تجزیه و تحلیل مسائل اکسیداسیون تماسی در رله های انرژی جدید و دستورالعمل های فنی برای تعمیر و نگهداری قابلیت اطمینان

 

در سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه انرژی جدید، زیرساخت‌های شارژ، تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی فتوولتائیک و سیستم‌های کنترل برق صنعتی، رله‌های انرژی جدید مسئول ساخت و شکستن ایمن مدارهای-ولتاژ بالا و جریان بالا هستند. به عنوان رابط حیاتی برای انتقال جریان، پایداری رسانایی کنتاکت‌های رله مستقیماً بر قابلیت اطمینان عملیاتی کل سیستم الکتریکی تأثیر می‌گذارد.

 

همانطور که تجهیزات انرژی جدید به سمت استقرار در فضای باز، سطوح بالاتر یکپارچگی و عملکرد طولانی مدت تکامل می‌یابند، رله‌ها به طور فزاینده‌ای در محیط‌هایی استفاده می‌شوند که با رطوبت بالا، سطوح پاشش نمک{{1} و نوسانات قابل توجه دما مشخص می‌شوند. مکان‌هایی مانند شاسی خودرو، جعبه‌های کنترل ولتاژ بالا، کابینت‌های ذخیره انرژی در فضای باز، و مناطق صنعتی ساحلی خطر نفوذ رطوبت، نمک‌ها و گازهای خورنده را دارند.

مهم‌ترین تأثیر محیط‌های مرطوب بر روی کنتاکت‌های رله، تسریع فرآیندهای اکسیداسیون و خوردگی بر روی سطوح فلزی است.

 

قرار گرفتن طولانی‌مدت سطوح تماس با رطوبت جو، اکسیژن و آلاینده‌های-مثل سولفیدها{1}} باعث ایجاد واکنش‌های الکتروشیمیایی در مواد فلزی می‌شود که منجر به تشکیل لایه‌های اکسیدی یا محصولات خوردگی می‌شود. این لایه ها که رسانایی الکتریکی ضعیفی دارند، مقاومت تماسی را افزایش داده و قابلیت انتقال جریان را مختل می کنند.

 

در کاربردهای انرژی جدید، افزایش غیرعادی مقاومت تماسی می‌تواند منجر به مشکلات متعددی شود. به عنوان مثال، بسته شدن مدارهای ولتاژ بالا-ممکن است گرمای بیش از حد تولید کند و باعث افزایش دمای رله شود. مدارهای حسگر جریان پایین ممکن است ناهنجاری های سیگنال را به دلیل اثر عایق لایه های اکسیدی تجربه کنند. و در موارد شدید، رله ممکن است به طور قابل اعتماد هدایت نشود، یا سیستم کنترل ممکن است وضعیت را به عنوان یک خطا تفسیر کند.

 

در نتیجه، قابلیت اطمینان تماس‌های رله انرژی جدید نه تنها به انتخاب مواد، بلکه به محیط عملیاتی، طراحی حفاظتی و استراتژی‌های نگهداری طولانی مدت- بستگی دارد.

 

 

 

کنتاکت‌ها در رله‌های انرژی جدید معمولاً از مواد مبتنی بر نقره، مواد مبتنی بر مس-و سازه‌های فلزی مرکب برای برآوردن الزامات رسانایی بالا، مقاومت قوس الکتریکی و مقاومت در برابر سایش مکانیکی استفاده می‌کنند. برای مثال، مواد تماسی کامپوزیت مسی-نقره، رسانایی الکتریکی عالی نقره را با استحکام مکانیکی زیرلایه مس ترکیب می‌کنند و عملکرد کلی برتر را در محیط‌های سوئیچینگ فرکانس بالا حفظ می‌کنند.

