Fordeler med bruk av Elastic Contacts i den nye generasjonen vakuumavbryter

Vakuumavbryter basert på elastiske kontakter

En vakuumavbryter som bruker elastiske dempelementer laget av motstandsdyktige metaller og impregneret med en fusjonseutektisk legering, kan benyttes i vakuumsveitsapparater, spesielt i systemer som krever sveising av store strømmer (f.eks. elektrolyser for hydrogen- og metallproduksjon) eller høyhastighetsveitsing (f.eks. mediumspensel direkte strøm). Disse er også egnet for å øke sveitskapasiteten til eksisterende systemer umiddelbart, slik som trygt øking av belasted tapendring (OLTC) for vindturbintransformatorer.

Bruk av elastiske kontakter fjerner begrensningene på nominell strømmengde som skyldes kvadratisk økning i komprimeringskrefter. Dermed kan nye systemer designes mer kompakt og kostnadseffektivt. Imidlertid er videre forskning og inkludering av disse funnene i standarder nødvendig for deres implementering.

Konsept for elastiske kontakter i vakuumavbrytere

I kjernen er elastiske kontakter for vakuumavbrytere lik trådnettets dempelementer (Fig.1) laget av motstandsdyktige metaller og impregneret med lavsmeltelegninger som gir kontakt gjennom en flytende fase. Tidlig litteratur refererer til dem som sammensatte flytende metallkontakter, men denne termen er ikke definitiv for denne spesifikke typen kontakt, siden den flytende fasen bare eksisterer som et tynnt lag på overflaten av den motstandsdyktige tråden.

Imidlertid oppnås de betydelige karakteristikkene—vibrasjonstålighet og kontakt over hele det synlige området—ved hjelp av egenskapene til det strikkede damperen. Designet av elastiske kontakter overkommer ikke bare begrensningene ved tradisjonelle kontaktmaterialer i høytrykk, høystrømsapplikasjoner, men sikrer også stabilitet og pålitelighet i drift av utstyr. Denne innovasjonen er avgjørende for å forbedre effektiviteten og sikkerheten i kraftsystemer og gir et mer fleksibelt og effektivt designtilnærming for fremtidige elektriske ingeniørprosjekter.

Ved å adoptere elastiske kontakter, oppnår vakuumavbryterteknologien superiør ytelse og pålitelighet, noe som gjør det til et essensielt fremskritt for moderne kraftsystemer. Videre undersøkelser og standardisering vil banestolen for bredere anvendelse og integrering av denne teknologien i ulike industrier.

Fordele og utfordringer ved elastiske kontakter i vakuumavbrytere

Disse elastiske kontaktene viser ikke inertiel gjenbouncing, kan ikke smelte sammen, har ikke konvensjonell kontaktmotstand, og, som vil bli demonstrert senere, er ikke underlagt magnetisk separasjon. Gitt disse bemerkelsesverdige egenskapene, kan man undres hvorfor slike materialer ennå ikke er mye brukt i elektrisk ingeniørkunst.

Hovedutfordringer ved elastiske kontaktmaterialer i vakuumavbrytere:

1. Produksjonsteknologi: Inntil nylig kreverte produksjon og bruk av elastiske kontaktmaterialer dyrt utstyr, komplekse termokjemiske prosesser i vannstoffatmosfære, og spesielt trente personell. Et vesentlig problem var dårlig adhesjon av gallium og dets legeringer til wolfram og andre motstandsdyktige metaller.

2. Mangel på samlet informasjon: Forskning på disse elastiske kontaktene har ikke blitt samlet inn i en enkelt kilde, noe som gjør den mindre tilgjengelig for spesialister.

3. Mangel på systematisk forskning: Til tross for deres eksepsjonelle egenskaper, har det ikke blitt gjennomført systematiske studier som lar ingeniører effektivt bruke disse materialene.

Tillverkningsprosess for elastiske kontakter

Den teknologiske hindringen ble adressert av forfatteren i april 2024 gjennom utviklingen av en enkel metode for produksjon og bruk av elastiske kontaktmaterialer (patentansøkelse PCTIB2024/054125). Denne metoden er enklere og, i de fleste tilfeller, mer økonomisk sammenlignet med tradisjonelle faste kontakter som brukes i vakuumssveitsutstyr.

Trinn involvert:

1. Damperfabrikasjon: Damperen lages av strikket tråd—vanligvis wolfram, som tidligere ble brukt i glødetråder—eller rustfritt stål. I spesielle tilfeller kan molybdæn, niob, rhenium og deres legeringer brukes. Disse dampere er lett tilgjengelige fra produsenter.

2. Loddning: Dampere loddnes på ledere på samme måte som faste kontakter festes.

3. Impregnering med lavsmeltelegning: Dampere impregnertes med en lavsmeltelegning som forblir flytende under driftsbetingelser. Vanligvis brukes eutektiske legeringer av gallium, indium og tin, ofte med tilsetninger som sølv for å senke smeltepunktet.

Testing av elastiske kontakter i vakuumavbrytere

Sveitsetest for holdbarhet ble utført på en forprodusert vakuumkontaktor spesielt designet for elastiske kontakter. Under disse testene gikk kontaktene gjennom 200 000 sveitsingsykler ved 250A i AC4-modus, med strømmer opp til 600 amperer og spenninger opp til 690 volt. Overspenningstesting viste at overspenninger var 2-3 ganger lavere enn standardnormer.

Denne gjennombruddmetoden lover å revolusjonere feltet for vakuumavbrytere ved å gi superiør ytelse og pålitelighet samtidig som kostnadene reduseres. Videre forskning og standardiseringsinnsats er nødvendig for full inntegrasjon av denne teknologien i bredere anvendelser innen elektrisk ingeniørkunst. Ved å håndtere utfordringene knyttet til produksjon og formidling av kunnskap, kan disse innovative elastiske kontaktene snart bli en vanlig del av moderne kraftsystemer.