Benefícios do uso de Contatos Elásticos na nova Geração de Interruptor a Vácuo
Interruptor a Vácuo Baseado em Contatos Elásticos
Um interruptor a vácuo que utiliza elementos de amortecimento elásticos feitos de metais refratários e impregnados com uma liga eutética fusível pode ser empregado em aparelhos de comutação a vácuo, especialmente em sistemas que requerem a comutação de correntes elevadas (por exemplo, eletrolisadores para produção de hidrogênio e metais) ou comutação de alta velocidade (por exemplo, corrente contínua de média tensão). Esses também são adequados para aumentar instantaneamente a capacidade de comutação de sistemas existentes, como o reforço seguro dos reguladores de transformador sob carga (OLTC) para aerogeradores.
O uso de contatos elásticos remove as limitações na magnitude da corrente nominal causadas pelo aumento quadrático das forças de compressão. Consequentemente, novos sistemas podem ser projetados para serem mais compactos e economicamente eficientes. No entanto, pesquisas adicionais e a incorporação dessas descobertas em padrões são necessárias para sua implementação.
Conceito de Contatos Elásticos em Interruptores a Vácuo
Em sua essência, os contatos elásticos para interruptores a vácuo são semelhantes a amortecedores de vibração de malha de fio (Fig.1) feitos de metais refratários e impregnados com ligas de baixa fusibilidade que fornecem contato através de uma fase líquida. A literatura inicial se refere a eles como contatos compostos de metal líquido, mas este termo não é definitivo para este tipo específico de contato, pois a fase líquida existe apenas como uma camada fina na superfície do fio refratário.
Por outro lado, as características significativas—resistência à vibração e contato em toda a área visível—são alcançadas graças às propriedades do amortecedor tricotado. O design de contatos elásticos não só supera as limitações dos materiais de contato tradicionais em aplicações de alta pressão e alta corrente, mas também garante a estabilidade e confiabilidade do funcionamento do equipamento. Esta inovação é crucial para melhorar a eficiência e segurança dos sistemas de energia e proporciona uma abordagem de design mais flexível e eficiente para projetos futuros de engenharia elétrica.
Ao adotar contatos elásticos, a tecnologia de interruptores a vácuo alcança um desempenho superior e confiabilidade, tornando-se um avanço essencial para os sistemas de energia modernos. Pesquisas adicionais e padronização abrirão caminho para uma aplicação e integração mais ampla dessa tecnologia em várias indústrias.
Vantagens e Desafios dos Contatos Elásticos em Interruptores a Vácuo
Esses contatos elásticos não exibem reação de ressalto inercial, não podem soldar, não possuem resistência de contato convencional e, como será demonstrado posteriormente, não estão sujeitos à separação eletromagnética. Dadas essas propriedades notáveis, pode-se perguntar por que tais materiais ainda não foram amplamente adotados na engenharia elétrica.
Principais Desafios dos Materiais de Contato Elástico em Interruptores a Vácuo:
Tecnologia de Produção: Até recentemente, a fabricação e aplicação de materiais de contato elástico exigiam equipamentos caros, processos termoquímicos complexos em atmosfera de hidrogênio e pessoal especialmente treinado. Um problema significativo era a aderência ruim do gálio e suas ligas ao tungstênio e outros metais refratários.
Falta de Informações Consolidadas: As pesquisas sobre esses contatos elásticos não foram consolidadas em uma única fonte, tornando-as menos acessíveis aos especialistas.
Falta de Pesquisa Sistemática: Apesar de suas propriedades excepcionais, estudos sistemáticos que permitam aos engenheiros aplicar esses materiais efetivamente não foram realizados.
Processo de Fabricação de Contatos Elásticos
A barreira tecnológica foi superada pelo autor em abril de 2024, com o desenvolvimento de um método simples para a fabricação e aplicação de materiais de contato elástico (solicitação de patente PCTIB2024/054125). Este método é mais simples e, na maioria dos casos, mais econômico em comparação com os contatos rígidos tradicionais usados em equipamentos de comutação a vácuo.
Etapas Envolvidas:
Fabricação do Amortecedor: O amortecedor é feito de fio tricotado—geralmente tungstênio, que já foi usado em filamentos de lâmpadas incandescentes—ou aço inoxidável. Em casos especiais, podem ser usados molibdênio, nióbio, rênio e suas ligas. Esses amortecedores estão prontamente disponíveis dos fabricantes.
Soldagem: Os amortecedores são soldados nos condutores de maneira similar à fixação de contatos rígidos.
Impregnação com Liga de Baixa Fusibilidade: Os amortecedores são impregnados com uma liga de baixa fusibilidade que permanece líquida nas condições de operação. Comumente usadas são ligas eutéticas de gálio, índio e estanho, frequentemente com adições como prata para reduzir o ponto de fusão.
Testes de Contatos Elásticos em Interruptores a Vácuo
Testes de comutação para durabilidade foram conduzidos em um contato a vácuo pré-produção especificamente projetado para contatos elásticos. Durante esses testes, os contatos passaram por 200.000 ciclos de comutação a 250A no modo AC4, com correntes atingindo 600 amperes e tensões de até 690 volts. Testes de sobretensão mostraram que as sobretensões foram 2-3 vezes menores que os padrões normais.
Este método revolucionário promete transformar o campo dos interruptores a vácuo, fornecendo desempenho superior e confiabilidade, enquanto reduz custos. Pesquisas adicionais e esforços de padronização são necessários para integrar completamente esta tecnologia em aplicações mais amplas dentro da indústria de engenharia elétrica. Ao abordar os desafios de produção e disseminação de conhecimento, esses contatos elásticos inovadores poderão em breve se tornar um elemento fundamental nos sistemas de energia modernos.
