Forbairt Fhúis Chumhachtach Inscneadh Leagáin Ard-Voltas agus Ard-Chuimsithechlíonnach
I. Cúlra Taighde agus Na Príomhcheisteanna
1.1 Cúlra Taighde
Le forbairt leanúnach scála an chórais fhuinnimh agus meastacht a chur ar an gcumhacht cur isteach corrscnamha, tá srianta níos airde leagtha ar thacaíocht iompar corrscnamha. Iad siúd atá ann mar sholúidí príomha ná teicneolaíochtaí cumhachtacha corrscnamha (SFCL), briseoirí corrscnamha heacnamaíocha, agus fuinneamh corrscnamha heacnamaíocha. Ina measc seo, tá fuinneamh corrscnamha heacnamaíocha tar éis a bheith ina rogha príomhchustaiméirí de bharr a módh tionscail ard, a chost-efectiveness, agus a úsáid leathan.
Ach, tá dhá mhórshruth i gcoinne na dtéicneolaíochtaí reatha:
• Cineál Rialaithe De réir Leictreonach: Tá sé seo bunaithe ar chomhphónna leictreonacha casta agus soláthar rialaithe seachtrach, rud a dhéanann é cosúil le go mbeadh sé faoi dhuaise nó faillí i gcoinne rialaithe casta nó colúin soláthair. Tá a chumas dénta ag coinníollacha seachtracha.
• Cineál Lasaithe De réir Scuab: Cé go bhfuil sé seo ag tabhairt buanna cosúil le struchtúr simplí, neart cosaint ar fhoréigean, méid gairid, agus cost-efectiveness, tá a chumhacht luasach (go minic ≤600A) agus a chumas briseadh (go minic ≤25kA) níos ísle, rud a dhéanann é deacair freastal ar an gcumhacht mhóra agus an luasach airgid a bhfuil teicneolaíocht áitiúil ag iarraidh (mar shampla, meitileoireacht mhór, plánta cheimiceacha, data centers).
1.2 Príomhchonradh
Tá conspóid bunúsach ann maidir le feidhmiú fuinneamh lasaithe de réir scuab: an t-iarmhíniú idir obair ghreannmhar agus cumhacht luasach. Chun obair ghreannmhar a bhaint amach (luasach I²t íseal roimh scuab), is gá clár fuinneamh lasaithe beag a bheith ann. Ar an láimh eile, chun an cumhacht luasach rated a mhéadú, is gá clár níos mó a bheith ann. Ag méadú an chlúidín, is féidir an luasach I²t roimh scuab a mhéadú, rud a dhéanann dochar a dhéanamh don obair greannmhar le linn corrscnamha. Seo a dhéanann an corrscnamh réalaí a ardú, ag cruthú dochar briseadh.
II. Solúid: Briseadh Teicneolaíochtaí Príomha agus Dearadh Nuálach
2.1 Prionsabal Oibre
Úsáideann an solúid seo trigger scuab mar phríomhchuid éisteacht agus trigger. Tá a struchtúr bunaithe ar dhá phláta cupra, fuinneamh lasaithe argánach (le saincheap clúidín), ábhar líon, agus bocht. Is é an próiseas briseadh seo:
- Lasadh: Nuair a tharla corrscnamh, fuinneamh lasaithe clúidín a lìonadh agus a lasadh, ag cruthú voltas scuab tosaí.
- Trigger: An voltas scuab seo a lasadh an interrupter esplódaithe (electric detonator) párlach.
- Cuir Iompar: An interrupter a tharraingt, ag cruthú slí high-resistance, ag forcéáil an corrscnamh luasach a chur i bhfeidhm ar an mbraon fuinneamh lasaithe párlach.
- Briseadh: An fuinneamh lasaithe a lasadh, ag cruthú voltas scuab an-ard a chur an luasach go zero, ag cruthú obair greannmhar corrscnamha.
2.2 Príomhnuálacht: Dearadh Cumhacht Clúidín Ard
Is é an luasach trigger (I₁) pramad bunúsach a bhaineann leis an gcruthú briseadh, ag cruthú é a bheith sa réimse oiriúnach 8-15kA. Do dhéantí lasaithe de réir scuab, tá an luasach rated gaolmhar go láidir leis an luasach trigger.
