Analiza težav z oksidacijo kontaktov v novih energetskih relejih in tehnične smernice za vzdrževanje zanesljivosti

 

V visokonapetostnih sistemih za distribucijo električne energije za nova energetska vozila, polnilni infrastrukturi, fotonapetostni opremi za shranjevanje energije in industrijskih sistemih za krmiljenje električne energije so novi energetski releji odgovorni za varno vzpostavitev in prekinitev visoko{1}}napetostnih in visoko{2}}tokovnih tokokrogov. Kot kritični vmesnik za prenos toka stabilnost prevodnosti relejskih kontaktov neposredno vpliva na zanesljivost delovanja celotnega električnega sistema.

 

Ko se nova energetska oprema razvija v smeri uporabe na prostem, višjih stopenj integracije in dolgoročnega-delovanja, se releji vse pogosteje uporabljajo v okoljih, za katere je značilna visoka vlažnost, visoke-ravni razpršenosti soli in znatna temperaturna nihanja. Lokacije, kot so šasije vozil, visoko{3}}napetostne krmilne omarice, zunanje omare za shranjevanje energije in obalna industrijska območja, predstavljajo tveganje vdora vlage, soli in jedkih plinov.

Najpomembnejši vpliv vlažnega okolja na kontakte releja je pospešitev oksidacijskih in korozijskih procesov na kovinskih površinah.

 

Dolgotrajna izpostavljenost kontaktnih površin atmosferski vlagi, kisiku in onesnaževalcem-kot so sulfidi-sproži elektrokemične reakcije v kovinskih materialih, kar povzroči nastanek oksidnih filmov ali produktov korozije. Te plasti, ki imajo slabo električno prevodnost, povečajo kontaktni upor in poslabšajo zmogljivost prenosa toka.

 

Pri novih energetskih aplikacijah lahko nenormalno povečanje kontaktnega upora povzroči več težav. Na primer, zaprtje visoko{1}}napetostnih tokokrogov lahko povzroči prekomerno toploto, kar povzroči dvig temperature releja; vezja za zaznavanje nizkega toka lahko povzročijo anomalije signala zaradi izolacijskega učinka oksidnih filmov; in v hujših primerih lahko rele ne deluje zanesljivo ali pa si nadzorni sistem napačno razlaga situacijo kot napako.

 

Posledično zanesljivost novih kontaktov energetskih relejev ni odvisna le od izbire materiala, ampak tudi od delovnega okolja, zaščitne zasnove in-strategije dolgoročnega vzdrževanja.

 

 

 

Kontakti v novih energetskih relejih običajno uporabljajo materiale na osnovi srebra-, materiale na osnovi-bakra in kompozitne kovinske strukture, da izpolnjujejo zahteve glede visoke prevodnosti, odpornosti proti oblokom in odpornosti proti mehanski obrabi. Srebrni-bakreni kompozitni kontaktni materiali na primer združujejo odlično električno prevodnost srebra z mehansko trdnostjo bakrene podlage, s čimer ohranjajo vrhunsko splošno učinkovitost v visoko-frekvenčnih preklopnih okoljih.

 

Nekateri visoko{0}}zanesljivi releji uporabljajo sestavljene kontaktne strukture-, kot so bimetalni zakovicni kontakti-, ki izkoriščajo kombinacije različnih kovin za izboljšanje električne prevodnosti, toplotne odpornosti in odpornosti proti oksidaciji. V praktičnih aplikacijah, čeprav imajo kontaktni materiali na osnovi srebra-dobro odpornost proti oksidaciji, lahko še vedno pride do površinskih kemičnih sprememb v okoljih, ki vsebujejo žveplo ali sol, ali v pogojih visoke-vlažnosti.

 

Ko so v zraku prisotni jedki plini, kot sta vodikov sulfid ali žveplov dioksid, lahko na površini srebrovega materiala nastane plast srebrovega sulfida. Medtem ko ta postopek ne zmanjša hitro mehanske trdnosti-kot je to v primeru navadne kovinske korozije-, nastali površinski film poslabša transport elektronov in s tem poslabša kontaktno zmogljivost.

