Avanzata Soluzzjoni ta' Fjuza Magħluqa minn Ħalq għat-Tiftix tal-Kurrenti u t-Talbija Elektrika MITLA

I. Kontekst tal-Inġiniżjarju u l-Issuġġi Ġoxrin​

​1.1 Kontekst tal-Inġiniżjarju​
Fl-ħin li l-skala tas-sistema tal-enerġija elektrika tistaqsi u l-kapaċità tal-maqsad ta’ kurrent inkrementaw, jisallamiex aġġornamenti akbar għal l-istabbiliment tat-talbiet għal l-attrezzatur tal-protezzjoni tal-limitazzjoni tal-kurrent tal-errur. Is-soluzzjonijiet mainstream esistenti inklużu l-limitaturi tal-kurrent tal-errur superconduttivi (SFCL), l-interrupturi tal-kurrent limitati hibridi, u l-fiużi hibridi limitati tal-kurrent. Minn dawn, l-fiużi hibridi limitati tal-kurrent saret il-għażla preferita tal-merċat għall-maturità teknika tagħhom, l-kost-effettivament, u l-applikazzjonijiet ġenerali.

Imma, it-teknoloġiji eżistenti għandhom żewġ limitazzjonijiet prinċipali:
• ​Tip Elektroniku:​​ Jiddipendi fuq komponenti elektroniki sensitivi u sors ekstern tal-enerġija tal-kontroll, li jagħmlu dan susettibbli għal malfunzionament jew falliment minħabba falliment tal-komponenti jew persa tal-enerġija tal-kontroll. Il-affidabilità tiegħu tkun meħtieġa b’kundizzjonijiet eksterni.
• ​Tip Mitluf bl-Ark:​​ Ikkonferma avantagi kif is-struttura sempliċi, l-abbiltà mhux wieġeb għal interferenza, is-saġġar, u l-prezz, ma l-kurrent nominali (tipikament ≤600A) u l-kapaċità tal-mitlub (tipikament ≤25kA) huma relativament bassi, li jgħaqqdu lilha l-impossibilitajiet għal l-appoġġ neċessarju għal l-applikazzjonijiet industriali ta’ kurrent u voltagġ għoli (per eżempju, metallurgija kbira, planti kemmiċi, data centers).

​1.2 Iklaġġ Ċentrali​
L-betterament tal-prestazzjoni tal-fiużi mitluf bl-ark ifaċċja konflict funzjonali: l-compromiss bejn operazzjoni veloċi u kapasità tal-kurrent. Biex tiġi rriċevuta l-operazzjoni veloċi (valur I²t pre-ark bass), hemm bżonn ta’ area trasverzali tal-kunsriktjoni tal-element tal-fiuż żgħir. Konversament, l-increment tal-kapaċità tal-kurrent nominali reġistra bżonn ta’ area trasverzali tal-kunsriktjoni akbar. L-aument tal-area trasverzali jiżdied il-valur I²t pre-ark, li jgħaqqad l-operazzjoni tarda fit-tmielet tal-kurrent tal-errur. Dan il-mogħdija tippermetti l-aument tal-kurrent reali tal-errur, li fosta lluġħ ikun jgħaqqad l-falliment tal-mitlub.

​II. Soluzzjoni: Breakthroughs Teknoloġiċi u Design Innovativ​

​2.1 Prinċipju ta’ Operazzjoni​
Din is-soluzzjoni tuża l-mitluf bl-ark bħal senzor u unità ta’ avviż. Is-silġ tagħha inklużu żewġ plakkji tal-raġel, element tal-fiuż tal-argenti intern (bil-kunsriktjoni specifikament disegnata), material tal-infill, u l-involut. Il-proċess tal-mitlub huwa kif segue:

1. ​Ark:​​ Meta ikun hemm kurrent tal-errur, il-kunsriktjoni tal-element tal-fiuż timmelts rapidament u timtelfet, biex tikrej l-volttaġġ tal-ark inizjali.
2. ​Avviż:​​ Din il-volttaġġ tal-ark timmitluq rapidament l-interuptur esplosiv paralel (detonatur elettriku).
3. ​Kommutazzjoni tal-Kurrent:​​ L-interuptur jimxej, biex ikrej l-percorso tal-resistanza għoli, li jforzi l-kurrent tal-errur li jkommuta għal l-branch tal-fiuż tal-spennark paralel.
4. ​Mitlub:​​ L-fiuż tal-spennark timtelfet, biex tikrej l-volttaġġ tal-ark għoli li jforzi l-kurrent sa zero, biex ikrej l-interruptur veloċi tal-kurrent limitat.

​2.2 Innozzjoni Ċentrali: Design tal-Densità Kurrent Kunsriktjoni Għoli​
Il-valur tal-kurrent tal-avviż (I₁) huwa parametru ċentrale li jdetermina l-esit tal-mitlub, u huwa meħtieġ li jirdawn fil-limite optymu ta’ 8-15kA. Għal id-disinn mitluf bl-ark, il-kurrent nominali huwa korrelat fortemente mal-kurrent tal-avviż.

L-breakthrough ċentrali ta’ din is-soluzzjoni tkun fl-aument signifikanti tal-densità tal-kurrent tal-kunsriktjoni. Tramit derivazzjoni teoretika:
• Valur tal-kurrent tal-avviż I₁ ∝ (pre-ark I²t * di/dt)^(1/3)
• Pre-ark I²t valur ∝ (area trasverzali tal-kunsriktjoni (S))²

Konklussjoni: Taħt l-istess kurrent nominali u kondizzjonijiet tal-errur, densità kurrent tal-kunsriktjoni għoli irrid area trasverzali tal-kunsriktjoni (S) iżgħar, li tgħadi l-valur I²t pre-ark. Dan jiżdied l-operazzjoni veloċi anke meta hemm kurrent tal-errur għoli, biex ikrej l-mitlub affidabbli. Il-target tad-disinn ta’ din is-soluzzjoni huwa l-aument tal-indikatur minn livell prodott attwali ta’ ~1000 A/mm² sal-lejl 3000 A/mm² u aktar.