Tá an briseadh bunúsach den solúid seo bunaithe ar an gcumhacht clúidín a mhéadú go suntasach. Tríd an turgnamh teoiriciúil:
• Luasach trigger I₁ ∝ (roimh scuab I²t * di/dt)^(1/3)
• Roimh scuab I²t ∝ (clúidín cross-sectional area (S))²
Concas: Faoin luasach rated agus corrscnamha céanna, is féidir an cumhacht clúidín níos airde a bheith ag clúidín cross-sectional area (S) níos ísle, ag cur síos roimh scuab I²t. Seo a chinntíonn obair greannmhar fiú le corrscnamha an-ard, ag cruthú briseadh iontaofa. Is é an dearbhú den solúid seo a ardú an méid seo ón leibhéal pródúict reatha ~1000 A/mm² go thar 3000 A/mm².
2.3 Struchtúr Óptamach agus Díol Scáileála
• Scáileála Tool: Úsáide ANSYS 11.0 software d'éilimh paramadach bunaithe ar APDL teanga, ag cruthú modh réasúnta a chur ar fuinneamh lasaithe resistance agus scáileála roimh scuab próiseas.
• Roghad Struchtúr Fuinneamh Lasaithe: D'fhág an dearadh ciorcal uillinneach i ndiaidh an dearadh ciorcal hole, ag déanamh an dearadh ciorcal hole. Tá an dearadh seo ag maxamh an chuid luasach a bheith ag ceapadh i réigiún non-clúidín, ag cruthú níos ísle resistance agus níos airde luasach a bheith ag ceapadh leis an méid céanna, ag cruthú an conspóid idir luasach agus luasach greannmhar.
• Óptamach Parameters: Key parameters such as constriction width (b), hole width (c), spacing (d), and thickness (h) were optimized through multi-dimensional simulations. The optimal solution for minimized resistance was sought while ensuring manufacturing feasibility (e.g., avoiding element breakage or deformation).
Optimization Result: The final design achieved a fuse element resistance of 15.2 μΩ and a constriction cross-sectional area of 0.6 mm², perfectly meeting the requirements for a 40 kA breaking capacity.
III. Performance Verification and Test Results
3.1 Temperature Rise Test
• Test Conditions: Applied 2000 A AC current for stable continuous operation.
• Test Results:
o The measured cold resistance was 15.0 μΩ, highly consistent with the simulation value (15.2 μΩ), validating the model's accuracy.
o Temperature rises at key parts met standards (85 K at the constriction, approximately 47 K at the terminals).
o The current-carrying capacity confirmed a rated current of 2000 A. The calculated constriction current density reached 3300 A/mm², far exceeding similar domestic and international products.
3.2 Short-Circuit Trigger Test
• Test Conditions: A simulated circuit was set up to generate a prospective symmetrical short-circuit current of 40 kA.
• Test Results:
o The measured trigger current value was 15.1 kA, highly consistent with the simulated predicted value (15 kA) and within the optimal range of 8-15 kA.
o The generated arc voltage reached 50 V, sufficient to reliably ignite the electric detonator within microseconds, demonstrating its rapid and reliable operation.
IV. Conclusion and Advantages
This solution successfully developed a high-performance arc-triggered fuse. The core conclusions and advantages are as follows:
- Fundamental Breakthrough: Through innovative rectangular hole fuse element design and parameter optimization, the inherent contradiction between current-carrying capacity and operating speed in arc triggers was resolved. The constriction current density was elevated to an industry-leading level of 3300 A/mm².
- High Performance Indicators: The product is suitable for 10 kV voltage levels, achieving a rated current of 2000 A and a breaking capacity of 40 kA, meeting the needs of high-voltage and high-current industrial applications.
- High Reliability: The purely mechanical arc-triggering mechanism is passive and requires no control, eliminating dependence on electronic components and external power supplies. It offers strong anti-interference capability and reliable operation.
- Verifiable Technology: The ANSYS-based simulation model showed high consistency with measured results, providing an efficient and reliable tool and methodology for product design and optimization.
