Beneficios do uso de Contactos Elásticos na nova Xeración de Interruptores ao Vacío
Interruptor de vacío baseado en contactos elásticos
Un interruptor de vacío que utiliza elementos de amortiguación elásticos feitos de metais refractarios e impregnados cun liga eutectica fusible pode empregarse en aparellos de conmutación de vacío, especialmente en sistemas que requiren a conmutación de correntes grandes (por exemplo, electrolizadores para a produción de hidróxeno e metais) ou conmutación de alta velocidade (por exemplo, corrente continua de media tensión). Estes son tamén adecuados para aumentar instantaneamente a capacidade de conmutación de sistemas existentes, como o aumento seguro dos cambiadores de tomas sobrecargados (OLTC) para transformadores de aerxeneradores.
O uso de contactos elásticos elimina as limitacións na magnitude da corrente nominal causadas polo aumento cuadrático das forzas de compresión. En consecuencia, poden deseñarse novos sistemas máis compactos e económicos. No entanto, é necesario unha investigación adicional e a inclusión destes resultados nos estándares para a súa implementación.
Concepto de contactos elásticos en interruptores de vacío
No seu núcleo, os contactos elásticos para interruptores de vacío son semellantes a amortiguadores de malla metálica (Fig.1) feitos de metais refractarios e impregnados con ligas de baixa fusibilidade que proporcionan contacto a través dunha fase líquida. A literatura temprana refírese a eles como contactos líquido-metálicos compósitos, pero este término non é definitivo para este tipo específico de contacto, xa que a fase líquida existe simplemente como unha capa fina na superficie do fío refractario.
En contraste, as características significativas—resistencia á vibración e contacto en toda a área visible—logránse grazas ás propiedades do amortiguador teixido. O deseño de contactos elásticos non só supera as limitacións dos materiais de contacto tradicionais en aplicacións de alta presión e alta corrente, senón que tamén asegura a estabilidade e fiabilidade do funcionamento do equipo. Esta innovación é crucial para mellorar a eficiencia e seguridade dos sistemas de enerxía e ofrece un enfoque de deseño máis flexible e eficiente para futuros proxectos de enxeñaría eléctrica.
Ao adoptar contactos elásticos, a tecnoloxía de interruptores de vacío logra un rendemento e fiabilidade superiores, facéndoa un avance esencial para os sistemas de enerxía modernos. Unha investigación adicional e a normalización abrirán o camiño para unha aplicación e integración máis amplia desta tecnoloxía en varias industrias.
Vantaxes e desafíos de contactos elásticos en interruptores de vacío
Estes contactos elásticos non exhiben rebote inercial, non poden soldarse, non posúen resistencia de contacto convencional e, como se demostrará máis tarde, non están suxeitos á separación electromagnética. Dadas estas propiedades notables, pódese preguntar por que tales materiais aínda non se han adoptado xeralmente na enxeñaría eléctrica.
Principais desafíos dos materiais de contacto elástico en interruptores de vacío:
Tecnoloxía de fabricación: Hasta recentemente, a fabricación e aplicación de materiais de contacto elástico requireu equipamento caro, procesos termoquímicos complexos en atmosfera de hidróxeno e persoal especializado. Un problema significativo foi a pobre adhesión do galio e as súas ligas ao volfrámio e outros metais refractarios.
Falta de información consolidada: A investigación sobre estos contactos elásticos non se ha consolidado nunha única fonte, facendo-a menos accesible para os especialistas.
Falta de investigación sistemática: A pesar das súas propiedades excepcionais, non se han realizado estudios sistemáticos que permitan aos enxeñeiros aplicar estes materiais de xeito efectivo.
Proceso de fabricación de contactos elásticos
O obstáculo tecnolóxico foi abordado polo autor en abril de 2024 mediante o desenvolvemento dun método simple para a fabricación e aplicación de materiais de contacto elástico (solicitude de patente PCTIB2024/054125). Este método é máis simple e, na maioría dos casos, máis económico en comparación coas contactos ríxidos tradicionais utilizados en equipos de conmutación de vacío.
Pasos implicados:
Fabricación do amortiguador: O amortiguador faiuse de fío teixido—tipicamente volfrámio, que previamente se usaba en filamentos de lombillas incandescentes—ou acero inoxidable. En casos especiais, pódense usar molibdeno, niobio, renio e as súas ligas. Estes amortiguadores están dispoñibles facilmente de fabricantes.
Soldadura: Os amortiguadores soidaranse a conductores de xeito similar ao que se fai cos contactos ríxidos.
Impregnación con liga de baixa fusibilidade: Os amortiguadores impregnaranse cunha liga de baixa fusibilidade que permanece líquida nas condicións de operación. Comúnmente úsanse ligas eutecticas de galio, indio e estaño, a veces con adicións como prata para bajar o punto de fusión.
Probas de contactos elásticos en interruptores de vacío
Realizaranse probas de conmutación de durabilidade nun contactor de vacío pre-producción deseñado específicamente para contactos elásticos. Durante estas probas, os contactos someteronse a 200.000 ciclos de conmutación a 250A en modo AC4, con correntes que alcanzaron 600 amperios e voltaxes de ata 690 voltios. As probas de sobretensión mostraron que as sobretensiones foron 2-3 veces menores que as normas estándar.
Este método revolucionario promete transformar o campo dos interruptores de vacío ao proporcionar un rendemento e fiabilidade superiores mentres se reducen os custos. Son necesarias investigacións adicionais e esforzos de normalización para integrar completamente esta tecnoloxía en aplicacións máis amplias dentro da industria de enxeñaría eléctrica. Ao abordar os desafíos de produção e difusión do coñecemento, estes contactos elásticos innovadores poden convertirse pronto en un elemento básico nos sistemas de enerxía modernos.
