Arikada-induzitako Fusa Soluzioa Arikadun eta Intentsitate Handiko Aplikazioetarako
I. Ikerketa Atzetegia eta Nukleoko Arazoak
1.1 Ikerketa Atzetegia
Energia-sistemaaren eskala jarraitu handitzean eta korta-igoera kapazitatea gero eta handiagoa denean, akats-korrente murrizteko babesaileentzako eskakizunak handiagoak dira. Lehenetsitako soluzio nagusiak hainbat dira: superkonduktorezko akats-korrente-murriztzaileak (SFCL), konbinatuak diren kurrente-murriztzaile-hutsegitegirak eta konbinatuak diren kurrente-murriztzaile-fusak. Hauek artean, konbinatuak diren kurrente-murriztzaile-fusak teknologia madura handikoak, kostu-eutsikoak eta aplikazio askotarako egokiak direnez, merkatuko aukera lehentasuna izan da.
Hala ere, teknologiak bi arazo nagusi ditu:
• Elektronikoki Kudeatutako Mota: Sensibiloak diren elektronikoko osagaien eta kanpo-egoitzeko kontrol-bateria bati mugatuta dago, osagaien akats edo kontrol-bateriaren galerean funtzionamendu osoa edo hutsegitea eragingo duena. Berotasuna kanpoaldeko baldintzetan murriztuta dago.
• Arkua Aktibatzen Duena: Egoera sinplea, interferentziekin konpromisoa, tamaina txikiak, kostu txikiak bezalako abantailak ditu, baina bere korronte finkoa (ohikoa ≤600A) eta hutsegite-kapazitatea (ohikoa ≤25kA) oso baxuak dira, hautsi beharreko industriko aplikazioetan (adibidez, metalurgia handiak, lanbide-industriak, datu-zentruak) beharrezkoak diren eskakizunen gainean jartzen ez dutena.
1.2 Nukleoko Kontraldakuntza
Arkua aktibatzen duen fusen prestazioen hobekuntza nukleoko kontraldakuntza batekin aurkitzen da: exekuzio azkarra eta korronte portatzeko kapazitatearen arteko konpromisoa. Exekuzio azkarra lortzeko (I²t baliokidea baxua), fusetako elementuaren sekzio-txiki bat beharrezkoa da. Berriz, korronte finkoa gehitu ahal izateko, sekzio handiagoa beharrezkoa da. Sekzio handiagoa I²t baliokidea handiagoa eragingo du, korta-igoeran exekuzioa atzeratzen duena. Hau dela eta, korta-igoerako korrontea goratzen joango da, azkenik hutsegite-akatsa eragiten duena.
II. Soluzioa: Teknologia Garrantzitsuak eta Diseinu Berria
2.1 Lan-Erabilera
Soluzio honek arkua aktibatzen duen sistema erabili du sentimendu eta aktibatze unitate gisa. Bere egitura nagusiak bi kobreko lapak, barruko zilarreko fusetako elementu bat (diseinu espesifikoko sekzio-txikiarekin), betegarri materiala eta estalkia dira. Hutsegite-prozesua hurrengo moduan geratzen da:
- Arkuak: Korta-igoerako korrontea gertatzen denean, fusetako elementuaren sekzio-txikiak azkar metatzen eta arkuak sortzen ditu, hasierako arku-tentsio bat sortuz.
- Aktibatzea: Arku-tentsio horrek azkar paraleloko detonadore elektrikoak (detonadore elektrikoa) aktibatzen ditu.
- Korronte Aldaketak: Detonadoreak eksplozioa egin eta tentsio altu bat sortzen du, korta-igoerako korrontea paraleloko arku-amaitzeko fusearen sarrera aldatzeko mendekatzen du.
- Hutsegitea: Arku-amaitzeko fuseak arkuak sortzen ditu, tentsio altu bat sortuz, korrontea zero eragiten duena, exekuzio azkarra eta korronte-murriztea lortzeko.
2.2 Nukleoko Berrikuntza: Korrente Dentsitate Altua
Aktibatze-korrontearen balioa (I₁) hutsegite ongi egingo duen parametro garrantzitsua da, 8-15kA bitartean mantendu behar dena. Arkua aktibatzen duen diseinuetan, finkoa den korrontea aktibatze-korrontearekin lotuta dago.
Soluzio honen nukleoko berrikuntza sekzio-txikiko korrente-dentsitatea handitzean datza. Teorian deribatuta:
• Aktibatze-korrontearen balioa I₁ ∝ (I²t baliokidea * di/dt)^(1/3)
• I²t baliokidea ∝ (sekzio-txikiko sekzioa (S))²
Irtenburua: Finkoa den korronte eta korta-igoera berdinak direnean, sekzio-txikiko korrente-dentsitate handiagoa sekzio-txikiko sekzio txikiagoa (S) behar du, horrela I²t baliokidea murriztuz. Honek exekuzio azkarra, baita korronte handiak dituen korta-igoeretan ere, lortzen du, hutsegite ongi egingo duena. Soluzio honen helburua hau mailatik ~1000 A/mm² 3000 A/mm² baino gehiagora igotzea da.
