Fordelene ved at bruge Elastic Contacts i den nye generation af vakuumafbrydere

Vakuumafbryder baseret på elastiske kontakter

En vakuumafbryder, der anvender elastiske demperkomponenter lavet af refraktære metaller og impregneret med en fusibel eutektisk legemængde, kan bruges i vakuumskiftende apparater, især i systemer, der kræver skiftning af store strømme (f.eks. elektrolyser til brint- og metalproduktion) eller hurtigt skift (f.eks. mediumspænding direkte strøm). Disse er også egnet til øjeblikkelig forhøjelse af skiftningsevnen i eksisterende systemer, som sikkert at forhøje belasted tap-skiftninger (OLTC) for vindturbinetransformatorer.

Ved at bruge elastiske kontakter fjernes begrænsningerne på den nominelle strømmens størrelse, som skyldes kvadratisk stigning i komprimeringskræfter. Dermed kan nye systemer designes til at være mere kompakte og kostnadseffektive. Yderligere forskning og indarbejdelse af disse resultater i standarder er dog nødvendig for deres implementering.

Konceptet om elastiske kontakter i vakuumafbrydere

I deres kerne ligner elastiske kontakter for vakuumafbrydere trådnet-dempere (Fig.1) lavet af refraktære metaller og impregneret med lavsmeltelegemer, der giver kontakt gennem en væskedel. Tidlig litteratur refererer til dem som sammensatte væskemetalkontakter, men denne term er ikke definitiv for denne specifikke type kontakt, da den væskedelige fase findes kun som en tynd lag på overfladen af de refraktære tråde.

I modsætning hertil opnås de betydelige karakteristika – vibrationsbestandighed og kontakt over hele det synlige areal – takket være egenskaberne af den strikkede damper. Designet af elastiske kontakter overkommer ikke blot begrænsningerne af traditionelle kontaktmaterialer i højtryks-, højstrømsapplikationer, men sikrer også stabiliteten og pålideligheden af udstyrsoperationen. Denne innovation er afgørende for at forbedre effektiviteten og sikkerheden af strømsystemer og giver et mere fleksibelt og effektivt designtilgang til fremtidige elektriske projekter.

Ved at vedtage elastiske kontakter opnår vakuumafbrydere teknologi en superiør ydeevne og pålidelighed, hvilket gør det til en væsentlig fremskridt for moderne strømsystemer. Yderligere undersøgelser og standardisering vil åbne vejen for bredere anvendelse og integration af denne teknologi i forskellige brancher.

Fordele og udfordringer ved elastiske kontakter i vakuumafbrydere

Disse elastiske kontakter viser ingen inertiel genforstød, kan ikke lødes, har ikke konventionel kontaktmodstand, og som vil blive demonstreret senere, er ikke underlagt elektromagnetisk separation. Med disse bemærkelsesværdige egenskaber kan man undre sig over, hvorfor sådanne materialer endnu ikke er blevet bredt anvendt i elektriske anlæg.

Hovedudfordringer ved elastiske kontaktmaterialer i vakuumafbrydere:

1. Produktionsteknologi: Indtil for nylig krævede produktion og anvendelse af elastiske kontaktmaterialer dyrt udstyr, komplekse termokemiske processer i en vandstoffuld atmosfære, og specialt uddannet personale. En signifikant udfordring var den dårlige adhærence af gallium og dets legeringer til tungsten og andre refraktære metaller.

2. Mangel på konsolideret information: Forskning i disse elastiske kontakter er ikke konsolideret i en enkelt kilde, hvilket gør dem mindre tilgængelige for specialister.

3. Mangel på systematisk forskning: Trods deres exceptionelle egenskaber er der ikke foretaget systematiske studier, der tillader ingeniører at anvende disse materialer effektivt.

Produktionsproces for elastiske kontakter

Den teknologiske hindring blev håndteret af forfatteren i april 2024 gennem udviklingen af en enkel metode til produktion og anvendelse af elastiske kontaktmaterialer (patentansøgning PCTIB2024/054125). Denne metode er enklere og i de fleste tilfælde mere økonomisk sammenlignet med traditionelle faste kontakter, der anvendes i vakuumskiftende udstyr.

Trin involveret:

1. Damperfabrikation: Damperen laves af strikket tråd - typisk tungsten, der tidligere blev anvendt i glødelampespiraler - eller rustfrit stål. I særlige tilfælde kan molybdæn, niob, rhenium og deres legeringer anvendes. Disse dampere er let tilgængelige fra producenter.

2. Løding: Dampere lødes på ledere på samme måde, som faste kontakter vedhæftes.

3. Impregnation med lavsmeltelegeme: Dampere impregnères med en lavsmeltelegem, der forbliver væskelig under driftsbetingelser. Ofte anvendes eutektiske legeringer af gallium, indium og tin, ofte med tilsætninger som sølv for at nedbringe smeltepunktet.

Test af elastiske kontakter i vakuumafbrydere

Skiftningstest for holdbarhed blev udført på en forproduktionsvakuumkontaktor specielt designet til elastiske kontakter. Under disse test gik kontakterne igennem 200.000 skiftningssykluser ved 250A i AC4-tilstand, med strømme, der nåede op til 600 amperer, og spændinger op til 690 volt. Overspændingstest viste, at overspændinger var 2-3 gange lavere end standardnormer.

Denne gennembrudsmetode lover at revolutionere feltet for vakuumafbrydere ved at give superiør ydeevne og pålidelighed, samtidig med reduktion af omkostninger. Yderligere forskning og standardiseringsbestræbelser er nødvendige for at fuldt integrere denne teknologi i bredere anvendelser inden for elektriske anlægsindustrien. Ved at tackle udfordringerne i produktion og vidensdissemination kunne disse innovative elastiske kontakter snart blive en standard i moderne strømsystemer.