Prednosti uporabe elastičnih kontaktov v novi generaciji vakuumskih preklopnikov

Vakuumska preklopnika na osnovi prujnih kontaktov

Vakuumska preklopnika, ki uporabljajo prujne dušilne elemente iz topljivih kovin in impregnirane z topljivo eutektično lego, se lahko uporabljajo v vakuumskih preklopnih napravah, še posebej v sistemih, ki zahtevajo preklop velikih tokov (npr. elektrolizi za proizvodnjo vodika in kovin) ali hitre preklop (npr. srednji napon z enosmernim tokom). Te so tudi primerne za trenutno povečanje preklopne zmogljivosti obstoječih sistemov, kot je varno povečanje na optni strani transformatorjev za vetrensko energijo (OLTC).

Uporaba prujnih kontaktov odstrani omejitve nominalne velikosti toka, ki jih povzroča kvadratičen naraštaj sil stiskanja. Tako lahko nove sisteme oblikujemo bolj kompaktno in ekonomično. Vendar je za njihovo uvedbo potrebno nadaljnje raziskovanje in vključitev teh ugotovitev v standarde.

Koncept prujnih kontaktov v vakuumskih preklopnikih

V svojem srcu so prujni kontakti za vakuumske preklopnike podobni vibracijskim dušilom iz druti (Slika 1), izdelanim iz topljivih kovin in impregniranim z topljivimi legami, ki zagotavljajo kontakt skozi tekočo fazo. Zgodnja literatura jih označuje kot kompozitne tekoče kovinske kontakte, toda ta izraz ni definitiven za ta specifičen tip kontakta, saj tekoča faza obstaja le kot tank sloj na površini topljive druti.

Na drugi strani pa pomembne značilnosti - odpornost na vibracije in kontakt čez cel vidljivi obseg - dosežene so zaradi lastnosti plešanega dušila. Oblikovanje prujnih kontaktov ne le premoči omejitve tradicionalnih materialov za kontakte v aplikacijah z visokim tlakom in visokim tokom, ampak tudi zagotavlja stabilnost in zanesljivost delovanja opreme. Ta inovacija je ključna za povečanje učinkovitosti in varnosti električnih sistemov ter ponuja bolj prožen in učinkovit pristop do oblikovanja prihodnjih projektov električnega inženiringa.

Z uvedbo prujnih kontaktov doseže vakuumska preklopnika tehnologija izstopajočo zmogljivost in zanesljivost, kar to naredi ključno napredek za sodobne električne sisteme. Nadaljnje raziskovanje in standardizacija bo odprla pot za širšo uporabo in integracijo te tehnologije v različnih industrih.

Prednosti in izzivi prujnih kontaktov v vakuumskih preklopnikih

Ti prujni kontakti ne kažejo inertnega odboja, se ne lahko zapružijo, ne imajo konvencionalnega kontaktne upora in, kot bo kasneje pokazano, niso podvrženi elektromagnetni ločitvi. Zato se morda sprašujete, zakaj takšni materiali še niso bili široko sprejeti v električnem inženiringu.

Glavni izzivi materialov za prujne kontakte v vakuumskih preklopnikih:

1. Tehnologija proizvodnje: Do nedavna leta je izdelava in uporaba prujnih kontaktov zahtevala draga oprema, kompleksne termohemijske procese v vodikovem okolju in posebno usposobljen osebje. Pomenil problem je bil slaba adhezija galija in njegovih leg na volfram in druge topljive kovine.

2. Pomanjkanje združenih informacij: Raziskave o teh prujnih kontaktih niso bile združene v eno mesto, kar jih je manj dostopno strokovnjakom.

3. Pomanjkanje sistematičnih raziskav: Kljub njihovim izstopajočim lastnostim, sistematičnih raziskav, ki bi omogočile inženirjem učinkovito uporabo teh materialov, še ni bilo opravljeno.

Postopek proizvodnje prujnih kontaktov

Tehnološki ovire so bile rešene avtorjem aprila 2024 z razvojem preprostega metoda za izdelavo in uporabo prujnih kontaktov (patentna zahteva PCTIB2024/054125). Ta metoda je preprostejša in v večini primerov cenejša v primerjavi s tradicionalnimi trdmi kontakti, uporabljenimi v vakuumski preklopni opremi.

Skupini korakov:

1. Izdelava dušila: Dušilo je izdelano iz plešane druti - običajno volframa, ki se je prej uporabljal v žarilicah - ali nerjavečega jekla. V posebnih primerih se lahko uporabljajo molibden, niobij, renij in njihove legi. Ta dušila so na voljo od proizvajalcev.

2. Livanje: Dušila so livana na vodiče podobno, kot so bili trdni kontakti pripevani.

3. Impregnacija z topljivo lego: Dušila so impregnirana z topljivo lego, ki ostane tekoča v delovnih pogojih. Običajno se uporabljajo eutektične legi galija, indija in stanja, pogosto z dodatki, kot je srebro, da se zmanjša temperature taljenja.

Preizkušanje prujnih kontaktov v vakuumskih preklopnikih

Preizkusi preklopa za oddolžljivost so bili izvedeni na predproizvodnem vakuumskem kontaktoru, specifično oblikovanem za prujne kontakte. Med temi preizkusi so kontakti prešli 200.000 ciklov preklopa pri 250A v AC4 načinu, z tokovi, ki so dosegli 600 amper in napetost do 690 volt. Preizkusi pretokov so pokazali, da so pretoki bili 2-3 krat manjši od standardnih norm.

Ta prebojni metod obljublja revolucionirati področje vakuumskih preklopnikov z zagotavljanjem izstopajoče zmogljivosti in zanesljivosti, hkrati pa zmanjšuje stroške. Za popolno integracijo te tehnologije v širše uporabe znotraj industrije električnega inženiringa so potrebna nadaljnja raziskovanja in prizadevanja za standardizacijo. Z reševanjem izzivov proizvodnje in diseminacije znanja bi ti inovativni prujni kontakti kmalu postali standard v sodobnih električnih sistemih.