تجزیه و تحلیل فناوری-دی سی کنتاکتور ولتاژ بالا: چگونه کپسولاسیون اپوکسی و کپسولاسیون سرامیکی مرزهای ایمنی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی را تعریف می‌کنند

همانطور که سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به سمت 1500 ولت و بالاتر از پلت‌فرم‌های{1} ولتاژ بالا و چگالی توان بالاتر ادامه می‌دهند، کنتاکتورهای ولتاژ بالا{{2}DC به اجزای کنترل الکتریکی و حفاظتی حیاتی تبدیل شده‌اند که سیستم‌های باتری و سیستم‌های تبدیل نیرو را به هم متصل می‌کنند. ظرفیت شکست، عملکرد عایق و قابلیت اطمینان آنها مستقیماً مرزهای ایمنی عملکرد سیستم را تعیین می کند. در حال حاضر، فن آوری های رایج بر روی محفظه اپوکسی و کپسولاسیون سرامیکی تمرکز دارند. تفاوت‌ها نه تنها در مواد و ساختار، بلکه اساساً در مکانیسم خاموش کردن قوس-و منطق طراحی افزونگی ایمنی نیز نهفته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از منظر فنی، چالش اصلی کنتاکتورهای ولتاژ بالا{0}DC در کنترل موثر قوس‌های DC نهفته است. از آنجایی که سیستم‌های DC فاقد یک نقطه عبور طبیعی{2}}صفر هستند، پس از وقوع یک قوس، باید به زور توسط ابزارهای خارجی خاموش شود. بنابراین، طراحی جفت سازه کپسوله‌سازی و سیستم خاموش کردن قوس{4} داخلی در تعیین حد بالایی عملکرد محصول بسیار مهم است. کنتاکتورهای محصورشده اپوکسی معمولاً از ترکیبی از «خاموش کننده قوس فوران مغناطیسی + خنک‌کننده گاز» استفاده می‌کنند که از یک میدان مغناطیسی برای کشش و هدایت قوس به داخل ساختار خاموش کننده استفاده می‌کند، در حالی که به طور همزمان از یک محیط گازی برای خنک‌سازی و یونیزاسیون استفاده می‌کند. این ساختار بالغ،{10}}قابل کنترل و مناسب برای کاربردهای ولتاژ متوسط{11}}است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در مقابل، کنتاکتورهای کپسوله شده سرامیکی از ساختار هرمتیک تری استفاده می کنند و یک معماری خاموش کننده{{1}با عملکرد بالا-معماری بر روی یک محفظه خاموش کننده{3}پر از گاز- ایجاد می کنند. با معرفی یک محیط گازی با رسانایی حرارتی بالا و استفاده از سیستم فوران مغناطیسی، قوس به سرعت دراز شده و پس از تولید سرد می شود و ظرفیت شکست کارآمدتری به دست می آید. خود ماده سرامیکی دارای مقاومت عالی در برابر حرارت، مقاومت در برابر ضربه قوس الکتریکی و استحکام مکانیکی است که آن را قادر می سازد در شرایط شدید تحت ولتاژ و جریان بالاتر مقاومت کند.

 

در این نوع ساختار، پوسته سرامیکی با خلوص بالا برای رله HVDC به یک جزء اصلی پشتیبانی می‌شود و پایداری مواد آن مستقیماً بر قابلیت اطمینان سیستم خاموش کردن قوس{0} کلی تأثیر می‌گذارد.

 

با توجه به پارامترهای عملکرد اصلی، دو رویکرد فنی یک طبقه بندی واضح را نشان می دهند. محصولات محصورشده اپوکسی در درجه اول در سیستم‌های 1000 ولتی استفاده می‌شوند، جایی که ظرفیت شکست توسط ساختار محفظه خاموش کردن قوس و شرایط محصور گاز محدود می‌شود و به دقت بالایی در کنترل ثابت زمانی در طول شکست بار القایی نیاز دارد. از سوی دیگر، محصولات سرامیکی محصور شده، می‌توانند به‌طور پایدار روی پلت‌فرم‌های 1500 ولت و حتی ولتاژ بالاتر اعمال شوند و ثبات شکستگی و یکپارچگی ساختاری را حتی در شرایط ضربه‌ای با ولتاژ بالا و جریان بالا حفظ کنند. سازه‌های سرامیکی با پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی برتر، به‌ویژه از نظر قابلیت مقاومت در{10}مدار کوتاه، می‌توانند ایمنی سازه‌ای را تحت ضربه‌های شدید{11} آنی حفظ کنند، بنابراین یک پنجره زمانی حیاتی برای استراتژی‌های حفاظت از سیستم فراهم می‌کنند.

 

از دیدگاه مهندسی مواد، کلید فن آوری کپسوله سازی سرامیکی در کاربرد عمیق سیستم های سرامیکی آلومینا نهفته است.

