فایده‌های استفاده از تماس‌های الاستیک در نسل جدید قطعکننده خلأ
کاتerrupter خلاء بر اساس تماس‌های الاستیک
interrupter خلاء که از عناصر میراگر الاستیک ساخته شده از فلزات مقاوم در برابر حرارت و تشریح شده با آلیاژ همگانی ذوب پذیر استفاده می‌کند، می‌تواند در دستگاه‌های مبادله خلاء به کار رود، به ویژه در سیستم‌هایی که نیاز به مبادله جریان‌های بزرگ (مانند الکترولیزرها برای تولید هیدروژن و فلز) یا مبادله سریع (مانند جریان مستقیم ولتاژ متوسط) دارند. این نوع نیز مناسب برای افزایش فوری ظرفیت مبادله سیستم‌های موجود، مانند افزایش ایمن آپ‌های تغییر تاپ تحت بار (OLTC) برای ترانسفورماتورهای توربین‌های بادی است.
استفاده از تماس‌های الاستیک محدودیت‌های حجم جریان اسمی را که ناشی از افزایش مربعی نیروهای فشاری است، حذف می‌کند. بنابراین، سیستم‌های جدید می‌توانند طراحی شوند تا فشرده‌تر و اقتصادی‌تر باشند. با این حال، برای اجرای آن، تحقیقات بیشتر و ادغام یافته‌های این تحقیقات در استانداردها ضروری است.
مفهوم تماس‌های الاستیک در interrupter خلاء
در اصل، تماس‌های الاستیک برای interrupter خلاء مشابه میراگرهای ارتعاشی شبکه‌ای (شکل ۱) ساخته شده از فلزات مقاوم در برابر حرارت و تشریح شده با آلیاژهای ذوب پذیر با کمترین نقطه ذوب که از طریق فاز مایع تماس ایجاد می‌کنند. در ادبیات اولیه به آنها تماس‌های مایع-فلزی مرکب اشاره شده است، اما این اصطلاح برای این نوع خاص از تماس‌ها قطعی نیست، زیرا فاز مایع فقط به صورت یک لایه رقیق روی سطح سیم مقاوم وجود دارد.
به طور متضاد، ویژگی‌های مهم - مقاومت در برابر ارتعاش و تماس در تمام مساحت قابل مشاهده - با استفاده از ویژگی‌های میراگر پیچیده به دست می‌آید. طراحی تماس‌های الاستیک نه تنها محدودیت‌های مواد تماس سنتی را در برنامه‌های فشار بالا و جریان بالا غلبه می‌کند بلکه پایداری و قابلیت اطمینان عملیات تجهیزات را نیز تضمین می‌کند. این نوآوری برای افزایش کارایی و ایمنی سیستم‌های برقی و ارائه یک رویکرد طراحی انعطاف‌پذیر و کارآمد برای پروژه‌های آینده مهندسی برق ضروری است.
با استفاده از تماس‌های الاستیک، فناوری interrupter خلاء عملکرد و قابلیت اطمینان بهتری به دست می‌آورد که این پیشرفت برای سیستم‌های برقی مدرن ضروری است. تحقیقات بیشتر و استانداردسازی مسیر را برای کاربرد گسترده‌تر و یکپارچه‌سازی این فناوری در صنایع مختلف هموار خواهد کرد.
مزایا و چالش‌های تماس‌های الاستیک در interrupter خلاء
این تماس‌های الاستیک بازتاب غیرفعال ندارند، نمی‌توانند جوش شوند، مقاومت تماس سنتی ندارند و، همانطور که بعداً نشان داده خواهد شد، از تفکیک الکترومغناطیسی آزاد هستند. با توجه به این ویژگی‌های برجسته، ممکن است این سوال مطرح شود که چرا این مواد تاکنون در مهندسی برق گسترده استفاده نشده‌اند.
چالش‌های اصلی مواد تماس الاستیک در interrupter خلاء:
فناوری تولید: تا اخیر، تولید و کاربرد مواد تماس الاستیک نیاز به تجهیزات گران‌قیمت، فرآیندهای ترمیک-شیمیایی پیچیده در محیط هیدروژن و کارکنان آموزش دیده داشت. یک مشکل مهم عدم چسبندگی گالیوم و آلیاژهای آن به تانگستن و سایر فلزات مقاوم بود.
عدم تجمیع اطلاعات: تحقیقات درباره این تماس‌های الاستیک به صورت واحد تجمیع نشده‌اند، که این موضوع آنها را کمتر در دسترس متخصصان قرار داده است.
عدم تحقیقات سیستماتیک: با وجود ویژگی‌های برجسته آنها، تحقیقات سیستماتیکی که مهندسان را قادر می‌کند این مواد را مؤثر استفاده کنند، انجام نشده است.
فرآیند تولید تماس‌های الاستیک
این موانع فنی توسط نویسنده در آوریل ۲۰۲۴ با توسعه یک روش ساده برای تولید و کاربرد مواد تماس الاستیک (درخواست ثبت اختراع PCTIB2024/054125) حل شد. این روش ساده‌تر و در بیشتر موارد اقتصادی‌تر نسبت به تماس‌های سخت سنتی که در تجهیزات مبادله خلاء استفاده می‌شوند، است.
مراحل مربوطه:
ساخت میراگر: میراگر از سیم پیچیده - معمولاً تانگستن که قبلاً در فیلامن لامپ‌های اشعه مخصوص به کار می‌رفت - یا فولاد ضدزنگ ساخته می‌شود. در موارد خاص، مولیبدن، نیوبیوم، رنیوم و آلیاژهای آنها می‌توانند استفاده شوند. این میراگرهای به راحتی از تولیدکنندگان در دسترس هستند.
جوشکاری: میراگرهای به صورت مشابه تماس‌های سخت به رسانه‌ها جوشکاری می‌شوند.
تشریح با آلیاژ ذوب پذیر: میراگرهای با آلیاژ ذوب پذیر که در شرایط کاری مایع می‌ماند، تشریح می‌شوند. معمولاً از آلیاژهای همگانی گالیوم، ایندیوم و قلع استفاده می‌شود، اغلب با افزودن فلزات مانند نقره برای کاهش نقطه ذوب.
آزمایش تماس‌های الاستیک در interrupter خلاء
آزمایش‌های مبادله برای مقاومت روی یک contactor خلاء پیش‌تولیدی که به طور خاص برای تماس‌های الاستیک طراحی شده بود، انجام شد. در طول این آزمایش‌ها، تماس‌ها ۲۰۰,۰۰۰ دوره مبادله در ۲۵۰A در حالت AC4، با جریان‌هایی که به ۶۰۰ آمپر و ولتاژ تا ۶۹۰ ولت رسیدند، را طی کردند. آزمایش‌های ولتاژ بیش از حد نشان داد که ولتاژ بیش از حد ۲-۳ برابر کمتر از استانداردهای معمول بود.
این روش نوآورانه امیدوار است که با ارائه عملکرد و قابلیت اطمینان بهتر و کاهش هزینه‌ها، زمینه مبادله خلاء را تغییر دهد. تحقیقات بیشتر و تلاش‌های استانداردسازی برای یکپارچه‌سازی کامل این فناوری در کاربردهای گسترده‌تر در صنعت مهندسی برق ضروری است. با رفع چالش‌های تولید و پخش دانش، این تماس‌های نوآورانه الاستیک می‌توانند به زودی یکی از اجزای اصلی سیستم‌های برقی مدرن شوند.
