Elastisten yhteyksien käytön edut uudessa puhdistimessä
Poikkituohokkaiden perustelun pohjalta toimiva tyhjiökatkaisija
Tyhjiökatkaisijassa, joka käyttää uumenisulavien ja sulamiseutektiikan täyteaineesta valmistettuja joustavia vaimentusosia, voidaan käyttää tyhjiövaihtokäyttössä, erityisesti järjestelmissä, joissa on tarve suurten sähkövirrannoiden (esimerkiksi vety- ja metallituotannon elektroluyksiköissä) tai nopean vaihtamisen (esimerkiksi keskispannoksessa suoraan sähkövirran) käytettäväksi. Nämä ovat myös sopivia olemassa olevien järjestelmien kytkemiskykyjen välittömälle lisäämiseksi, kuten turvallisesti tuuliturbiinimuuntajien OLTC:n (on-load tap changer) nostamisessa.
Joustavien yhteyksien käyttö poistaa nominaalisen virran rajoitukset, jotka aiheutuvat puristusvoimien neliöllisestä kasvusta. Tämän seurauksena uudet järjestelmät voidaan suunnitella tiiviimmiksi ja kustannustehokkaammiksi. Kuitenkin lisätutkimusta ja näiden löydösten sisällyttämistä standardeihin tarvitaan niiden toteuttamiseksi.
Tyhjiökatkaisijoiden joustavien yhteyksien käsite
Perinteessä joustavat yhteydet tyhjiökatkaisijoissa ovat samankaltaisia kuin vaipparakennevaimennimet (Kuvio 1), jotka on valmistettu uumenisulavista ja täytetty matalan sulamispisteen alliageilla, jotka tarjoavat yhteyden nestemäisessä vaiheessa. Aiempi kirjallisuus viittaa niihin kompositteihin nestemäisiin yhteyksiin, mutta tämä termi ei ole lopullinen tällaiselle yhteykselle, koska nestemäinen vaihe on vain ohessa kerros uumenisulan pinnalla.
Päinvastoin, merkittävät ominaisuudet – värinäkiinteytys ja yhteys koko näkyvällä alueella – saavutetaan vaipan vaimennimen ominaisuuksien ansiosta. Joustavien yhteyksien suunnitelma ylittää perinteisten yhteyksien materiaalien rajoitukset korkean paineen ja suuren virran sovelluksissa sekä varmistaa laitteiston toiminnan vakauden ja luotettavuuden. Tämä innovaatio on olennainen sähköjärjestelmien tehokkuuden ja turvallisuuden parantamiseksi ja tarjoaa joustavamman ja tehokkaamman suunnittelun lähestymistavan tuleville sähkötekniikan projekteille.
Joustavien yhteyksien käyttö mahdollistaa tyhjiökatkaisijateknologian erinomaisen suorituskyvyn ja luotettavuuden, mikä tekee siitä olennaisen edistysaskeleen modernissa sähköjärjestelmässä. Lisätutkimus ja standardointi avatavat tietä teknologian laajempaan soveltamiseen ja integrointiin eri aloille.
Joustavien yhteyksien etuja ja haasteita tyhjiökatkaisijoissa
Nämä joustavat yhteydet eivät näytä inertiallista palautumista, eivät voi liimautua, eivät omaa perinteistä yhteyden vastusta, ja kuten myöhemmin nähdään, eivät ole alttiina sähkömagneettiselle erottumiselle. Näiden huomattavien ominaisuuksien valossa voisi ihmetellä, miksi tällaisia materiaaleja ei ole vielä laajasti omaksuttu sähkötekniikassa.
Tyhjiökatkaisijoiden joustavien yhteyksien päähaasteet:
Valmistusteknologia: Viime vuosina joustavien yhteyksien materiaalien valmistus ja soveltaminen vaativat kalliita laitteita, monimutkaisia lämpö-kemiaisia prosesseja vetyilmapiirissä ja erikoisesti koulutettua henkilöstöä. Merkittävä ongelma oli galliumin ja sen alliageiden heikko kiinnitys tungsteneen ja muihin uumenisulaviin.
Yhteenvetoviranomaisten puute: Tutkimusta näistä joustavista yhteyksistä ei ole yhdistetty yhteen lähteeseen, mikä tekee niistä vähemmän saatavilla asiantuntijoille.
Järjestelmällisen tutkimuksen puute: Huolimatta erinomaisista ominaisuuksista, järjestelmällisiä tutkimuksia, jotka mahdollistaisivat insinöörien tehokkaan soveltamisen, ei ole suoritettu.
Joustavien yhteyksien valmistusprosessi
Teknologinen este ratkaistiin huhtikuussa 2024 kehitettyä yksinkertaista menetelmää joustavien yhteyksien materiaalien valmistamiseen ja soveltamiseen (patentihakemus PCTIB2024/054125). Tämä menetelmä on yksinkertaisempi ja useimmissa tapauksissa taloudellisempi verrattuna perinteisiin jäykkimpiin yhteyksiin, joita käytetään tyhjiövaihtokäyttössä.
Osallistuvat vaiheet:
Vaimennimen valmistus: Vaimennin on valmistettu neuloituvaatteesta – yleensä tungsteesta, jota aiemmin käytettiin sähkölamppujen filamenteissa – tai rostevierasta. Erikoistapauksissa voidaan käyttää molybdeeniumia, niobia, reenia ja niiden alliageja. Nämä vaimennimet ovat helposti saatavilla valmistajilta.
Löydystä: Vaimennimet löydetään johtimiin samalla tavalla kuin jäykät yhteydet kiinnitetään.
Matalan sulamispisteen alliageilla täyte: Vaimennimet täytetään matalan sulamispisteen alliageilla, jotka pysyvät nesteinä käytössä. Yleisesti käytettyjä ovat gallium-, indium- ja tin-eutektiset alliageet, usein lisäyksillä, kuten hopea, alentamaan sulamispistettä.
Joustavien yhteyksien testaus tyhjiökatkaisijoissa
Vaihtokokeet kestävyydelle suoritettiin ennakkotuotannossa erityisesti joustaville yhteyksille suunnitellulla tyhjiökontaktoreilla. Nämä kokeet sisälsivät 200 000 vaihtokierrosta 250A:ssa AC4-tilassa, jossa virrat saavuttivat 600 amperia ja jännitteet 690 voltia. Ylivoltagekokeet osoittivat, että ylivoltit olivat 2-3 kertaa pienemmät kuin normaalit.
Tämä läpimurto menetelmä lupaa vallankaappauksen tyhjiökatkaisijoiden alalla tarjoten erinomaisen suorituskyvyn ja luotettavuuden samalla kun kustannukset vähenevät. Lisätutkimusta ja standardointitoimia tarvitaan tämän teknologian täydellä integroimiseksi laajempiin sovelluksiin sähkötekniikan alalla. Tuotantohaasteiden ja tiedon levittämisen käsittelyn myötä nämä innovatiiviset joustavat yhteydet voivat pian tulla osaksi modernia sähköjärjestelmää.