 

از طریق متالیزاسیون فرآیند آلومینا، می توان یک لایه متالیزاسیون پایدار بر روی سطح سرامیکی تشکیل داد و به یک اتصال قابل اعتماد بین سرامیک و هادی دست یافت. این نوع سرامیک فلزی آلومینا برای باندینگ، نه تنها عملکرد آب بندی هرمتیک را بهبود می بخشد، بلکه پایداری ساختاری کلی را تحت تاثیر سیکل حرارتی و قوس الکتریکی افزایش می دهد. علاوه بر این، سرامیک‌های فلزی آلومینا برای کاربردهای الکترونیکی، که برای رله‌ها و کنتاکتورهای ولتاژ بالا- ساخته شده‌اند، مزایای قابل توجهی در استحکام عایق، هدایت حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش قوس دارند.

 

در کاربردهای عملی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی صنعتی و تجاری و امکانات شارژ/تعویض هنوز هم عمدتاً از پلتفرم‌های 1000 ولتی استفاده می‌کنند. محدودیت‌های فضایی و حساسیت هزینه آن‌ها مشخص می‌کند که کنتاکتورهای اپوکسی{2}}در محصور شده بسیار رقابتی باقی می‌مانند. در{4}}ذخیره انرژی جانبی شبکه، تنظیم فرکانس توان، و نیروگاه‌های ذخیره انرژی متمرکز-در مقیاس بزرگ، ولتاژ سیستم تا 1500 ولت و بالاتر ادامه می‌یابد و تقاضاهای بالاتری را برای قابلیت اطمینان عایق و ظرفیت شکست نهایی دستگاه‌ها ایجاد می‌کند. در مقابل این پس‌زمینه، محلول‌های کپسوله‌سازی سرامیکی به تدریج به رویکرد اصلی تبدیل می‌شوند. در این میان، طرح‌های ساختاری مانند EV HVDC Relay Ceramic Housing و EV Alumina Seramic Housing به طور گسترده در سیستم‌های رله ولتاژ بالا{9} برای رعایت استانداردهای ایمنی دقیق‌تر استفاده می‌شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علاوه بر این، از منظر اجزای ساختاری، محفظه سرامیکی نه تنها عایق و آب بندی را فراهم می کند، بلکه یک جزء حیاتی از سیستم خاموش کردن قوس-می باشد. برای مثال، اجزای سرامیکی رله آلومینا پایداری ساختاری را در شرایط قوس{2}در دمای بالا حفظ می‌کنند، در حالی که قاب‌های رله سرامیکی متالیز شده با دمای بالا از طریق ساختارهای سرامیکی متالایز به اتصالات الکتریکی بسیار مطمئن دست می‌یابند. این سیستم های مواد همچنین دارای مقاومت در برابر سایش عالی هستند. به عنوان مثال، سرامیک‌های آلومینا متالایز مقاوم در برابر سایش For EV Relay به طور موثر طول عمر محصول را تحت شرایط کار با فرکانس بالا افزایش می‌دهد.

 

در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید و رله‌های{0}ولتاژ بالا، ساختارهای بسته‌بندی سرامیکی به طور سیستماتیک اعمال شده‌اند. طرح‌هایی مانند محفظه سرامیکی آلومینا رله EV، کنتاکتور سرامیکی DC با ولتاژ بالا، و پوشش سرامیکی رله آلومینا برای خودروهای الکتریکی، ارزش اصلی مواد سرامیکی را در کنترل ولتاژ DC بالا نشان می‌دهند. این سرامیک های متالایزه شده برای محلول های الکتریکی از طریق بهینه سازی هم افزایی مواد، ساختار و فرآیندها به عملکرد پایدار درازمدت در محیط های ولتاژ بالا- دست می یابند.

 

به طور کلی، کپسوله‌سازی اپوکسی و محفظه سرامیکی صرفاً جایگزین‌های فناوری نیستند، بلکه مسیرهای متفاوتی هستند که متناسب با سطوح ولتاژ و الزامات کاربردی مختلف هستند. راه حل های اپوکسی از بازار جریان اصلی فعلی با فرآیندهای بالغ و مزایای هزینه پشتیبانی می کنند، در حالی که راه حل های سرامیکی از مزایای مواد و ساختاری برای ارائه پشتیبانی فنی کلیدی برای سیستم های سطح ولتاژ بالاتر استفاده می کنند. همانطور که سیستم های ذخیره سازی انرژی به سمت تراکم انرژی بالاتر و پلت فرم های ولتاژ بالاتر توسعه می یابند، فناوری بسته بندی سرامیکی مبتنی بر متالیزاسیون سرامیک های آلومینا نقش مهمی را در این زمینه ایفا خواهد کرد.کنتاکتورهای-دی سی ولتاژ بالا، تبدیل شدن به یک پایه اصلی برای مرزهای ایمنی سیستم ساختمان.