​2.3 Ottimizzazzjoni Strutturali u Verifikazzjoni Simulazzjoni​
• ​Strument tal-Simulazzjoni:​​ Il-programm ANSYS 11.0 ġiet użat għal modellazzjoni parametrika bsedja fuq il-lingwa APDL, li permise l-kalkulazzjoni preċiża tal-resistanza tal-element tal-fiuż u simulazzjoni tal-proċess pre-ark.
• ​Aġġust tal-Struttura tal-Element tal-Fiuż:​​ Id-disinn tradizzjonali tal-lanġas tal-kurċulari ġie mollak wisq favur is-silġ tal-lanġas rettanġolari. Din is-silġ tmaxximixa l-kotributi tal-kurrent fir-riguni mhux kunsriktjoni, li jikrej resistanza inqas u kapasità tal-kurrent għoli fi volum stess, perfettament risolvendu l-iklaġġ bejn kapasità tal-kurrent u speeḍ.
• ​Ottimizzazzjoni tal-Parametri:​​ Parametri importanti kif l-wisq tal-kunsriktjoni (b), l-wisq tal-lanġas (c), is-spaċju (d), u l-spessor (h) ġew ottimizzati tramit simulazzjonijiet multidimensionali. It-trofi tal-soluzzjoni optyma ta’ resistanza minim li tassicura l-fehles bil-manufactura (per eżempju, imxi minn breakage jew deformazzjoni tal-element).

Riżultat tal-Ottimizzazzjoni: Id-disinn finali rikebbe resistanza tal-element tal-fiuż ta’ 15.2 μΩ u area trasverzali tal-kunsriktjoni ta’ 0.6 mm², perfettament qiegħed mill-exigencies għal kapasità tal-mitlub ta’ 40 kA.

​III. Verifikazzjoni tal-Prestazzjoni u Riżultati tal-Prova​

​3.1 Prova tal-Temperatura​
• ​Kondizzjonijiet tal-Prova:​​ Applikazzjoni ta’ kurrent AC ta’ 2000 A għal operazzjoni kontinwa stabili.
• ​Riżultati tal-Prova:​​
o Il-resistanza kold misurata kienet 15.0 μΩ, konsistenti għal qatra mal-valur tas-simulazzjoni (15.2 μΩ), li validaw l-accuratezza tal-model.
o L-aument tal-temperature fil-posti kritici kien konformi mal-standard (85 K fil-kunsriktjoni, approssimatament 47 K fis-silġ).
o Il-kapaċità tal-kurrent kienet verifikata għal kurrent nominali ta’ 2000 A. Il-densità tal-kurrent tal-kunsriktjoni kalkulata raggiunta 3300 A/mm², osservantament magħrufa għal prodotti domestiki u internazzjonali simili.

​3.2 Prova tal-Mitlub tal-Errur​
• ​Kondizzjonijiet tal-Prova:​​ Set-up ta’ circuit simulato biex jikrej kurrent simmetriku prospettiv ta’ errur ta’ 40 kA.
• ​Riżultati tal-Prova:​​
o Il-kurrent tal-avviż misurata kienet 15.1 kA, konsistenti għal qatra mal-valur predittiv tas-simulazzjoni (15 kA) u fit-tlimit optymu ta’ 8-15 kA.
o Il-volttaġġ tal-ark ġenerat raggiunsa 50 V, suffiċjenti biex jikkrej l’avviż tal-detonatur elettriku fil-microseconds, li dimostraw l-operazzjoni veloċi u affidabbli.

​IV. Konklussjoni u Avvantaggi​

Din is-soluzzjoni suksesfilment ideveloppa fiuż mitluf bl-ark ta’ prestazzjoni għoli. Il-konklussjonijiet u l-avvantaggi ċentrali huma kif segue:

1. ​Breakthrough Funzjonali:​​ Tramit id-disinn innovativ tal-element tal-fiuż tal-lanġas rettanġolari u l-ottimizzazzjoni tal-parametri, l-iklaġġ intrinseka bejn kapasità tal-kurrent u speeḍ tal-mitluf bl-ark ġiet solvuta. Il-densità tal-kurrent tal-kunsriktjoni ġiet elevata għal livell industriju lider ta’ 3300 A/mm².
2. ​Indikaturi ta’ Prestazzjoni Għoli:​​ Il-prodott huwa adeguat għal livelli ta’ voltagġ ta’ 10 kV, raggiungendu kurrent nominali ta’ 2000 A u kapasità tal-mitlub ta’ 40 kA, li jissoddisfa l-exigencies għal applikazzjonijiet industriali ta’ kurrent u voltagġ għoli.
3. ​Affidabilità Għoli:​​ Il-mekkanism passiv tal-avviż tal-ark mitluf huwa meħtieġ ebda kontrol, eliminandu l-dependenza fuq komponenti elektroniki u sorsi eksterni tal-enerġija. Huwa joffri abilità mhux wieġeb għal interferenza u operazzjoni affidabbli.
4. ​Teknoloġija Verifikabbli:​​ Il-model tas-simulazzjoni bsedja fuq l-ANSYS wassal lill-konsistenza għoli mal-riżultati misurati, offrendu strument u metodologia effiċienti u affidabbli għad-disinn u l-ottimizzazzjoni tal-prodott.