2.3 Egitura Hobetzea eta Simulazio Balidazioa
• Simulazio Tresna: ANSYS 11.0 softwarea erabiliz APDL hizkuntzan egindako parametro-egoerako modelizazioa egin da, fusetako elementuaren erritmoa zehazki kalkulatzeko eta I²t baliokidea simulatzeko.
• Fuse Elementuaren Egitura Hautapena: Erronbozko kolpearen diseinu tradizionala utzi da eta laukizuzen kolpearen egitura hautatu da. Egitura hau sekzio-txikiko eremuen kanpoan korronte-portatzeko parteporro handiena lortzen du, bolumen berdinean erritmo baxua eta korronte-portatzeko kapazitate handia lortuz, korronte-portatzeko kapazitatea eta abiadura arteko kontraldakuntza perfektuki konponduz.
• Parametroen Hobetzea: Sekzio-txikiko zabalera (b), kolpearen zabalera (c), tartea (d) eta lodiera (h) bezalako parametro garrantzitsuak dimentsio anitzeko simulazioen bidez hobetu dira. Erresistenzia gutxienezko soluzioa bilatu da, fabrikatzeko egokiak direla ziurtatuz (adibidez, elementuak ez dutela hondatzeko edo deformatzeko).
Hobetze-emaitza: Azken diseinuak fusetako elementuaren erritmoa 15.2 μΩ eta sekzio-txikiko sekzioa 0.6 mm² lortu ditu, 40 kA duten hutsegite-kapazitate-rekordiak betetzeko.
III. Prestazioen Balidazioa eta Proba Emaitzak
3.1 Tenperatura Gorritze Probak
• Probakoen Baldintzak: 2000 A AC korrontea aplikatu da, egonkorra eta jarraian.
• Proba Emaitzak:
o Neurriko erritmoa 15.0 μΩ izan da, simulazio-balioarekin (15.2 μΩ) oso bat etorri da, modeluaren zehaztasuna balidatuz.
o Punturen tenperatura gorritzea estandarrak betetzen ditu (sekzio-txikian 85 K, bornetan 47 K inguru).
o Korronte-portatzeko kapazitatea 2000 A finkoa da. Kalkulatutako sekzio-txikiko korrente-dentsitatea 3300 A/mm² izan da, beste produktu antolako eta internazionalen baino askoz handiagoa.
3.2 Korta-igoerako Aktibatze Probak
• Probakoen Baldintzak: 40 kA simetriko korta-igoerako korrontea sortzeko proba-kurtsua antolatu da.
• Proba Emaitzak:
o Neurriko aktibatze-korrontea 15.1 kA izan da, simulazioaren aurretik atera zen balioarekin (15 kA) oso bat etorri da, 8-15 kA bitartean dagoelako.
o Sortutako arku-tentsioa 50 V izan da, elektriko detonadorea mikrosekundu batzuetan aktibatzeko nahikoa, exekuzio azkar eta fiablea erakusten duena.
IV. Irtenburua eta Abantailak
Soluzio honek prestazio altuko arkua aktibatzen duen fuse bat garatu du. Nukleoko irtenburuak eta abantailak hauek dira:
- Oinarrizko Berrikuntza: Laukizuzen kolpeko fusetako elementuaren diseinu berriaren eta parametroen hobetzearen bidez, arkua aktibatzen duen disenoko korronte-portatzeko kapazitatea eta abiadura arteko kontraldakuntza konpondu da. Sekzio-txikiko korrente-dentsitatea industrian aipagarria den 3300 A/mm² mailara igotu da.
- Prestazio Indikatzaile Altua: Produktuak 10 kV tensio-mailarako egokia da, 2000 A finko eta 40 kA duten hutsegite-kapazitatea lortuz, korronte altu eta tensio altu dituzten industriko aplikazioetarako egokia.
- Berotasun Handia: Arkua mekanikoki aktibatzen duen sistema pasiboa da, elektronikoko osagairik eta kanpo-egoitzeko bateriarririk gabe, interferentziekin konpromisoa handia eta exekuzio fiablea ematen duena.
- Teknologia Balidatua: ANSYS-en oinarritutako simulazio-modeluak neurriko emaitzetan oso bat etorri ditu, produktuaren diseinu eta hobetzearentzako tresna eta metodo efiziente eta fiable bat eskaintzen duena.
