Modèle enthalpique de Stefan pour l'étude du pied d'arc cathodique

Résumé

Lors de l’ouverture des contacts des appareillages de coupure électrique, un arc
électrique se crée. La continuité du courant électrique s’effectue à la surface de la cathode
par des sites émissifs de courant. Ces sites sont soumis à des flux thermiques surfaciques
importants conduisant à la création de spots dont la durée de vie est faible. Le temps
d’apparition de ces spots et l’usure de la surface qu’ils provoquent dépendent de la nature du
matériau. Plusieurs modèles s’affrontent pour décrire ces spots (sites explosifs, ectons,
régimes stationnaires). Ces modèles sont souvent complexes et dépendent de paramètres mal
connus ou mal définis. Cependant, un modèle simple dit « enthalpique » (modèle thermique
avec ablation) de type Stefan permet une étude comportementale du matériau de la cathode.
Les résultats obtenus à une dimension, pour des flux variant de 1.10¹¹ W/m 2 à 5.10¹² W/m² à
la cathode, permettent de montrer le comportement différent du spot cathodique en fonction
du matériau de contact. Afin de mettre en exergue cette différence, nous avons choisi de
présenter dans cet article deux matériaux de contact : l’argent et l’oxyde de cadmium.