Beneficios de usar Contactos Elásticos en la nueva Generación de Interruptores al Vacío
Interruptor de Vacío Basado en Contactos Elásticos
Un interruptor de vacío que utiliza elementos de amortiguación elásticos hechos de metales refractarios e impregnados con un aleación eutéctica fusible puede emplearse en aparatos de conmutación de vacío, especialmente en sistemas que requieren la conmutación de corrientes grandes (por ejemplo, electrolizadores para la producción de hidrógeno y metales) o conmutación de alta velocidad (por ejemplo, corriente continua de media tensión). Estos son también adecuados para aumentar instantáneamente la capacidad de conmutación de los sistemas existentes, como el refuerzo seguro de los cambiadores de tomas bajo carga (OLTC) para transformadores de aerogeneradores.
El uso de contactos elásticos elimina las limitaciones en la magnitud de la corriente nominal causadas por el aumento cuadrático de las fuerzas de compresión. Como consecuencia, se pueden diseñar nuevos sistemas más compactos y rentables. Sin embargo, es necesario realizar investigaciones adicionales y la incorporación de estos hallazgos en las normas para su implementación.
Concepto de Contactos Elásticos en Interruptores de Vacío
En su esencia, los contactos elásticos para interruptores de vacío son similares a los amortiguadores de malla de alambre (Fig.1) hechos de metales refractarios e impregnados con aleaciones de baja fusión que proporcionan contacto a través de una fase líquida. La literatura temprana los denomina contactos líquido-metálicos compuestos, pero este término no es definitivo para este tipo específico de contacto, ya que la fase líquida existe simplemente como una capa delgada en la superficie del alambre refractario.
Por el contrario, las características significativas—resistencia a la vibración y contacto en toda el área visible—se logran gracias a las propiedades del amortiguador tejido. El diseño de los contactos elásticos no solo supera las limitaciones de los materiales de contacto tradicionales en aplicaciones de alta presión y alta corriente, sino que también asegura la estabilidad y confiabilidad del funcionamiento del equipo. Esta innovación es crucial para mejorar la eficiencia y seguridad de los sistemas de energía y proporciona un enfoque de diseño más flexible y eficiente para futuros proyectos de ingeniería eléctrica.
Al adoptar contactos elásticos, la tecnología de interruptores de vacío logra un rendimiento y confiabilidad superiores, convirtiéndose en un avance esencial para los sistemas de energía modernos. Investigaciones adicionales y la estandarización allanarán el camino para una aplicación más amplia e integración de esta tecnología en diversas industrias.
Ventajas y Desafíos de los Contactos Elásticos en Interruptores de Vacío
Estos contactos elásticos no presentan rebote inercial, no pueden soldarse, no poseen resistencia de contacto convencional y, como se demostrará más adelante, no están sujetos a la separación electromagnética. Dadas estas notables propiedades, uno podría preguntarse por qué dichos materiales aún no se han adoptado ampliamente en la ingeniería eléctrica.
Principales Desafíos de los Materiales de Contacto Elástico en Interruptores de Vacío:
Tecnología de Producción: Hasta hace poco, la fabricación y aplicación de materiales de contacto elástico requerían equipos costosos, procesos termoquímicos complejos en atmósfera de hidrógeno y personal altamente capacitado. Un problema importante era la pobre adhesión del galio y sus aleaciones al wolframio y otros metales refractarios.
Falta de Información Consolidada: La investigación sobre estos contactos elásticos no se ha consolidado en una sola fuente, lo que dificulta el acceso a los especialistas.
Falta de Investigación Sistemática: A pesar de sus excepcionales propiedades, no se han realizado estudios sistemáticos que permitan a los ingenieros aplicar estos materiales de manera efectiva.
Proceso de Fabricación de Contactos Elásticos
El obstáculo tecnológico fue abordado por el autor en abril de 2024 mediante el desarrollo de un método sencillo para la fabricación y aplicación de materiales de contacto elástico (solicitud de patente PCTIB2024/054125). Este método es más simple y, en la mayoría de los casos, más económico en comparación con los contactos rígidos tradicionales utilizados en equipos de conmutación de vacío.
Pasos Involucrados:
Fabricación del Amortiguador: El amortiguador se fabrica a partir de alambre tejido—generalmente de wolframio, que se usaba anteriormente en los filamentos de las lámparas incandescentes—o de acero inoxidable. En casos especiales, se pueden usar molibdeno, niobio, renio y sus aleaciones. Estos amortiguadores están disponibles de los fabricantes.
Soldadura: Los amortiguadores se soldan a los conductores de manera similar a como se fijan los contactos rígidos.
Impregnación con Aleación de Baja Fusión: Los amortiguadores se impregnan con una aleación de baja fusión que permanece líquida en condiciones de operación. Se utilizan comúnmente aleaciones eutécticas de galio, indio y estaño, a menudo con adiciones como plata para bajar el punto de fusión.
Pruebas de Contactos Elásticos en Interruptores de Vacío
Se realizaron pruebas de conmutación para evaluar la durabilidad en un precontactador de vacío específicamente diseñado para contactos elásticos. Durante estas pruebas, los contactos soportaron 200,000 ciclos de conmutación a 250A en modo AC4, con corrientes que alcanzaron 600 amperios y tensiones de hasta 690 voltios. Las pruebas de sobretensión mostraron que las sobretensiones fueron 2-3 veces menores que las normas estándar.
Este método revolucionario promete transformar el campo de los interruptores de vacío al proporcionar un rendimiento y confiabilidad superiores mientras reduce los costos. Son necesarias investigaciones adicionales y esfuerzos de estandarización para integrar completamente esta tecnología en aplicaciones más amplias dentro de la industria de la ingeniería eléctrica. Al abordar los desafíos de la producción y la difusión del conocimiento, estos innovadores contactos elásticos podrían convertirse pronto en un elemento esencial en los sistemas de energía modernos.
