Prednosti korištenja elastičnih kontakata u novom generacijom vakuumskog prekidača
Vakuumski prekidnik temeljen na elastičnim kontaktima
Vakuumski prekidnik koji koristi elastične prigušivače izrađene od toplotno otpornih metala i nasitanih s topljivom eutektičnom legom može se koristiti u vakuumskim prekidnicima, posebno u sustavima za prekid velikih struja (npr. elektrolizi za proizvodnju vodika i metala) ili brzog preklapanja (npr. srednje napetosti jednosmjernog struja). Ovi su također prikladni za odmah povećanje kapaciteta prekida postojećih sustava, poput sigurnog povećanja prekidača s promjenjivim stupnjem opterećenja (OLTC) za transformatore vjetrogeneratorskih agregata.
Korištenje elastičnih kontakata uklanja ograničenja na nominalnu struju uzrokovana kvadratnom povećanjem prisilnih sila. Tako mogu biti dizajnirani novi sustavi da budu kompaktniji i ekonomičniji. Međutim, potrebna je daljnja istraživanja i uključivanje tih rezultata u standarde za njihovu implementaciju.
Koncept elastičnih kontakata u vakuumskim prekidnicima
U svojoj osnovi, elastični kontakti za vakuumski prekidnik su slični vibracijskim prigušivačima mreže (Slika 1) izrađenim od toplotno otpornih metala i nasitanih s legama niske temperature koje omogućuju kontakt putem tekuće faze. Rani tekstovi o njima se nazivaju složeni tekući metalni kontakti, ali taj pojam nije definitivan za ovu specifičnu vrstu kontakta, jer tekuća faza postoji samo kao tanki sloj na površini toplotno otporne žice.
Na druge strane, značajne karakteristike – otpornost na vibracije i kontakt na cijeloj vidljivoj površini – ostvaruju se zahvaljujući osobinama vezanog prigušivača. Dizajn elastičnih kontakata ne samo prevazilazi ograničenja tradicionalnih materijala za kontakt u aplikacijama visokog tlaka i velike struje, već osigurava stabilnost i pouzdanost rada opreme. Ova inovacija je ključna za povećanje učinkovitosti i sigurnosti sustava snage i pruža fleksibilniji i učinkovitiji pristup dizajnu budućih projekata elektrotehnike.
Uvođenjem elastičnih kontakata, tehnologija vakuumskih prekidnika postiže superiornu performansu i pouzdanost, što ga čini ključnim napretkom za moderne sustave snage. Daljnja istraživanja i standardizacija otvorit će put za šire korištenje i integraciju ove tehnologije u različitim industrijskim sektorima.
Prednosti i izazovi elastičnih kontakata u vakuumskim prekidnicima
Ovi elastični kontakti ne pokazuju inertno odskakanje, ne mogu se spajati, nemaju konvencionalnu kontakt otpornost i, kako će se kasnije pokazati, nisu podložni elektromagnetskoj separaciji. S obzirom na ove izvanredne osobine, može se pitati zašto takvi materijali još nisu široko prihvaćeni u elektrotehnici.
Glavni izazovi materijala elastičnih kontakata u vakuumskim prekidnicima:
Tehnologija proizvodnje: Do nedavno, proizvodnja i primjena materijala elastičnih kontakata zahtijevala je skupu opremu, složene termohemijske procese u vodonožnom atmosferi i posebno obučeno osoblje. Važan problem bio je loša adhezija galija i njegovih legi na volfram i druge toplotno otporne metale.
Nedostatak konsolidirane informacije: Istraživanja o ovim elastičnim kontaktima nisu konsolidirana na jednom mjestu, što ih čini manje dostupnim stručnjacima.
Nedostatak sistematskih istraživanja: Unatoč njihovim izvanrednim osobinama, sistematska studije koje bi omogućile inženjerima da efektivno primijene ove materijale nisu provedene.
Proces proizvodnje elastičnih kontakata
Tehnološki prepreka bila je riješena od strane autora u travnju 2024. razvojem jednostavnog metoda proizvodnje i primjene materijala elastičnih kontakata (zahtjev za patent PCTIB2024/054125). Taj metod je jednostavniji i, u većini slučajeva, ekonomičniji u usporedbi s tradicionalnim čvrstim kontaktima korištenim u vakuumskim prekidnicima.
Koraci uključeni:
Izrada prigušivača: Prigušivač se izrađuje od vezane žice – obično volframa, koji se ranije koristio u žicama svjetiljki – ili nerđajućeg čelika. U posebnim slučajevima, mogu se koristiti molibden, niobij, renij i njihove legure. Ovi prigušivači su lako dostupni od proizvođača.
Spajanje: Prigušivači se spajaju na vodiče na sličan način kao što se čvrsti kontakti fiksiraju.
Nasitanje s legom niske temperature: Prigušivači se nasitavaju s legom niske temperature koja ostaje tekuća u radnim uvjetima. Obično se koriste eutektične legure galija, indija i cinka, često s dodacima poput srebra kako bi se smanjila temperatura taljenja.
Testiranje elastičnih kontakata u vakuumskim prekidnicima
Testovi prekida za izdržljivost provedeni su na predproizvodnom vakuumskom kontaktoru specifično dizajniranom za elastične kontakte. Tijekom tih testova, kontakti su prošli kroz 200.000 ciklusa prekida pri 250A u AC4 modu, s strujama do 600 ampera i napetostima do 690 volta. Testovi nadnapona pokazali su da su nadnaponi 2-3 puta niži od standardnih normi.
Ovaj revolucionarni metod obiecuje promijeniti polje vakuumskih prekidnika pružajući superiornu performansu i pouzdanost, smanjujući troškove. Potrebna su daljnja istraživanja i standardizacijski napor za potpunu integraciju ove tehnologije u šire primjene unutar elektrotehničke industrije. Rješavanjem izazova proizvodnje i rasprostranjenja znanja, ovi inovativni elastični kontakti mogu ubrzo postati standard u modernim sustavima snage.
