Переваги використання пружних контактів у новому поколінні вакуумного переривача
Вакуумний переривач на основі пружних контактів
Вакуумний переривач, який використовує пружні демпфуючі елементи з рефракторних металів, насичених сплавом з низькою точкою плавлення, можна застосовувати у вакуумних комутаційних пристроях, особливо в системах, що потребують комутації великих струмів (наприклад, електролізери для виробництва водню та металів) або швидкісної комутації (наприклад, середньовольтова постійна сила струму). Це також підходить для миттєвого збільшення комутаційної здатності існуючих систем, таких як безпечне підвищення потужності автоматичних регуляторів напруги (OLTC) для перетворювачів вітрогенераторів.
Використання пружних контактів усуває обмеження на номінальну величину струму, спричинені квадратичним зростанням сил прижимання. В результаті нові системи можна проектувати більш компактними та економічними. Однак необхідні подальші дослідження та включення цих знань до стандартів для їх реалізації.
Концепція пружних контактів у вакуумних переривачах
Згідно з основною концепцією, пружні контакти для вакуумних переривачів схожі на вібраційні демпфери з металевої сітки (Рис.1), виготовлені з рефракторних металів та насичені сплавами з низькою точкою плавлення, які забезпечують контакт через рідку фазу. Раніше література називала їх композитними рідкометалевими контактами, але цей термін не є визначальним для цього конкретного типу контактів, оскільки рідка фаза існує лише як тонкий шар на поверхні рефракторної дротини.
Натомість, значущі характеристики — стійкість до вібрацій та контакт на всій видимій площі — досягаються завдяки властивостям плесценої демпферної сітки. Дизайн пружних контактів не лише подолує обмеження традиційних контактних матеріалів у високотискових, високострумових застосуваннях, але й забезпечує стабільність та надійність роботи обладнання. Ця інновація є ключовою для підвищення ефективності та безпеки енергетичних систем та надає більш гнучкий та ефективний підхід до проектування майбутніх електротехнічних проектів.
Благодія використанню пружних контактів, технологія вакуумних переривачів досягає високої продуктивності та надійності, що робить її важливим прогресом для сучасних енергетичних систем. Подальші дослідження та стандартизація відкриють шлях для ширшого застосування та інтеграції цієї технології в різних галузях.
Переваги та виклики пружних контактів у вакуумних переривачах
Ці пружні контакти не мають інерційного відскоку, не можуть зварюватися, не мають традиційного контактного опору, і, як буде показано нижче, не піддаються електромагнітному розділенню. З урахуванням цих вражаючих властивостей, можна запитати, чому такі матеріали ще не широко використовуються в електротехніці.
Основні виклики матеріалів пружних контактів у вакуумних переривачах:
Технологія виробництва: До недавнього часу виробництво та застосування пружних контактних матеріалів вимагало дорогого обладнання, складних термохімічних процесів в водневій атмосфері та спеціально навчаного персоналу. Серйозною проблемою була слабка адгезія галію та його сплавів до вольфраму та інших рефракторних металів.
Відсутність закріпленої інформації: Дослідження цих пружних контактів не було закріплено в одному джерелі, що робить їх менш доступними для спеціалістів.
Відсутність системних досліджень: Незважаючи на їх виняткові властивості, системні дослідження, які дозволяють інженерам ефективно застосовувати ці матеріали, не проводились.
Процес виробництва пружних контактів
Технологічна перешкода була подолана автором у квітні 2024 року шляхом розробки простого методу виробництва та застосування пружних контактних матеріалів (заява на патент PCTIB2024/054125). Цей метод є простішим і, в більшості випадків, більш економічним порівняно з традиційними жорсткими контактами, використовуваними в вакуумному комутаційному обладнанні.
Етапи виконання:
Виготовлення демпфера: Демпфер виготовляється з плесценої дротини — зазвичай вольфраму, який раніше використовувався в нитках ламп світловидіння, або з нержавіючої сталі. У особливих випадках можна використовувати молібден, ніобій, реній та їх сплави. Такі демпфери легко доступні від виробників.
Паяння: Демпфери паяються на провідники аналогічно тому, як прикріплюються жорсткі контакти.
Насичення сплавом з низькою точкою плавлення: Демпфери насичуються сплавом з низькою точкою плавлення, який залишається рідким у робочих умовах. Зазвичай використовуються евтектичні сплави галію, індію та олова, часто з добавками, такими як срібло, для зниження точки плавлення.
Тестування пружних контактів у вакуумних переривачах
Тестування на міцність проводилися на попередньому виробничому вакуумному контакторі, спеціально розробленому для пружних контактів. Під час цих тестів контакти пройшли 200 000 циклів комутації при 250 А в режимі AC4, з струмами, що досягали 600 ампер, та напругою до 690 вольт. Тестування перевищень напруги показало, що перевищення були в 2-3 рази нижчими за стандартні норми.
Цей проривний метод обіцяє революціонізувати галузь вакуумних переривачів, надаючи високу продуктивність та надійність, одночасно знижуючи витрати. Необхідні подальші дослідження та стандартизаційні зусилля для повної інтеграції цієї технології в ширші застосування в електротехнічній галузі. Вирішивши виклики виробництва та поширення знань, ці інноваційні пружні контакти можуть скоро стати стандартом в сучасних енергетичних системах.