 

Pri kontaktih, ki uporabljajo srebrno-bakreno kompozitno strukturo (kot so bimetalni kontakti Ag/Cu), notranja kovinska kombinacija izboljša splošno zmogljivost; če pa je površinska zaščitna plast poškodovana, je spodnji bakreni material lahko še vedno podvržen oksidativni koroziji zaradi izpostavljenosti vlagi. Bakrovi oksidi običajno kažejo visoko električno upornost, kar dodatno poveča električne izgube na kontaktnem vmesniku.

 

Poleg tega v -krmilnih tokokrogih z nizkim{0}}tokom-kot so zaznavalne linije sistemov za upravljanje baterije-tok, ki teče skozi kontakte, ni zadosten za ustvarjanje dovolj energije obloka med zapiranjem za razgradnjo oksidnega filma; posledično je verjetneje, da pride do kontaktnih anomalij.

 

 

Ko se v novih energetskih relejih pojavijo kontaktne anomalije, je treba ustrezen način ukrepanja določiti na podlagi strukturne vrste releja, delovnega okolja in resnosti oksidacije, namesto da bi uporabili-rešitev-za-vse.

 

Visok{0}}napetostni enosmerni releji imajo običajno zaprto strukturo in uporabljajo plinsko zaščito ali vakuumsko okolje za ublažitev učinkov obloka. Če v takih relejih pride do pomembne oksidacije kontakta, je treba pregledati celovitost tesnila. Če je notranje zaščitno okolje odpovedalo, nadaljnja uporaba predstavlja veliko varnostno tveganje; zato se na splošno priporoča popolna zamenjava.

 

Pri odprtih-ali pol-zatesnjenih pomožnih relejih, če je kontaktna oksidacija manjša in mehanska struktura ter električna zmogljivost ostaneta v mejah normale, je mogoče kontaktne pogoje izboljšati s posebnimi tehnikami električne obnove. V nadzorovanih preskusnih pogojih lahko kratki cikli vzpostavljanja in prekinjanja nazivnega toka ustvarijo šibek oblok med sklenitvijo kontakta, pri čemer se uporabijo toplotni učinki za odstranitev dela površinske oksidne plasti.

 

Vendar je ta metoda primerna samo za primere blage oksidacije. Ker električni oblok porablja tudi kontaktni material, se je treba izogibati pogosti uporabi, da preprečimo ablacijo kontakta, povečano hrapavost površine in skrajšano življenjsko dobo.

 

Če so na kontaktih opazne korozijske luknjice, luščenje kovine ali močno razbarvanje, mehansko brušenje ni priporočljivo kot metoda sanacije. Ker imajo kontaktne površine pogosto posebno strukturo kovinske plasti, lahko brušenje poškoduje plast plemenite kovine in s tem pospeši stopnjo poznejše korozije. Pri aplikacijah z visoko-zanesljivostjo je treba sklop releja v celoti zamenjati.

 

 

 

Kontaktni material je ključni dejavnik, ki vpliva-na dolgoročno zanesljivost relejev. Različna delovna okolja zahtevajo posebne kombinacije kovin in površinske obdelave.

 

Srebrni električni kontakti se pogosto uporabljajo kot prevodni vmesniški materiali v visoko-preklopni in visoko-zanesljivi električni opremi; njihove glavne prednosti vključujejo nizko odpornost, visoko prevodnost in odlično odpornost proti obloku.

 

Sestavljene kontaktne strukture ponujajo izrazite prednosti za releje, ki so izpostavljeni mehanskim udarcem in dolgo{0}}cikličnemu delovanju. Na primer, bimetalni srebrni kontakti uporabljajo kombinacije različnih kovinskih plasti za izboljšanje splošne učinkovitosti, kar jim omogoča, da prenesejo zahtevne pogoje delovanja, ki jih najdemo v novih energetskih vozilih in električni opremi.

 

Natančni električni kontakti so uporabljeni v določenih natančnih krmilnih napravah za zagotavljanje stabilnosti med prenosom tokovnih signalov-nizke ravni. Ti kontakti običajno zahtevajo višje standarde glede čistoče površine, dimenzijske natančnosti in skladnosti materiala.

