弾性接点を使用した新しい世代の真空遮断器の利点
弾性接触部を用いた真空遮断器
難溶金属で作られた弾性ダンパ要素に低融点共晶合金を浸透させた真空遮断器は、特に大電流（例：水素や金属の生産用電解槽）や高速スイッチング（例：中圧直流）を必要とするシステムにおいて使用できます。これらの技術は、既存システムのスイッチング容量を瞬時に増加させるためにも適しており、例えば風力タービン変圧器のオンロードタップチェンジャー（OLTC）を安全にブーストするのに適しています。
弾性接触部を使用することで、圧縮力の二次的な増加による定格電流の大きさの制限が取り除かれます。その結果、新しいシステムはよりコンパクトかつコスト効率的になることができます。しかし、これらの実装にはさらなる研究と標準への取り入れが必要です。
真空遮断器における弾性接触部の概念
基本的に、真空遮断器の弾性接触部は難溶金属で作られ、低融点合金を浸透させたワイヤーメッシュダンパ（図1）に似ています。初期の文献ではこれらを複合液体金属接触部と呼んでいますが、この用語は特定の接触部に対して決定的なものではありません。なぜなら、液体相は難溶金属ワイヤーの表面に薄い層として存在するだけだからです。
対照的に、振動耐性と全体の可視面積での接触という重要な特性は、編み上げダンパの特性により達成されます。弾性接触部の設計は、高圧・高電流アプリケーションにおける伝統的な接触材料の制限を克服し、設備の安定かつ信頼性のある動作を確保します。この革新は、電力システムの効率と安全性を向上させ、将来の電気工学プロジェクトのためにより柔軟で効率的な設計アプローチを提供します。
弾性接触部を採用することで、真空遮断器技術は優れた性能と信頼性を達成し、現代の電力システムにとって不可欠な進歩となります。さらなる調査と標準化により、この技術の幅広い応用と様々な産業への統合が可能になります。
真空遮断器における弾性接触部の利点と課題
これらの弾性接触部は、慣性反発を示さず、溶接せず、従来の接触抵抗を持たず、また後述するように電磁分離を受けません。このような特異な特性を持つ材料が電気工学でまだ広く採用されていない理由について疑問を感じるかもしれません。
真空遮断器における弾性接触材料の主な課題：
製造技術: 最近まで、弾性接触材料の製造と適用には高価な設備、水素雰囲気下での複雑な熱化学プロセス、特別な訓練を受けた人員が必要でした。大きな問題はガリウムおよびその合金がタングステンや他の難溶金属に接着しないことです。
情報の一元化不足: 弾性接触部に関する研究は一つのソースにまとめられておらず、専門家にとってアクセスしにくい状況でした。
体系的な研究の不足: これらの特異な特性にもかかわらず、エンジニアがこれらの材料を効果的に適用できるよう支援する体系的な研究は行われていませんでした。
弾性接触部の製造プロセス
技術的な障壁は、著者が2024年4月に開発した弾性接触材料の製造と適用の簡易方法（特許出願PCTIB2024/054125）によって解決されました。この方法は、真空スイッチング装置で使用される従来の剛性接触部よりも簡単で、多くの場合、経済的です。
手順：
ダンパの製造: ダンパは通常、白金線から作られます。これは以前は白熱電球のフィラメントに使用されていました。特殊な場合ではモリブデン、ニオブ、レニウム、およびそれらの合金を使用することもあります。これらのダンパは製造業者から容易に入手可能です。
溶接: ダンパは、剛性接触部を接続するのと同じように導体に溶接されます。
低融点合金の浸透: ダンパは、動作条件下で液体状態を維持する低融点合金に浸透されます。一般的にはガリウム、インジウム、スズの共晶合金が使用され、銀などの添加物を用いて融点を下げることがあります。
真空遮断器における弾性接触部のテスト
耐久性のためのスイッチングテストは、弾性接触部専用に設計された試作品の真空コンタクターで実施されました。これらのテストでは、AC4モードで250Aで20万回のスイッチングサイクルを行い、最大600アンペアの電流と最大690ボルトの電圧でテストしました。過電圧テストでは、過電圧が標準規範の2〜3倍低いことが確認されました。
この革新的な方法は、優れた性能と信頼性を提供しながらコストを削減するため、真空遮断器の分野を革命化すると期待されています。この技術をより広い応用に統合するためには、さらなる研究と標準化が必要です。製造と知識の普及に関する課題に対処することで、これらの革新的な弾性接触部は近い将来、現代の電力システムの標準となる可能性があります。
