power losses can therefore occur in housings, panels, walls, casings and enclosures in low-voltage switchgear and controlgear assemblies, which have a significant influence on the heating of the systems. Computational and experimental investigations have shown that typical arrangements of busbars and enclosures result in power losses of up to 32.7% of the total power losses measured in the test setup. If the results of the investigated heat sources are integrated into the networks of the various equipment of low-voltage switchgear and controlgear assemblies, the thermal networks set up enable the calculation of temperatures with small deviations (+4.4 K, -3.5 K) compared with measured temperatures. The verified and modularised thermal networks of the equipment provide an efficient and economical way of setting up heating networks of low-voltage switchgear and controlgear assemblies.:1 Einleitung 1 2 Problemstellung 2 2.1 Stand der Technik / Ausgangssituation 2 2.2 Normen zur Erwärmung 3 2.3 Aufgabenstellung 5 2.4 Aufbau der Versuchsanlage 7 3 Grundlagen der Erwärmungsberechnung 11 3.1 Erzeugte Wärmeleistungen 11 3.2 Wärmeübertragung 17 3.3 Erwärmungsberechnung mit Wärmenetzen 39 4 Grundlagen zur Stromverdrängung 43 4.1 Stromdichteverteilung im Vollzylinder 43 4.2 Stromverdrängung und der Leistungsfaktor k 48 5 Untersuchungen zu den Wärmequellen 54 5.1 Stromwärmeverluste in den elektrischen Leiter von Sammel- und Feldverteilerschienen 57 5.2 Stromwärmeverluste in Schaltgeräten und zugehörigen Betriebsmitteln 90 5.3 Wirbelstrom- und Hystereseverluste in Metallteilen 105 6 Wärmenetze für die Betriebsmittel einer Niederspannungs- Schaltgerätekombination 126 7 Wärmenetz einer Niederspannungs-Schaltgerätekombination 148 8 Zusammenfassung und Ausblick 155 9 Literaturverzeichnis 158 10 Anhang 163

Schraubenverbindungen sind eine technische Lösung um Stromschienen aus Aluminium mechanisch und elektrisch zu verbinden. Als stationäre Verbindungen sollen sie für eine Zeit von 30 Jahren und mehr den Betriebsstrom übertragen ohne dabei die genormten, zulässigen Grenztemperaturen zu überschreiten. Die Grundvoraussetzung für eine langzeitstabile, stromführende Verbindung ist ein geringer Anfangswert des Verbindungswiderstands nach der Montage. Dieser ist abhängig von der Kontaktkraft und kann für jede Kombination aus Fügeelementen, Werkstoffen und Topografie der Leiteroberflächen an der konstruierten Verbindung experimentell bestimmt werden. Allgemeingültige Modellrechnungen zum elektrischen Kontaktverhalten einer Schraubenverbindung mit Stromschienen waren bisher nicht möglich. In dieser Arbeit wurde durch numerische Berechnungen und experimentelle Untersuchungen eine Korrelation zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Kontaktverhalten einer Schraubenverbindung mit Stromschienen hergestellt. Es wurde die inhomogene mechanische Spannungsverteilung auf der Kontaktfläche zwischen den Stromschienen bestimmt und damit ein Modell zum Berechnen des elektrischen Kontakt- und Verbindungswiderstands mit der Berücksichtigung des tatsächlich stromdurchflossenen Leitermaterials aufgestellt. Der Verbindungswiderstand kann sich, abhängig von der Temperatur und Zeit, durch verschiedene Alterungsmechanismen erhöhen. Das Altern durch den Abbau der Kontaktkraft wurde an Schraubenverbindungen mit unbeschichteten Stromschienen aus verschiedenen Aluminiumwerkstoffen untersucht. Es wurde die Kontaktkraft und der Verbindungswiderstand über einen Zeitraum von bis zu vier Jahren bei Temperaturen zwischen (80 … 160) °C bestimmt. Diese Untersuchungen wurden für ein System mit und ein System ohne federnde Fügeelemente durchgeführt, sowie die Kontaktkraft für eine Betriebszeit von 30 Jahren berechnet. Im Vergleich mit der experimentell bestimmten Mindestkontaktkraft und dem Werkstoffverhalten wurde eine Prognose zur Langzeitstabilität der stromführenden Verbindungen für eine konstante Belastung im Betrieb gegeben. Weiterhin wurden mit dem zeit und temperaturabhängigen Verhalten der Aluminiumwerkstoffe zulässige Grenz-temperaturen ermittelt, bei denen keine Entfestigung während der Betriebszeit auftritt. Für Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Stromschienen wird eine identische, dauerhaft zulässige Grenztemperatur von 115 °C in der Norm angegeben [N1]. Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der metallischen Überzüge, sowie die Reaktivität mit der Umgebung sind aber sehr unterschiedlich. An stromführenden und stromlos im Wärmeschrank bei 115 °C und 140 °C gelagerten Verbindungen wurde der Verbindungs-widerstand bis zu einer Zeit nach t = 25.000 h bestimmt. Es wurde das elektrische Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit zwei beschichteten Stromschienen, sowie einer beschichteten und einer unbeschichteten Stromschiene aus Aluminium untersucht und bewertet. Abhängig vom Schichtaufbau des metallischen Überzugs mit verschiedenen Zwischenschichten und Schichtdicken wurde der Einfluss der Interdiffusion mit der Bildung intermetallischer Phasen (IMP) auf das Langzeitverhalten der Verbindungen untersucht.:1 Einleitung 2 Werkstoffe für elektrische Leiter und metallische Überzüge 2.1 Aluminiumwerkstoffe für die Elektrotechnik 2.1.1 Einfluss der Mikrostruktur 2.1.2 Herstellen, Umformen und Nachbehandeln 2.1.3 Ausscheidungshärten von Al-Mg-Si-Legierungen 2.2 Metallische Überzüge aus Silber und Nickel 2.2.1 Elektrolytisches Beschichten 2.2.2 Autokatalytisches Beschichten 3 Grundlagen zu stromdurchflossenen Flächenkontakten 3.1 Kontaktverhalten in einer Schraubenverbindung mit Stromschienen 3.2 Gütefaktor zum Beurteilen der Qualität der stromführenden Verbindung 4 Alterung stromführender Verbindungen 4.1 Chemische Reaktionen 4.2 Kraftabbau in einer Schraubenverbindung 4.2.1 Elastische und plastische Verformung 4.2.2 Zeit- und temperaturabhängige Werkstoffentfestigung 4.2.3 Viskoplastische Verformung abhängig von der Temperatur 4.2.4 Berechnen der Kontaktkraft 4.3 Interdiffusion zwischen unterschiedlichen metallischen Werkstoffen 4.3.1 Metallische Überzüge aus Silber 4.3.2 Metallische Überzüge aus Nickel als Zwischen- und Deckschicht 5 Aufgabenstellung 6 Untersuchungen zu beschichteten und unbeschichteten elektrischen Flächenkontakten 6.1 Experimentell ermittelte Eigenschaften der Aluminiumwerkstoffe 6.2 Geometrie der untersuchten Stromschienen und Fügeelemente der Schraubenverbindungen 6.2.1 Schraubenverbindung ohne federnde Fügeelemente (OFF) 6.2.2 Schraubenverbindung mit federnden Fügeelementen (MFF) [79] 6.3 Vorbehandlung, Montage und Inbetriebnahme der Langzeitversuche 6.4 Erzeugen und Messen der Kontaktkraft im Langzeitversuch 7 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit unbeschichteten Stromschienen 7.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 7.1.1 Mechanisches Berechnungsmodell 7.1.2 Elektrisches Berechnungsmodell 7.2 Untersuchungen zum Langzeitverhalten 7.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte des Aluminiums 7.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums 7.2.3 Versuchsergebnisse zum Langzeitverhalten 7.2.4 Abschätzen der Restkontaktkraft 7.2.5 Zusammenhang zwischen der Kraft und dem Widerstand der Verbindung 7.3 Zusammenfassung 8 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Stromschienen 8.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 8.2 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte der metallischen Überzugwerkstoffe 8.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Ni P (Typ 5) 8.3 Kraftabbau an Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.4 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit einer beschichteten und einer unbeschichteten Stromschiene 8.5 Mikroskopische Untersuchungen 8.6 Weitere Untersuchungen zur Alterung von Schraubenverbindungen mit zwei vernickelten Stromschienen 8.6.1 Einfluss des Phosphorgehaltes in metallischen Überzügen aus Ni P 8.6.2 Einfluss der Art der thermischen Alterungsprüfung – Dauerlast / Wechsellast 8.7 Zusammenfassung 9 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang
A bolted joint is one technical possibility for mechanically and electrically connecting two busbars made of aluminium. This stationary connection shall carry the operating current for more than 30 years without exceeding the permissible limiting temperature given by international standards. For long-term stable, current-carrying connections a good electrical contact behaviour with a low initial value of the joint resistance is required after bolting. The joint resistance depends on contact force and can be measured at the constructed electrical joint for each combination of joining elements, conductor materials and pretreatment of conductor surfaces. General calculations for the electrical contact behaviour of current-carrying joints with flat contact surfaces, such as bolted joints with busbars, were not possible until now. In this thesis numerical calculations and experimental investigations were used to establish the relationship between mechanical and electrical contact behaviour of a bolted joint with busbars. In the first step, the inhomogeneous distribution of the mechanical stress was calculated on the contact area between two busbars. In the second step, a calculation model for the joint resistance and the contact resistance was created and verified by experiments. The joint resistance can increase by different ageing mechanisms depending on operating temperature and time. Ageing by the reduction of contact force was investigated on bolted joints with uncoated busbars made of various aluminium alloys. In long-term tests, these joints were loaded with