فوائد استخدام ملامسات مرنة في الجيل الجديد من قاطع الفراغ
المقاطع الكهربائية في الفراغ المستندة على الأتصالات المرنة
يمكن استخدام المقاطع الكهربائية في الفراغ التي تستفيد من العناصر المخففة للصدمات مصنوعة من المعادن القائمة ومشبعة بالسبائك الهاجرة في أجهزة التحويل الكهربائية في الفراغ، خاصة في الأنظمة التي تتطلب التحويل لأحمال كبيرة (مثل كهربائيات الهيدروجين وإنتاج المعادن) أو التحويل السريع (مثل التيار المباشر المتوسط الجهد). هذه المقاطع أيضاً مناسبة لزيادة سعة التحويل فوراً في الأنظمة الموجودة، مثل زيادة المحولات المتغيرة تحت الحمل (OLTC) للمحولات الخاصة بتوربينات الرياح بأمان.
استخدام الأتصالات المرنة يزيل القيود على حجم التيار الاساسي الناتجة عن زيادة القوى الضاغطة بشكل تربيعي. وبالتالي، يمكن تصميم أنظمة جديدة تكون أكثر كثافة وكفاءة من حيث التكلفة. ومع ذلك، فإن المزيد من البحث والدمج لهذه النتائج في المعايير ضروري لتطبيقها.
مفهوم الأتصالات المرنة في المقاطع الكهربائية في الفراغ
في جوهرها، الأتصالات المرنة للمقاطع الكهربائية في الفراغ مشابهة لمضادات الاهتزاز الشبكية (الشكل 1) المصنوعة من المعادن القائمة وممتلئة بسبائك ذوبان منخفضة توفر الاتصال عبر المرحلة السائلة. يشير الأدب المبكر إليها باسم الأتصالات المركبة ذات المعدن السائل، ولكن هذا المصطلح ليس حاسماً لهذا النوع المحدد من الأتصالات، حيث توجد المرحلة السائلة فقط كطبقة رقيقة على سطح السلك القائم.
على العكس، يتم تحقيق الخصائص المهمة - مقاومة الاهتزازات والاتصال عبر المساحة المرئية بأكملها - بفضل خصائص مضادات الاهتزاز الشبكية. تصميم الأتصالات المرنة لا يتجاوز فقط قيود مواد الأتصال التقليدية في التطبيقات ذات الضغط العالي والأحمال الكبيرة ولكنه يضمن أيضاً استقرار وموثوقية تشغيل المعدات. تعد هذه الابتكار حاسماً لتعزيز كفاءة وأمان الأنظمة الكهربائية وتوفر نهج تصميم أكثر مرونة وكفاءة للمشاريع الهندسية الكهربائية المستقبلية.
عن طريق اعتماد الأتصالات المرنة، تحقق تقنية المقاطع الكهربائية في الفراغ أداءً وموثوقيةً متقدمة، مما يجعلها تقدمًا أساسيًا لأنظمة الطاقة الحديثة. سيؤدي المزيد من البحث والتوحيد الطريق لتطبيق أوسع وتعميق لهذه التقنية في مختلف الصناعات.
مزايا وتحديات الأتصالات المرنة في المقاطع الكهربائية في الفراغ
هذه الأتصالات المرنة لا تظهر الرجوع الغير مرن، ولا يمكنها اللحام، ولاتمتلك مقاومة أتصال تقليدية، كما سيتم عرضه لاحقاً، ليست خاضعة للفصل الكهرومغناطيسي. نظرًا لهذه الخصائص المميزة، قد يتساءل البعض عن سبب عدم تبني هذه المواد على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية حتى الآن.
التحديات الرئيسية لمواد الأتصالات المرنة في المقاطع الكهربائية في الفراغ:
تكنولوجيا الإنتاج: حتى وقت قريب، كانت تصنيع وتوفير مواد الأتصالات المرنة يتطلب معدات باهظة الثمن، عمليات حرارية وكيميائية معقدة في غلاف هيدروجيني، وموظفين مدربين خصيصاً. كان أحد المشاكل الرئيسية هو الالتصاق السيء للجاليوم وسبائكه مع التنجستن وغيرها من المعادن القائمة.
نقص المعلومات المجمعة: لم يتم تجميع البحوث حول هذه الأتصالات المرنة في مصدر واحد، مما يجعلها أقل الوصول للمتخصصين.
نقص البحوث المنظمة: رغم خصائصها الاستثنائية، لم يتم إجراء دراسات منظمة تمكن المهندسين من تطبيق هذه المواد بكفاءة.
عملية تصنيع الأتصالات المرنة
تم حل العقبة التكنولوجية من قبل المؤلف في أبريل 2024 من خلال تطوير طريقة بسيطة لتصنيع وتوفير مواد الأتصالات المرنة (طلب براءة الاختراع PCTIB2024/054125). هذه الطريقة أبسط وفي معظم الحالات أكثر اقتصادية مقارنة بالأتصالات الصلبة التقليدية المستخدمة في أجهزة التحويل الكهربائية في الفراغ.
الخطوات المعنية:
تصنيع مضادات الاهتزاز: يتم صنع مضادات الاهتزاز من الأسلاك المشبكة - عادة التنجستن، والتي كانت تستخدم سابقاً في شعاع الأضواء المتوهجة - أو الفولاذ غير القابل للصدأ. في حالات خاصة، يمكن استخدام الموليبدينوم والنبيديوم والرينيوم وسبائكه. هذه مضادات الاهتزاز متاحة بسهولة من الشركات المصنعة.
اللحام: يتم لحام مضادات الاهتزاز على الموصلات بنفس الطريقة التي يتم بها توصيل الأتصالات الصلبة.
التشبع بالسبائك ذوبان منخفضة: يتم تشبع مضادات الاهتزاز بسبائك ذوبان منخفضة تبقى سائلة تحت ظروف التشغيل. غالبًا ما تستخدم سبائك الجاليوم والإنديوم والقصدير، غالباً مع إضافات مثل الفضة لتقليل نقطة الذوبان.
اختبار الأتصالات المرنة في المقاطع الكهربائية في الفراغ
تم إجراء اختبارات التحويل لقياس المتانة على جهاز ملامسة مسبق للإنتاج مصمم خصيصاً للأتصالات المرنة. خلال هذه الاختبارات، خضعت الأتصالات لـ 200,000 دورة تحويل عند 250 أمبير في وضع AC4، مع تدفقات تصل إلى 600 أمبير وأجهزة تصل إلى 690 فولت. أظهر اختبار الجهد الزائد أن الجهد الزائد كان أقل بمعدل 2-3 مرات من المعايير القياسية.
تعده هذه الطريقة المبتكرة بتغيير المجال الخاص بالمقاطع الكهربائية في الفراغ بتوفير أداء وموثوقية متفوقة مع تقليل التكاليف. هناك حاجة لمزيد من البحث والجهود التوحيدية لدمج هذه التقنية بشكل كامل في تطبيقات أوسع ضمن صناعة الهندسة الكهربائية. من خلال معالجة تحديات الإنتاج ونشر المعرفة، يمكن أن تصبح هذه الأتصالات المرنة المبتكرة قريباً أساساً في الأنظمة الكهربائية الحديثة.
