Avantages de l'utilisation des contacts élastiques dans la nouvelle génération d'interupteurs à vide

Interrupteur à Vide Basé sur des Contacts Élastiques

Un interrupteur à vide utilisant des éléments d'amortissement élastiques fabriqués à partir de métaux réfractaires et imprégnés d'alliages eutectiques fusibles peut être utilisé dans les appareils de commutation sous vide, en particulier dans les systèmes nécessitant la commutation de forts courants (par exemple, électrolyseurs pour la production d'hydrogène et de métaux) ou la commutation à haute vitesse (par exemple, courant continu de moyenne tension). Ces interrupteurs sont également adaptés pour augmenter instantanément la capacité de commutation des systèmes existants, tels que le renforcement sûr des changeurs de robinets sous charge (OLTC) pour les transformateurs d'éoliennes.

L'utilisation de contacts élastiques supprime les limitations sur l'intensité du courant nominal causées par l'augmentation quadratique des forces de compression. Par conséquent, de nouveaux systèmes peuvent être conçus pour être plus compacts et économiques. Cependant, des recherches supplémentaires et l'intégration de ces résultats dans les normes sont nécessaires pour leur mise en œuvre.

Concept des Contacts Élastiques dans les Interrupteurs à Vide

À leur base, les contacts élastiques pour les interrupteurs à vide sont similaires aux amortisseurs vibratoires en treillis métallique (Fig.1) fabriqués à partir de métaux réfractaires et imprégnés d'alliages à faible point de fusion qui fournissent un contact par phase liquide. Les premières publications les désignaient comme des contacts composites à métal liquide, mais ce terme n'est pas définitif pour ce type spécifique de contact, car la phase liquide n'existe que sous forme de couche mince à la surface du fil réfractaire.

En revanche, les caractéristiques significatives - résistance aux vibrations et contact sur toute la surface visible - sont obtenues grâce aux propriétés de l'amortisseur tricoté. La conception des contacts élastiques non seulement surmonte les limites des matériaux de contact traditionnels dans les applications à haute pression et à fort courant, mais assure également la stabilité et la fiabilité du fonctionnement de l'équipement. Cette innovation est cruciale pour améliorer l'efficacité et la sécurité des systèmes électriques et offre une approche de conception plus flexible et efficace pour les projets futurs d'ingénierie électrique.

En adoptant des contacts élastiques, la technologie des interrupteurs à vide atteint des performances et une fiabilité supérieures, ce qui en fait une avancée essentielle pour les systèmes électriques modernes. Des recherches et des normalisations supplémentaires ouvriront la voie à une application plus large et à l'intégration de cette technologie dans divers secteurs industriels.

Avantages et Défis des Contacts Élastiques dans les Interrupteurs à Vide

Ces contacts élastiques ne présentent pas de rebond inertiel, ne peuvent pas se souder, n'ont pas de résistance de contact conventionnelle, et, comme le démontrera plus tard, ne sont pas sujets à la séparation électromagnétique. Compte tenu de ces propriétés remarquables, on pourrait se demander pourquoi ces matériaux n'ont pas encore été largement adoptés en génie électrique.

Principaux Défis des Matériaux de Contact Élastiques dans les Interrupteurs à Vide:

1. Technologie de Production: Jusqu'à récemment, la fabrication et l'application des matériaux de contact élastiques nécessitaient des équipements coûteux, des processus thermochimiques complexes dans une atmosphère d'hydrogène, et du personnel spécialement formé. Un problème majeur était l'adhérence médiocre du gallium et de ses alliages au tungstène et à d'autres métaux réfractaires.

2. Manque d'Information Consolidée: Les recherches sur ces contacts élastiques n'ont pas été consolidées en une source unique, rendant ces informations moins accessibles aux spécialistes.

3. Manque de Recherches Systématiques: Malgré leurs propriétés exceptionnelles, des études systématiques permettant aux ingénieurs d'appliquer efficacement ces matériaux n'ont pas été menées.

Processus de Fabrication des Contacts Élastiques

L'obstacle technologique a été résolu par l'auteur en avril 2024 grâce au développement d'une méthode simple pour la fabrication et l'application des matériaux de contact élastiques (demande de brevet PCTIB2024/054125). Cette méthode est plus simple et, dans la plupart des cas, plus économique par rapport aux contacts rigides traditionnels utilisés dans les équipements de commutation sous vide.

Étapes Impliquées:

1. Fabrication de l'Amortisseur: L'amortisseur est fabriqué à partir de fil tricoté - généralement du tungstène, qui était auparavant utilisé dans les filaments d'ampoules à incandescence - ou de l'acier inoxydable. Dans des cas spéciaux, le molybdène, le niobium, le rhénium et leurs alliages peuvent être utilisés. Ces amortisseurs sont facilement disponibles auprès des fabricants.

2. Soudage: Les amortisseurs sont soudés sur les conducteurs de manière similaire à celle des contacts rigides.

3. Imprégnation avec un Alliage à Faible Point de Fusion: Les amortisseurs sont imprégnés d'un alliage à faible point de fusion qui reste liquide dans les conditions de fonctionnement. Les alliages eutectiques de gallium, d'indium et d'étain, souvent avec des ajouts comme l'argent pour abaisser le point de fusion, sont couramment utilisés.

Tests des Contacts Élastiques dans les Interrupteurs à Vide

Des tests de durabilité ont été effectués sur un contacteur sous vide pré-production spécialement conçu pour les contacts élastiques. Au cours de ces tests, les contacts ont subi 200 000 cycles de commutation à 250A en mode AC4, avec des courants atteignant 600 ampères et des tensions allant jusqu'à 690 volts. Les tests de surtension ont montré que les surtensions étaient 2 à 3 fois inférieures aux normes standards.

Cette méthode révolutionnaire promet de transformer le domaine des interrupteurs à vide en offrant des performances et une fiabilité supérieures tout en réduisant les coûts. Des recherches et des efforts de normalisation supplémentaires sont nécessaires pour intégrer pleinement cette technologie dans des applications plus larges dans l'industrie de l'ingénierie électrique. En répondant aux défis de production et de diffusion des connaissances, ces contacts élastiques innovants pourraient bientôt devenir une référence dans les systèmes électriques modernes.