Avantatges de l'ús de Contactes Elàstics en la nova Generació d'Interruptor al Vaciu
Interruptor de vaciu basat en contactes elàstics
Un interruptor de vaciu que utilitza elements d'amortització elàstics fabricats amb metalls refractaris i impregnats amb una alli eutèctica fusible es pot utilitzar en aparells de commutació de vaciu, especialment en sistemes que requereixen la commutació de corrents grans (per exemple, electrolisisadors per a la producció d'hidrogen i metall) o commutació de alta velocitat (per exemple, corrent contínua de mitja tensió). Aquests també són adequats per augmentar immediatament la capacitat de commutació dels sistemes existents, com ara l'increment segur dels canviadors de relés sobrecarregats (OLTC) per transformadors d'aerogeneradors.
L'ús de contactes elàstics elimina les limitacions en la magnitud de la corrent nominal causades pel creixement quadràtic de les forces de compressió. En conseqüència, els nous sistemes es poden dissenyar per ser més compacts i econòmics. No obstant això, calen més recerques i l'inclusió d'aquests resultats en estàndards per a la seva implementació.
Concepte dels contactes elàstics en interruptors de vaciu
En essència, els contactes elàstics per a interruptors de vaciu són similars als amortitzadors de vibració de malles de fil (Fig.1) fabricats amb metalls refractaris i impregnats amb allis de baixa fusió que proporcionen contacte a través d'una fase líquida. La literatura inicial els anomena contactes compostos de metall líquid, però aquest terme no és definitiu per a aquest tipus específic de contacte, ja que la fase líquida existeix només com una capa fina a la superfície del fil refractari.
En contrast, les característiques significatives—resistència a les vibracions i contacte en tota l'àrea visible—s'aconsegueixen gràcies a les propietats de l'amortitzador de tricot. El disseny dels contactes elàstics no només supera les limitacions dels materials de contacte tradicionals en aplicacions d'alta pressió i corrent elevada, sino que també assegura la stabilitat i fiabilitat de l'operació de l'equipament. Aquesta innovació és crucial per millorar l'eficiència i la seguretat dels sistemes d'energia i proporciona un enfocament de disseny més flexible i eficient per a projectes futurs d'enginyeria elèctrica.
Adoptant contactes elàstics, la tecnologia d'interruptors de vaciu aconsegueix un rendiment i una fiabilitat superiors, fent-lo un avanç essencial per als sistemes d'energia moderns. Més investigació i estandarització obriran el camí a una aplicació més àmplia i integració d'aquesta tecnologia en diversos sectors industrials.
Vantatges i reptes dels contactes elàstics en interruptors de vaciu
Aquests contactes elàstics no presenten rebot inercial, no es poden soldar, no tenen resistència de contacte convencional, i, com es demostrarà més endavant, no estan subjectes a separació electromagnètica. Donades aquestes propietats remarcables, es podria preguntar per què aquests materials encara no s'han adoptat ampliament en l'enginyeria elèctrica.
Principals reptes dels materials de contacte elàstics en interruptors de vaciu:
Tecnologia de producció: Fins fa poc, la fabricació i l'aplicació de materials de contacte elàstics requerien equipaments caros, processos termoquímics complexos en atmosfera d'hidrogen i personal especialment format. Un problema significatiu era la poca adhesió del galet i les seves allis al tungstè i altres metalls refractaris.
Falta d'informació consolidada: La recerca sobre aquests contactes elàstics no s'ha consolidat en una única font, fent-la menys accessible als especialistes.
Falta d'estudis sistemàtics: Malgrat les seves excepcionals propietats, no s'han realitzat estudis sistemàtics que permetin als enginyers aplicar aquests materials de manera efectiva.
Procés de fabricació dels contactes elàstics
El repte tecnològic va ser abordat per l'autor en abril de 2024 a través del desenvolupament d'un mètode simple per a la fabricació i l'aplicació de materials de contacte elàstics (sol·licitud de patència PCTIB2024/054125). Aquest mètode és més senzill i, en la majoria dels casos, més econòmic en comparació amb els contactes rígids tradicionals utilitzats en equipaments de commutació de vaciu.
Pasos involucrats:
Fabricació de l'amortitzador: L'amortitzador es fa amb fil tricotat—normalment tungstè, que s'utilitzava anteriorment en els filaments de llums incandescent—o acer inoxidable. En casos especials, es poden utilitzar molibdè, niobi, reni i les seves allis. Aquests amortitzadors estan disponibles fàcilment de fabricants.
Soldadura: Els amortitzadors es solden a conductors de manera similar a com es fixen els contactes rígids.
Impregnació amb alli de baixa fusió: Els amortitzadors s'impregnen amb un alli de baixa fusió que roman líquid en condicions d'operació. Normalment s'utilitzen allis eutèctics de galet, índi i estany, sovint amb addicions com l'argent per reduir el punt de fusió.
Proves dels contactes elàstics en interruptors de vaciu
S'han realitzat proves de commutació per durabilitat en un contactor de vaciu pre-producció específicament dissenyat per a contactes elàstics. Durant aquestes proves, els contactes van passar 200.000 cicles de commutació a 250A en mode AC4, amb corrents que arribaven a 600 amperes i tensions fins a 690 volts. Les proves de sobretensió van mostrar que les sobretensions eren 2-3 vegades més baixes que els estàndards normals.
Aquest mètode revolucionari promet transformar el camp dels interruptors de vaciu proporcionant un rendiment i una fiabilitat superiors mentre es redueixen els costos. Calen més recerques i esforços d'estandarització per integrar plenament aquesta tecnologia en aplicacions més àmplies dins de la indústria de l'enginyeria elèctrica. Abordant els reptes de la producció i la difusió del coneixement, aquests innovadors contactes elàstics podrien aviat convertir-se en un element bàsic en els sistemes d'energia moderns.
