Lợi ích của việc sử dụng Elastic Contacts trong thế hệ mới của Vacuum Interrupter
Chuyển Ngắt Dựa Trên Đầu Tiếp Xúc đàn Hồi
Một chuyển ngắt chân không sử dụng các phần tử giảm chấn đàn hồi làm từ kim loại chịu nhiệt và được thấm bằng hợp kim đồng nhất có thể được sử dụng trong thiết bị chuyển mạch chân không, đặc biệt là trong các hệ thống yêu cầu chuyển mạch dòng điện lớn (ví dụ: điện phân để sản xuất hydro và kim loại) hoặc chuyển mạch tốc độ cao (ví dụ: điện áp trung bình trực tiếp). Những thiết bị này cũng phù hợp để tăng ngay lập tức khả năng chuyển mạch của các hệ thống hiện có, chẳng hạn như tăng an toàn cho bộ điều chỉnh điện áp tải (OLTC) cho biến áp tua bin gió.
Sử dụng đầu tiếp xúc đàn hồi loại bỏ các hạn chế về cường độ dòng điện danh định do sự gia tăng theo bậc hai của lực nén. Do đó, các hệ thống mới có thể được thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí hơn. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm và đưa các phát hiện này vào các tiêu chuẩn để thực hiện.
Khái Niệm Về Đầu Tiếp Xúc đàn Hồi Trong Chuyển Ngắt Chân Không
Tại lõi, đầu tiếp xúc đàn hồi cho chuyển ngắt chân không tương tự như bộ giảm rung lưới dây (Hình 1) làm từ kim loại chịu nhiệt và được thấm bằng hợp kim chảy thấp cung cấp tiếp xúc thông qua pha lỏng. Văn học ban đầu đề cập đến chúng là đầu tiếp xúc lỏng tổng hợp, nhưng thuật ngữ này không xác định cho loại tiếp xúc cụ thể này, vì pha lỏng chỉ tồn tại dưới dạng lớp mỏng trên bề mặt của sợi kim loại chịu nhiệt.
Ngược lại, các đặc tính quan trọng—kháng rung và tiếp xúc trên toàn bộ diện tích nhìn thấy—được đạt được nhờ các thuộc tính của bộ giảm chấn đan. Thiết kế của đầu tiếp xúc đàn hồi không chỉ vượt qua các hạn chế của vật liệu tiếp xúc truyền thống trong các ứng dụng áp suất cao, dòng điện lớn mà còn đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy của hoạt động thiết bị. Sáng kiến này rất quan trọng để nâng cao hiệu quả và an toàn của hệ thống điện và cung cấp một cách tiếp cận thiết kế linh hoạt và hiệu quả hơn cho các dự án kỹ thuật điện trong tương lai.
Bằng cách áp dụng đầu tiếp xúc đàn hồi, công nghệ chuyển ngắt chân không đạt được hiệu suất và độ tin cậy vượt trội, trở thành một bước tiến quan trọng cho các hệ thống điện hiện đại. Các cuộc điều tra và chuẩn hóa tiếp theo sẽ mở đường cho việc áp dụng rộng rãi và tích hợp công nghệ này trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Lợi Ích Và Thách Thức Của Đầu Tiếp Xúc đàn Hồi Trong Chuyển Ngắt Chân Không
Những đầu tiếp xúc đàn hồi này không thể hiện phản ứng bật ngược quán tính, không thể hàn, không có điện trở tiếp xúc truyền thống, và, như sẽ được chứng minh sau, không bị tách bởi từ trường điện. Với những đặc tính đáng kinh ngạc này, người ta có thể tự hỏi tại sao các vật liệu như vậy chưa được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện.
Các Thách Thức Chính Của Vật Liệu Đầu Tiếp Xúc đàn Hồi Trong Chuyển Ngắt Chân Không:
Công Nghệ Sản Xuất: Cho đến gần đây, sản xuất và áp dụng vật liệu tiếp xúc đàn hồi đòi hỏi thiết bị đắt tiền, quy trình nhiệt hoá phức tạp trong môi trường hidro, và nhân viên được đào tạo đặc biệt. Một vấn đề lớn là sự bám dính kém của galium và hợp kim của nó với wolfram và các kim loại chịu nhiệt khác.
Thiếu Thông Tin Tổng Hợp: Nghiên cứu về các đầu tiếp xúc đàn hồi này chưa được tổng hợp thành một nguồn duy nhất, khiến nó ít tiếp cận được với các chuyên gia.
Thiếu Nghiên Cứu Hệ Thống: Mặc dù có các đặc tính xuất sắc, các nghiên cứu hệ thống cho phép các kỹ sư áp dụng các vật liệu này hiệu quả vẫn chưa được tiến hành.
Quy Trình Sản Xuất Đầu Tiếp Xúc đàn Hồi
Rào cản công nghệ đã được giải quyết bởi tác giả vào tháng 4 năm 2024 thông qua việc phát triển một phương pháp đơn giản để sản xuất và áp dụng vật liệu tiếp xúc đàn hồi (đơn đăng ký sáng chế PCTIB2024/054125). Phương pháp này đơn giản hơn và, trong hầu hết các trường hợp, kinh tế hơn so với các đầu tiếp xúc cứng truyền thống được sử dụng trong thiết bị chuyển mạch chân không.
Các Bước Thực Hiện:
Sản Xuất Bộ Giảm Chấn: Bộ giảm chấn được làm từ lưới dây đan—thường là wolfram, trước đây được sử dụng trong sợi đốt bóng đèn—hoặc thép không gỉ. Trong các trường hợp đặc biệt, molypden, niobi, rhenium, và hợp kim của chúng có thể được sử dụng. Các bộ giảm chấn này dễ dàng có sẵn từ các nhà sản xuất.
Hàn: Các bộ giảm chấn được hàn lên các dây dẫn tương tự như cách gắn các đầu tiếp xúc cứng.
Thấm Hợp Kim Chảy Thấp: Các bộ giảm chấn được thấm bằng hợp kim chảy thấp vẫn ở dạng lỏng trong điều kiện hoạt động. Thường được sử dụng là hợp kim đồng nhất của galium, indium, và thiếc, thường có thêm bạc để hạ điểm nóng chảy.
Kiểm Tra Đầu Tiếp Xúc đàn Hồi Trong Chuyển Ngắt Chân Không
Các thử nghiệm chuyển mạch về độ bền đã được tiến hành trên một tiếp xúc chân không tiền sản xuất được thiết kế đặc biệt cho đầu tiếp xúc đàn hồi. Trong các thử nghiệm này, các tiếp xúc đã trải qua 200.000 chu kỳ chuyển mạch ở 250A trong chế độ AC4, với dòng điện đạt 600 ampe và điện áp lên đến 690 volt. Các thử nghiệm quá điện áp cho thấy rằng điện áp quá cao thấp hơn 2-3 lần so với tiêu chuẩn thông thường.
Phương pháp đột phá này hứa hẹn sẽ cách mạng hóa lĩnh vực chuyển ngắt chân không bằng cách cung cấp hiệu suất và độ tin cậy vượt trội trong khi giảm chi phí. Cần có thêm nghiên cứu và nỗ lực chuẩn hóa để tích hợp đầy đủ công nghệ này vào các ứng dụng rộng rãi hơn trong ngành kỹ thuật điện. Bằng cách giải quyết các thách thức về sản xuất và phổ biến kiến thức, các đầu tiếp xúc đàn hồi sáng tạo này có thể sớm trở thành tiêu chuẩn trong các hệ thống điện hiện đại.