temperatures between 80 °C and 160 °C. The contact forces and joint resistances were determined for up to four years of operation. Bolted joints with spring elements and without spring elements were investigated. Based on the results of these long-term tests, the contact force was calculated for up to 30 years of operation and compared with the experimentally determined minimum contact force of the joint. Together with the temperature and time dependent behaviour of the conductor materials, the long-term stability of the joints was evaluated for the case of constant thermal load during operation. Furthermore, permissible limiting temperatures at which no softening occurs during operation could be determined for various aluminium alloys. An identical limiting temperature of 115 °C is permanently permitted for bolted joints with nickel-coated and silver-coated busbars [N1] but the mechanical and electrical properties of the materials for these metallic coatings are very different. The chemical reactivity of both coatings also differs according to the environment. In long-term tests at current-carrying joints and joints which were aged in ovens at temperatures of (115 and 140) °C, the joint resistances were determined up to an operating time of t = 25.000 hours. Bolted joints with two identical coated busbars and also bolted joints with one coated and one bare busbar made of aluminium were investigated and evaluated. The influence of metallic coatings with different intermediate layers and layer thicknesses on the contact and long-term behaviour of the joints were examined. Due to interdiffusion between different materials, intermetallic compounds (IMC) can be formed. The ageing of bolted joints with coated busbars caused by the formation of IMC with poor electrical and mechanical properties compared to pure metals was investigated.:1 Einleitung 2 Werkstoffe für elektrische Leiter und metallische Überzüge 2.1 Aluminiumwerkstoffe für die Elektrotechnik 2.1.1 Einfluss der Mikrostruktur 2.1.2 Herstellen, Umformen und Nachbehandeln 2.1.3 Ausscheidungshärten von Al-Mg-Si-Legierungen 2.2 Metallische Überzüge aus Silber und Nickel 2.2.1 Elektrolytisches Beschichten 2.2.2 Autokatalytisches Beschichten 3 Grundlagen zu stromdurchflossenen Flächenkontakten 3.1 Kontaktverhalten in einer Schraubenverbindung mit Stromschienen 3.2 Gütefaktor zum Beurteilen der Qualität der stromführenden Verbindung 4 Alterung stromführender Verbindungen 4.1 Chemische Reaktionen 4.2 Kraftabbau in einer Schraubenverbindung 4.2.1 Elastische und plastische Verformung 4.2.2 Zeit- und temperaturabhängige Werkstoffentfestigung 4.2.3 Viskoplastische Verformung abhängig von der Temperatur 4.2.4 Berechnen der Kontaktkraft 4.3 Interdiffusion zwischen unterschiedlichen metallischen Werkstoffen 4.3.1 Metallische Überzüge aus Silber 4.3.2 Metallische Überzüge aus Nickel als Zwischen- und Deckschicht 5 Aufgabenstellung 6 Untersuchungen zu beschichteten und unbeschichteten elektrischen Flächenkontakten 6.1 Experimentell ermittelte Eigenschaften der Aluminiumwerkstoffe 6.2 Geometrie der untersuchten Stromschienen und Fügeelemente der Schraubenverbindungen 6.2.1 Schraubenverbindung ohne federnde Fügeelemente (OFF) 6.2.2 Schraubenverbindung mit federnden Fügeelementen (MFF) [79] 6.3 Vorbehandlung, Montage und Inbetriebnahme der Langzeitversuche 6.4 Erzeugen und Messen der Kontaktkraft im Langzeitversuch 7 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit unbeschichteten Stromschienen 7.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 7.1.1 Mechanisches Berechnungsmodell 7.1.2 Elektrisches Berechnungsmodell 7.2 Untersuchungen zum Langzeitverhalten 7.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte des Aluminiums 7.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums 7.2.3 Versuchsergebnisse zum Langzeitverhalten 7.2.4 Abschätzen der Restkontaktkraft 7.2.5 Zusammenhang zwischen der Kraft und dem Widerstand der Verbindung 7.3 Zusammenfassung 8 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Stromschienen 8.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 8.2 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte der metallischen Überzugwerkstoffe 8.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Ni P (Typ 5) 8.3 Kraftabbau an Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.4 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit einer beschichteten und einer unbeschichteten Stromschiene 8.5 Mikroskopische Untersuchungen 8.6 Weitere Untersuchungen zur Alterung von Schraubenverbindungen mit zwei vernickelten Stromschienen 8.6.1 Einfluss des Phosphorgehaltes in metallischen Überzügen aus Ni P 8.6.2 Einfluss der Art der thermischen Alterungsprüfung – Dauerlast / Wechsellast 8.7 Zusammenfassung 9 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang