Výhody použití pružných kontaktů v nové generaci vakuumových přerušovačů
Vakuový přerušovač založený na pružných kontaktech
Vakuový přerušovač, který využívá pružné tlumiče vyrobené z taveninových kovů a nasycené s plynulou eutektickou slitinou, lze použít v vakuovém přepínacím zařízení, zejména v systémech vyžadujících přepínání velkých proudů (např. elektrolýzy pro výrobu vodíku a kovů) nebo rychlého přepínání (např. střední napětí přímého proudu). Tyto jsou také vhodné pro okamžité zvýšení přepínací kapacity stávajících systémů, jako je bezpečné zvyšování čid s nákladem (OLTC) pro transformátory větrných turbín.
Použití pružných kontaktů odstraňuje omezení na nominální velikost proudu způsobená kvadratickým nárůstem síly stlačení. V důsledku toho lze nové systémy navrhovat kompaktněji a ekonomičtěji. Nicméně, další výzkum a začlenění těchto zjištění do standardů je nutné pro jejich implementaci.
Koncept pružných kontaktů v vakuových přerušovačích
V jádru jsou pružné kontakty pro vakuové přerušovače podobné drátovým tlumičům kmitů (Obr. 1) vyrobeným z taveninových kovů a nasycených nízkotavivými slitinami, které poskytují kontakt prostřednictvím tekuté fáze. Starší literatura se na ně odkazuje jako na složené tekuté kovové kontakty, ale tento termín není definitivní pro tento specifický typ kontaktu, protože tekutá fáze existuje pouze jako tenká vrstva na povrchu taveninového drátu.
Naopak, významné charakteristiky - odolnost proti kmitům a kontakt na celé viditelné ploše - jsou dosaženy díky vlastnostem plétaného tlumiče. Návrh pružných kontaktů nejen překonává omezení tradičních materiálů kontaktů v aplikacích s vysokým tlakem a vysokým proudem, ale také zajišťuje stabilitu a spolehlivost provozu zařízení. Tato inovace je klíčová pro zlepšení efektivity a bezpečnosti elektrických systémů a poskytuje flexibilnější a efektivnější návrh pro budoucí projekty elektrotechniky.
Použitím pružných kontaktů dosahuje technologie vakuových přerušovačů vynikající výkon a spolehlivost, což z ní dělá zásadní postup pro moderní elektrické systémy. Další výzkum a standardizace otevře cestu pro širší aplikaci a integraci této technologie v různých odvětvích.
Výhody a výzvy pružných kontaktů v vakuových přerušovačích
Tyto pružné kontakty neukazují inertní odraz, nemohou se spájet, nemají konvenční odpor kontaktu a, jak bude ukázáno později, nejsou podléhaty elektromagnetickému oddělení. S ohledem na tyto výjimečné vlastnosti by mohl někdo zaujat, proč tyto materiály dosud nebyly široce přijaty v elektrotechnice.
Hlavní výzvy materiálů pružných kontaktů v vakuových přerušovačích:
Technologie výroby: Až do nedávné doby výroba a aplikace materiálů pružných kontaktů vyžadovala drahé zařízení, komplexní termochemické procesy v atmosféře vodíku a speciálně vyškolený personál. Zásadní problémem byla špatná adheze hořčíku a jeho slitin na wolfram a jiné taveninové kovy.
Chybějící konsolidované informace: Výzkum těchto pružných kontaktů nebyl konsolidován do jednoho zdroje, což ho činí méně dostupným pro specialisty.
Chybějící systematický výzkum: Navzdory svým výjimečným vlastnostem nebyly provedeny systematické studie, které by umožnily inženýrům efektivně aplikovat tyto materiály.
Výrobní proces pružných kontaktů
Technologický překážka byla řešena autorem v dubnu 2024 vývojem jednoduché metody výroby a aplikace materiálů pružných kontaktů (žádost o patent PCTIB2024/054125). Tato metoda je jednodušší a v mnoha případech levnější ve srovnání s tradičními pevnými kontakty používanými v vakuovém přepínacím zařízení.
Kroky zapojení:
Výroba tlumiče: Tlumič je vyroben z plétaného drátu - obvykle z wolframu, který byl dříve používán v žárovek - nebo z nerezové oceli. V speciálních případech mohou být použity molybden, niob, rhenium a jejich slitiny. Tyto tlumiče jsou snadno dostupné u výrobců.
Sváření: Tlumiče jsou svářeny na vodiče podobně jako pevné kontakty.
Nasycení nízkotavivou slitinou: Tlumiče jsou nasyceny nízkotavivou slitinou, která zůstává tekutá za pracovních podmínek. Běžně používané jsou eutektické slitiny hořčíku, india a cínu, často s přísadami jako stříbro pro snížení teploty tavení.
Testování pružných kontaktů v vakuových přerušovačích
Testy odolnosti přepínání byly provedeny na předprodukčním vakuovém kontaktoru speciálně navrženém pro pružné kontakty. Během těchto testů prošly kontakty 200 000 cykly přepínání při 250A v režimu AC4, s proudy dosahujícími 600 amperů a napětím až 690 volt. Testy nadnapětí ukázaly, že nadnapětí byla 2-3krát nižší než standardní normy.
Tento revoluční způsob slibuje zásadně změnit oblast vakuových přerušovačů poskytováním vynikajícího výkonu a spolehlivosti při snížení nákladů. Další výzkum a úsilí o standardizaci jsou nezbytné pro plnou integraci této technologie do širších aplikací v elektrotechnickém průmyslu. Řešením výzev výroby a šíření znalostí by mohly tyto inovativní pružné kontakty brzy stát se standardem v moderních elektrických systémech.
