مزایای استفاده از تماس‌های الاستیک در نسل جدید قطعکن خلأ
مکانیزم قطع کننده خلاء بر اساس تماس‌های الاستیک
یک مکانیزم قطع کننده خلاء که از عناصر دمپینگ الاستیک ساخته شده از فلزات مقاوم به حرارت و ترکیب شده با آلیاژ همگذار ذوب پذیر استفاده می‌کند، می‌تواند در دستگاه‌های قطع کننده خلاء به کار رود، به ویژه در سیستم‌هایی که نیاز به قطع جریان‌های بزرگ (مانند الکترولیزرهای تولید هیدروژن و فلزات) یا قطع سریع (مانند جریان مستقیم ولتاژ متوسط) دارند. این مکانیزم‌ها همچنین برای افزایش فوری ظرفیت قطع در سیستم‌های موجود مناسب هستند، مانند افزایش ایمن ترانسفورماتورهای توربین‌های بادی با تغییرات تپه‌ای زنده.
استفاده از تماس‌های الاستیک محدودیت‌های حجم جریان اسمی را که ناشی از افزایش مربعی نیروهای فشرده شدن است، حذف می‌کند. بنابراین، می‌توان سیستم‌های جدید را به صورت فشرده‌تر و اقتصادی‌تر طراحی کرد. با این حال، تحقیقات بیشتر و ادغام این یافته‌ها در استانداردها برای اجرای آن ضروری است.
مفهوم تماس‌های الاستیک در مکانیزم‌های قطع کننده خلاء
در اصل، تماس‌های الاستیک برای مکانیزم‌های قطع کننده خلاء مشابه دمپر‌های ارتعاشی شبکه سیم (شکل ۱) ساخته شده از فلزات مقاوم به حرارت و ترکیب شده با آلیاژهای ذوب پذیر با فاز مایع هستند. در ادبیات اولیه، این تماس‌ها به عنوان تماس‌های مرکب مایع-فلزی شناخته می‌شوند، اما این اصطلاح برای نوع خاص این تماس‌ها قطعی نیست، زیرا فاز مایع فقط به صورت یک لایه نازک روی سطح سیم مقاوم وجود دارد.
به طور متضاد، ویژگی‌های مهم - مقاومت در برابر ارتعاش و تماس در تمام مساحت قابل مشاهده - به دلیل ویژگی‌های دمپر پیچیده به دست می‌آیند. طراحی تماس‌های الاستیک نه تنها محدودیت‌های مواد تماس سنتی را در کاربردهای فشار بالا و جریان بالا غلبه می‌کند، بلکه ثبات و قابلیت اطمینان عملکرد تجهیزات را نیز تضمین می‌کند. این نوآوری برای افزایش کارایی و ایمنی سیستم‌های برقی و ارائه یک رویکرد طراحی انعطاف‌پذیر و کارآمد برای پروژه‌های مهندسی برق آینده حیاتی است.
با استفاده از تماس‌های الاستیک، فناوری مکانیزم‌های قطع کننده خلاء عملکرد و قابلیت اطمینان بسیار بالاتری به دست می‌آورد و آن را به پیشرفت اساسی برای سیستم‌های برقی مدرن تبدیل می‌کند. تحقیقات بیشتر و استانداردسازی مسیر را برای کاربرد گسترده‌تر و یکپارچه‌سازی این فناوری در صنایع مختلف هموار می‌کند.
مزایا و چالش‌های تماس‌های الاستیک در مکانیزم‌های قطع کننده خلاء
این تماس‌های الاستیک بازتاب غیرفعال ندارند، نمی‌توانند جوش کنند، مقاومت تماس سنتی ندارند و، همانطور که بعداً نشان داده خواهد شد، تحت تأثیر جدا شدن الکترومغناطیسی نمی‌افتند. با توجه به این ویژگی‌های برجسته، ممکن است این سوال مطرح شود که چرا این مواد تاکنون در مهندسی برق به طور گسترده پذیرفته نشده‌اند.
چالش‌های اصلی مواد تماس الاستیک در مکانیزم‌های قطع کننده خلاء:
فناوری تولید: تا اخیر، تولید و استفاده از 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 تنگستن و فلزات مقاوم دیگر بود.
عدم دسترسی به اطلاعات یکپارچه: تحقیقات درباره تماس‌های الاستیک به صورت یک منبع واحد جمع‌آوری نشده است، که این موضوع دسترسی متخصصان را محدود می‌کند.
عدم انجام تحقیقات سیستماتیک: با وجود ویژگی‌های استثنایی آنها، تحقیقات سیستماتیکی که مهندسان را قادر به استفاده مؤثر از این مواد می‌کند، انجام نشده است.
فرآیند تولید تماس‌های الاستیک
این مانع تکنولوژیکی توسط نویسنده در آوریل ۲۰۲۴ با توسعه یک روش ساده برای تولید و استفاده از مواد تماس الاستیک (درخواست اختراع PCTIB2024/054125) حل شد. این روش در بیشتر موارد ساده‌تر و اقتصادی‌تر از تماس‌های سخت سنتی استفاده شده در تجهیزات قطع کننده خلاء است.
مراحل شامل:
ساخت دمپر: دمپر از سیم پیچیده - معمولاً تنگستن که قبلاً در فیلامنت‌های لمپ‌های روشنایی استفاده می‌شد - یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شود. در موارد خاص، مولیبدن، نیوبیم، رنیوم و آلیاژهای آنها می‌توانند استفاده شوند. این دمپرها از تولیدکنندگان موجود قابل دسترس هستند.
جوش کاری: دمپرها به رسانه‌ها جوش کاری می‌شوند مانند نحوه جوش کاری تماس‌های سخت.
تراکم با آلیاژ ذوب پذیر: دمپرها با آلیاژ ذوب پذیری که در شرایط کاری مایع می‌ماند، تراکم می‌یابند. معمولاً از آلیاژهای همگذار گالیوم، ایندیوم و سن به همراه افزودن‌هایی مانند نقره برای کاهش نقطه ذوب استفاده می‌شود.
آزمایش تماس‌های الاستیک در مکانیزم‌های قطع کننده خلاء
آزمایش‌های قطع برای دوام در یک مکانیزم قطع کننده خلاء پیش تولیدی که به طور خاص برای تماس‌های الاستیک طراحی شده بود، انجام شد. در این آزمایش‌ها، تماس‌ها ۲۰۰,۰۰۰ دوره قطع در ۲۵۰A در حالت AC4، با جریان‌هایی که به ۶۰۰ آمپر و ولتاژ تا ۶۹۰ ولت می‌رسیدند، تجربه کردند. آزمایش‌های فشار بالا نشان داد که فشارهای بالا ۲-۳ برابر کمتر از استانداردهای معمول بودند.
این روش پیشگامانه امیدوار است با ارائه عملکرد و قابلیت اطمینان بسیار بالاتر و کاهش هزینه‌ها، زمینه مکانیزم‌های قطع کننده خلاء را تغییر دهد. تحقیقات بیشتر و تلاش‌های استانداردسازی برای ادغام کامل این فناوری در کاربردهای گسترده‌تر در صنعت مهندسی برق ضروری است. با حل چالش‌های تولید و انتشار دانش، این تماس‌های نوآورانه الاستیک می‌توانند به زودی به یک جزء اصلی در سیستم‌های برقی مدرن تبدیل شوند.
