Prednosti korišćenja elastičnih kontakata u novoj generaciji vakuumskih prekidnika
Vakuumski prekidjač baziran na elastičnim kontaktima
Vakuumski prekidjač koji koristi elastične dušilice izrađene od topljivih metala i nasitane s legiranim eutektičkim spojem može se koristiti u vakuumskim prekidačnim uređajima, posebno u sistemima koji zahtevaju prekid velikih struja (npr. elektrolizi za proizvodnju vodika i metala) ili brz prekid (npr. srednje-naponski jednosmerni tok). Ovi su takođe pogodni za trenutno povećanje kapaciteta prekida postojećih sistema, poput sigurnog povećanja prekidaca sa promenljivim stupnjem transformatora za vetroelektrane.
Korišćenjem elastičnih kontakata uklanjaju se ograničenja na nominalnu veličinu struje uzrokovana kvadratnom povećanjem kompresivnih sila. Tako mogu biti dizajnirani novi sistemi da budu kompaktniji i ekonomičniji. Međutim, potrebno je dodatno istraživanje i uključivanje ovih nalaza u standarde kako bi se ova tehnologija primenila.
Koncepcija elastičnih kontakata u vakuumskim prekidjačima
U suštini, elastični kontakti za vakuumski prekidjač slični su vibracionim dušilicama od mreže žica (Slika 1) izrađenim od topljivih metala i nasitanih s niskotopljivim legiranim spojem koji pružaju kontakt kroz tekuću fazu. Rani literature se na njih odnose kao na kompozitne tekuće metalne kontakte, ali ova terminologija nije definitivna za ovaj specifičan tip kontakta, jer tekuća faza postoji samo kao tanki sloj na površini topljive žice.
Suprotno tome, značajne karakteristike – otpornost na vibracije i kontakt preko cele vidljive površine – ostvare su se zahvaljujući osobinama vezane dušilice. Dizajn elastičnih kontakata ne samo prevazilazi ograničenja tradicionalnih materijala za kontakte u aplikacijama visokog pritiska i visoke struje, već osigurava stabilnost i pouzdanost rada opreme. Ova inovacija je ključna za unapređenje efikasnosti i bezbednosti sistema snabdevanja električnom energijom i pruža fleksibilniji i efikasniji pristup dizajnu budućih projekata elektrotehnike.
Usvojavanjem elastičnih kontakata, vakuumsko prekidjačna tehnologija dostiže superiornu performansu i pouzdanost, što ga čini ključnim napretkom za moderne sisteme snabdevanja električnom energijom. Dalji istraživanja i standardizacija će otvoriti put za širu primenu i integraciju ove tehnologije u različitim industrijskim sektorima.
Prednosti i izazovi elastičnih kontakata u vakuumskim prekidjačima
Ovi elastični kontakti ne pokazuju inertno odskakanje, ne mogu se zavariti, nemaju konvencionalnu kontakt reaktivnost i, kao što će kasnije biti pokazano, nisu podložni elektromagnetnom odvojavanju. Uzimajući u obzir ove izuzetne osobine, može se pitati zašto takvi materijali još uvek nisu široko prihvaćeni u elektrotehnici.
Glavni izazovi materijala elastičnih kontakata u vakuumskim prekidjačima:
Tehnologija proizvodnje: Do nedavno, proizvodnja i primena materijala elastičnih kontakata zahtevala su skupu opremu, složene termohemijske procese u vodonikoj atmosferi i posebno obučen ljudski resurs. Značajan problem bio je loše lepljenje galija i njegovih legura na volfram i druge topljive metale.
Nedostatak konsolidisanih informacija: Istraživanja o ovim elastičnim kontaktima nisu bila konsolidirana u jedan izvor, čime su manje dostupna stručnjacima.
Nedostatak sistematskih istraživanja: Unatoč svojim izuzetnim osobinama, sistematska studije koje bi omogućile inženjerima da efektivno primene ove materijale nisu provedene.
Proces proizvodnje elastičnih kontakata
Tehnološki prepreka bila je rešena autorem u aprilu 2024. kroz razvoj jednostavnog metoda proizvodnje i primene materijala elastičnih kontakata (zahtev za patent PCTIB2024/054125). Ovaj metod je jednostavniji i, u većini slučajeva, ekonomičniji u poređenju sa tradicionalnim čvrstim kontaktima koriscenim u vakuumskim prekidjačnim uređajima.
Koraci uključeni:
Izrada dušilice: Dušilica se izrađuje od vezane žice – obično volframa, koji se ranije koristio u žicama žarnih lampi – ili nerđajuće čelike. U posebnim slučajevima, mogu se koristiti molibden, niobijum, renijum i njihove legure. Ove dušilice su lako dostupne od proizvođača.
Spajanje: Dušilice se spajaju na vodiče na sličan način kao što se čvrsti kontakti fiksiraju.
Nasitanje niskotopljivim legiranim spojem: Dušilice se nasitavaju niskotopljivim legiranim spojem koji ostaje tekući tokom radnog režima. Često se koriste eutektički leguri galija, indija i cinka, često sa dodatcima poput srebra kako bi se snizila tačka taloženja.
Testiranje elastičnih kontakata u vakuumskim prekidjačima
Testovi trajnosti prekidača bili su sprovedeni na predproizvodnom vakuumskom kontaktoru specijalno dizajniranom za elastične kontakte. Tokom ovih testova, kontakte su podvrgnuti 200.000 ciklusa prekida na 250A u AC4 režimu, sa strujama do 600 ampera i naponima do 690 volta. Testovi prekomernog napona pokazali su da su prekomerni naponi 2-3 puta niži od standardnih normi.
Ova revolucionarna metoda obećava da transformiše polje vakuumskih prekidjača, pružajući superiornu performansu i pouzdanost dok istovremeno smanjuje troškove. Potrebna su dalja istraživanja i napore u standardizaciji kako bi se ova tehnologija u potpunosti integrisala u šire primene unutar elektrotehničke industrije. Rešavanjem izazova proizvodnje i rasprostranjenja znanja, ovi inovativni elastični kontakti bi uskoro mogli postati standard u modernim sistemima snabdevanja električnom energijom.
