Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Engineered PMMA-CuO nanocomposites for improving the electric arc interruption process in electrical switching applications
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Tillämpad fysik.ORCID-id: 0000-0002-5547-3986
ABB Switzerland.
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Tillämpad fysik, Funktionella material, FNM.ORCID-id: 0000-0001-5678-5298
(Engelska)Manuskript (preprint) (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Polymer-based nanocomposites (PNCs) display fascinating functionalities to be useful in electrical switching applications like circuit breakers, switch gears, etc. These PNCs are fabricated by incorporating nanoparticles (NPs) into a polymer by in-situ polymerization. When the PNCs interrupt the high energetic fault currents generate between the two contacts in a circuit breaker, they outgas (ablation) chemical species and cooling gases, which change the thermodynamic properties of the arcing environment leading to quench the electrical arcs quickly. Two PNCs are fabricated with different wt% of oleic acid modified CuO NPs and a polymer matrix i.e. poly methyl methacrylate (PMMA). These PNCs are tested with the electrical arcs of a prospective current of 1.6 kA generated in the test-setup. The electrical signals (arc current and voltage) and computed dissipated enegy i.e., ∫𝑖(𝑡)𝑉(𝑡)𝑑𝑡 help to understand the effect of PNCs on the electrical arcs. In addition to that, the computed joule integral and mass loss of the PNCs due to outgassing is reported. The re-depositions of the chemical species are analyzed by using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and the morphological changes on the surface of outgassed PNCs are analyzed by using scanning electron microscopy (SEM). These results help to understand the effect of PNCs on the arc interruption process in circuit breakers.

Nyckelord [en]
Polymer-based nanocomposites, Inorganic nanoparticles, Electrical arcs
Nationell ämneskategori
Fusion, plasma och rymdfysik
Forskningsämne
Fysik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-202621OAI: oai:DiVA.org:kth-202621DiVA, id: diva2:1078064
Anmärkning

Qc 20170303

Tillgänglig från: 2017-03-02 Skapad: 2017-03-02 Senast uppdaterad: 2017-03-03Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. On the polymer-based nanocomposites for electrical switching applications
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>On the polymer-based nanocomposites for electrical switching applications
2017 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Recent research demonstrated that polymer based nanocomposites (PNCs) have been engineered in order to improve the arc interruption capability of the circuit breakers. PNCs are the combination of nano-sized inorganic nanoparticles (NPs) and polymers, opened up new developments in materials science and engineering applications. Inorganic NPs are selected based on their physical and chemical properties which could make multifunctional PNCs in order to interrupt the electrical arcs effectively. In particular, we presented the PNCs fabricated by using CuO, Fe3O4, ZnO and Au NPs in a poly (methyl methacrylate) (PMMA) matrix via in-situ polymerization method, recently developed method to avoid NPs agglomeration, leading to good spatial distribution in the polymer matrix. Thus, several samples with various wt% of NPs in PMMA matrix have been fabricated. These PNCs have been characterized in detail for the morphology of NPs, interaction between NPs and polymer matrix, and radiative/thermal energy absorption properties. In the next stage, PNCs are tested to determine their arc interruption performance and impact on the electrical arcs of current 1.6 kA generated using a specially designed test set-up. When PNCs interact with the electrical arcs, they generate ablation of chemical species towards core of the electrical arc, resulting in cooling-down the arc due to strong temperature and pressure gradient in the arc quenching domain. This thesis demonstrates for the first time that these engineered PNCs are easily processed, reproducible, and can be used to improve the arc interruption process in electrical switching applications.

Abstract [sv]

Ny forskning har visat att polymerbaserade nanokompositer (PNCs) har utformats för att förbättra strömbrytares förmåga att undvika ljusbågar vid överslag. PNCs är en kombination av nanostora oorganiska nanopartiklar (NP) och polymerer, som har öppnat upp för ny utveckling inom materialvetenskap och tekniska tillämpningar. Oorganiska NP väljs baserat på deras fysikaliska och kemiska egenskaper som kan hjälpa PNCs att motverka elektriska ljusbågar effektivt. I synnerhet, presenterade vi PNCs tillverkade genom användning av CuO, Fe3O4, ZnO och Au NP i en poly (metylmetakrylat) (PMMA)-matris via in situ-polymerisationsmetod, nyligen utvecklad för att undvika NP-agglomerering, vilket leder till god rumslig fördelning i polymermatrisen. Därför har flera prover med olika vikt% av NP i PMMA-matris tillverkats. Dessa PNCs har utvärderats i detalj för NP-morfologi, interaktion mellan NP och polymermatris, och strålnings- och värmeenergiabsorption. I nästa skede testas PNCs för att bestämma deras förmåga att undvika ljusbågar och påverkan på de elektriska ljusbågarna av 1,6 kA strömstyrka, genererade med hjälp av en specialdesignad test-set-up. När PNCs interagerar med de elektriska ljusbågarna, genererar de ablation av kemiska ämnen mot kärnan i den elektriska ljusbågen, vilket resulterar i nedkylning av ljusbågen på grund av starka temperatur- och tryckgradienter i området. Denna avhandling visar för första gången att dessa konstruerade PNCs är lätta att framställa, reproducerbara, och kan användas för att förbättra avbrottsprocessen för ljusbågen i elektriska kopplingstillämpningar.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2017. s. 62
Serie
TRITA-FYS, ISSN 0280-316X ; 2017:08
Nyckelord
Polymer-based nanocomposites, Inorganic nanoparticles, Electrical arcs, Circuit breakers, Ablation/Outgassing, Arc interruption capability, PMMA, CuO, Fe3O4, ZnO, Au, Radiative energy, Electric power, Arc temperature.
Nationell ämneskategori
Kompositmaterial och -teknik
Forskningsämne
Fysik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-202702 (URN)978-91-7729-288-3 (ISBN)
Disputation
2017-03-24, FA31, Roslagstullsbacken 21, Albanova Universitetscentrum, Stockholm, 14:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Vetenskapsrådet, D0564701Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), EM11-0002
Anmärkning

QC 20170303

Tillgänglig från: 2017-03-03 Skapad: 2017-03-02 Senast uppdaterad: 2017-03-03Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(770 kB)97 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 770 kBChecksumma SHA-512
99aec7d9f6829fb802ad5d7a2776f368b9873f9d8ce236e5e79064e6742d8dea52647617f3d60b68a5b39f415c38047dd7cdd7419ba86026cc79a821ec6bde4b
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Doddapaneni, VenkateshToprak, Muhammet S.
Av organisationen
Tillämpad fysikFunktionella material, FNM
Fusion, plasma och rymdfysik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 97 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

urn-nbn

Altmetricpoäng

urn-nbn
Totalt: 7110 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf