Fördelar med användningen av Elastiska Kontakter i den nya Generationen av Vakuumbrytare
Vakuumavbrytare baserad på elastiska kontakter
En vakuumavbrytare som använder elastiska dämpningselement gjorda av refraktöra metaller och impregnerade med en smältande eutektisk legierung kan användas i vakuumväxlingsapparater, särskilt i system som kräver växling av stora strömmar (t.ex. elektrolyser för vätgas- och metallproduktion) eller snabb växling (t.ex. medelhögspänningsdirektström). Dessa är också lämpliga för att omedelbart öka växlingskapaciteten hos befintliga system, såsom säkert öka belastningskopplingarna (OLTC) för vindturbintransformatorer.
Genom att använda elastiska kontakter tas bort begränsningarna på nominella strömförhöjningar orsakade av kvadratisk ökning av komprimeringskrafter. Därför kan nya system designas för att bli mer kompakta och kostnadseffektiva. Dock är ytterligare forskning och inkludering av dessa resultat i standarder nödvändigt för deras implementering.
Konceptet med elastiska kontakter i vakuumavbrytare
I grunden liknar elastiska kontakter för vakuumavbrytare trådnätvibrationssdämpare (Fig.1) gjorda av refraktöra metaller och impregnerade med lågsmältningslegier som ger kontakt genom en flytande fas. Tidigare litteratur hänvisar till dem som kompositflytmetallkontakter, men detta term är inte definitiv för denna specifika typ av kontakt, eftersom den flytande fasen existerar endast som en tunn lager på ytan av den refraktöra tråden.
I kontrast uppnås de betydande egenskaperna—vibrationsresistans och kontakt över hela det synliga området—tack vare egenskaperna hos den virkade damper. Designen av elastiska kontakter övervinner inte bara begränsningarna för traditionella kontaktmaterial i högtryck, högströmsapplikationer utan säkerställer också stabilitet och tillförlitlighet i utrustningsdrift. Denna innovation är avgörande för att förbättra effektiviteten och säkerheten i energisystem och erbjuder en mer flexibel och effektiv designansats för framtida eltekniska projekt.
Genom att anta elastiska kontakter uppnår vakuumavbrytar tekniken överlägsen prestanda och tillförlitlighet, vilket gör det till ett viktigt framsteg för moderna energisystem. Ytterligare undersökningar och standardisering kommer att banbryta vägen för bredare tillämpning och integration av denna teknologi inom olika industrier.
Fördelar och utmaningar med elastiska kontakter i vakuumavbrytare
Dessa elastiska kontakter visar inte inertialrebound, kan inte svetsas, har inte konventionell kontaktmotstånd, och, som kommer att visas senare, utsätts inte för elektromagnetisk separation. Givet dessa anmärkningsvärda egenskaper kan man undra varför sådana material ännu inte har blivit allmänt antagna inom elteknik.
Huvudutmaningar för elastiska kontaktmaterial i vakuumavbrytare:
Tillverkningsprocess: Fram tills nyligen krävde tillverkning och tillämpning av elastiska kontaktmaterial dyrt utrustning, komplexa termokemiska processer i vätgasatmosfär och särskilt utbildat personal. Ett stort problem var den dåliga adhesionen av gallium och dess legier till tungsten och andra refraktöra metaller.
Brist på sammanställd information: Forskning om dessa elastiska kontakter har inte sammanställts i en enda källa, vilket gör den mindre tillgänglig för specialister.
Brist på systematisk forskning: Trots deras exceptionella egenskaper har systematiska studier som möjliggör för ingenjörer att effektivt tillämpa dessa material inte utförts.
Tillverkningsprocess för elastiska kontakter
Den teknologiska hinderet adresserades av författaren i april 2024 genom utvecklingen av en enkel metod för tillverkning och tillämpning av elastiska kontaktmaterial (patentansökan PCTIB2024/054125). Denna metod är enklare och, i de flesta fall, mer ekonomisk jämfört med traditionella fasta kontakter som används i vakuumväxlingsutrustning.
Steg involverade:
Damperfabrikation: Damper tillverkas av virkad tråd—vanligtvis tungsten, som tidigare användes i glödlampsfirar—eller rostfritt stål. I speciella fall kan molybdän, niob och rhenium samt deras legier användas. Dessa dampers är lätt tillgängliga från tillverkare.
Löddring: Dampers löddras på ledare på samma sätt som fasta kontakter fästs.
Impregnering med lågsmältande legierung: Dampers impregneras med en lågsmältande legierung som förblir flytande under driftsförhållanden. Vanligtvis används eutektiska legier av gallium, indium och tin, ofta med tillägg som silver för att sänka smältpunkten.
Testning av elastiska kontakter i vakuumavbrytare
Växlingstester för livslängd genomfördes på en prototypvakuumkontaktor speciellt designad för elastiska kontakter. Under dessa tester genomgick kontakterna 200 000 växlingscykler vid 250A i AC4-läge, med strömmar som nådde 600 amper och spänningar upp till 690 volt. Överspännningstester visade att överspännningar var 2-3 gånger lägre än standardnormer.
Denna genombrottmetod lovar att revolutionera fältet för vakuumavbrytare genom att erbjuda överlägsen prestanda och tillförlitlighet samtidigt som kostnader minskas. Ytterligare forskning och standardiseringsinsatser är nödvändiga för att fullt integrera denna teknologi i bredare tillämpningar inom elteknikindustrin. Genom att hantera utmaningarna med produktion och spridning av kunskap kan dessa innovativa elastiska kontakter snart bli en fast del av moderna energisystem.