 

Poleg-električne aplikacije višjega cenovnega razreda lahko uporabljajo kontaktne sisteme iz plemenitih kovin, kot so kontakti iz plemenitih kovin, ki izkoriščajo vrhunsko kemično stabilnost za zmanjšanje poslabšanja zmogljivosti, ki ga povzročajo okoljski dejavniki.

 

 

 

Izboljšanje okolja namestitve in zaščitne zasnove je učinkovitejši način za zmanjšanje tveganja kontaktne oksidacije kot zanašanje na po-popravila po okvari.

 

Prvič, med fazo konstrukcijskega načrtovanja nove energetske opreme je treba povečati stopnjo zaščite ohišja, da se zmanjša vdor zunanje vlage. Oprema, kot so visoko{1}}napetostne razdelilne omarice in krmilne omare za shranjevanje energije, na splošno zahteva močne tesnilne zmogljivosti, hkrati pa izpolnjuje potrebe po razbremenitvi tlaka in notranji izmenjavi zraka.

 

Za opremo, ki dlje časa deluje na prostem, je mogoče uporabiti -zasnove prezračevanja, odporne na vlago-, kot je namestitev vodoodpornih/dihajočih komponent, razvlaževalnikov ali-grelnih modulov z nadzorovano temperaturo-, da ohranite notranjo vlažnost v optimalnem obsegu in zmanjšate verjetnost kondenzacije.

 

Drugič, med sestavljanjem vezja je treba izvesti okrepljene proti{0}}korozijske ukrepe. Po spajkanju vezja je treba temeljito odstraniti ostanke talila in izbrati ustrezne zaščitne premaze glede na delovno okolje. V okoljih z visoko -slanostjo (slani pršilec) je treba okrepiti zaščito na kovinskih povezovalnih točkah, da se prepreči vdor vlage v kontaktno območje skozi povezovalne reže.

 

Za industrijska okolja, za katera so značilne obalne lokacije ali visoka vlažnost, lahko kontaktne materiale z vrhunsko odpornostjo proti koroziji-kot so bimetalne kontaktne kovice ali fiksni srebrni kontakti-izberete na podlagi sistemskih zahtev za izboljšanje dolgoročne-stabilnosti delovanja.

 

 

S hitrim razvojem novih energetskih vozil, sistemov za shranjevanje energije in opreme pametnih omrežij so delovna okolja za releje postala vse bolj zapletena, kar postavlja višje zahteve glede kontaktnih materialov in strukturnih zasnov.

 

Prihodnji trendi razvoja novih energetskih relejev se bodo osredotočali na več ključnih področij:

Prvič, kontaktni materiali se bodo še naprej razvijali v smeri večje odpornosti proti koroziji in obloku, s podaljšano življenjsko dobo z zasnovami kompozitnih materialov. Kombinacija srebrovih zlitin in materialov na osnovi-bakra s posebnimi tehnologijami površinske obdelave lahko na primer poveča stabilnost stika v pogojih visoke vlažnosti, visoke temperature in velikih obremenitev.

 

Drugič, proizvodni procesi bodo postali vse bolj natančni. Napredne tehnike oblikovanja-, kot je proizvodnja bimetalnih kontaktov s hladno{2}}glavo-lahko izboljšajo dimenzijsko doslednost in zmanjšajo variacije zmogljivosti med množično proizvodnjo.

 

Poleg tega bo z naraščanjem povpraševanja po visoki zanesljivosti v novih energetskih vozilih in sistemih za shranjevanje energije zasnova relejev dala večji poudarek na popolno-zanesljivost življenjskega cikla, ki vključuje vzdržljivost materiala, poslabšanje električne učinkovitosti in okoljsko prilagodljivost.

 

Varno delovanje novih energetskih sistemov je odvisno od stabilnosti vsake kritične priključne točke. S premišljeno izbiro kontaktnih materialov, optimizacijo zaščitnih struktur, krepitvijo okoljskega nadzora in vzpostavitvijo znanstvenih vzdrževalnih protokolov,Bimetalna zakovica za relejeso možni za učinkovito ublažitev tveganja kontaktne oksidacije in izboljšanje dolgoročne-zanesljivosti relejev v zapletenih okoljih, s čimer se zagotovi stabilnejša električna zmogljivost za nova energijska vozila in opremo za shranjevanje energije.