 

برخی از{0}}رله‌های با قابلیت اطمینان بالا از ساختارهای تماس مرکب-مانند کنتاکت‌های پرچ دو فلزی- استفاده می‌کنند که از ترکیب فلزات مختلف برای افزایش هدایت الکتریکی، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر اکسیداسیون استفاده می‌کنند. در کاربردهای عملی، اگرچه مواد تماسی مبتنی بر نقره دارای مقاومت اکسیداسیون خوبی هستند، تغییرات شیمیایی سطحی همچنان می‌تواند در محیط‌های حاوی گوگرد یا نمک، یا در شرایط رطوبت بالا رخ دهد.

 

هنگامی که گازهای خورنده مانند سولفید هیدروژن یا دی اکسید گوگرد در هوا وجود دارد، ممکن است یک لایه سولفید نقره روی سطح ماده نقره تشکیل شود. در حالی که این فرآیند به سرعت استحکام مکانیکی را کاهش نمی‌دهد-همانطور که در مورد خوردگی فلزات معمولی اتفاق می‌افتد{2}}لایه سطحی حاصل از انتقال الکترون را مختل می‌کند و در نتیجه عملکرد تماس را کاهش می‌دهد.

 

برای کنتاکت‌هایی که از ساختار کامپوزیت مس{0} نقره استفاده می‌کنند (مانند کنتاکت‌های دو فلزی Ag/Cu)، ترکیب داخلی فلز عملکرد کلی را افزایش می‌دهد. با این حال، اگر لایه محافظ سطحی آسیب ببیند، مواد مس زیرین ممکن است به دلیل قرار گرفتن در معرض رطوبت همچنان دچار خوردگی اکسیداتیو شوند. اکسیدهای مس معمولاً مقاومت الکتریکی بالایی از خود نشان می‌دهند که باعث افزایش تلفات الکتریکی در رابط تماس می‌شود.

 

علاوه بر این، در مدارهای کنترل جریان پایین-مانند خطوط حسگر سیستم‌های مدیریت باتری{2}}جریان عبوری از کنتاکت‌ها برای تولید انرژی قوس کافی در حین بسته شدن برای شکستن لایه اکسید کافی نیست. در نتیجه، احتمال بروز ناهنجاری های تماسی بیشتر است.

 

 

هنگامی که ناهنجاری های تماسی در رله های انرژی جدید رخ می دهد، به جای اعمال یک راه حل یک-به اندازه-براساس همه-روش عمل مناسب باید بر اساس نوع ساختاری رله، محیط عملکرد، و شدت اکسیداسیون تعیین شود.

 

رله‌های DC ولتاژ بالا معمولاً دارای ساختاری مهر و موم هستند و از محافظ گاز یا محیط خلاء برای کاهش اثرات قوس الکتریکی استفاده می‌کنند. اگر اکسیداسیون تماس قابل توجهی در چنین رله هایی رخ دهد، یکپارچگی آب بندی باید بررسی شود. اگر محیط حفاظتی داخلی شکست خورده باشد، استفاده مداوم خطرات ایمنی قابل توجهی را به همراه دارد. بنابراین، جایگزینی کامل به طور کلی توصیه می شود.

 

برای رله‌های کمکی-نوع یا نیمه{1}}باز، اگر اکسیداسیون تماس جزئی باشد و ساختار مکانیکی و عملکرد الکتریکی در حد نرمال باقی بماند، شرایط تماس را می‌توان از طریق تکنیک‌های بازسازی الکتریکی خاص بهبود بخشید. تحت شرایط آزمایش کنترل‌شده، چرخه‌های کوتاه ساخت و قطع جریان نامی می‌تواند یک قوس ضعیف در طول بسته شدن تماس ایجاد کند و از اثرات حرارتی برای حذف بخشی از لایه اکسید سطحی استفاده کند.

 

با این حال، این روش فقط برای موارد اکسیداسیون خفیف مناسب است. از آنجایی که قوس‌بندی مواد تماسی را نیز مصرف می‌کند، برای جلوگیری از فرسایش تماسی، افزایش زبری سطح و کاهش عمر مفید باید از استفاده مکرر خودداری شود.

 

اگر کنتاکت ها حفره خوردگی قابل توجه، پوسته پوسته شدن فلز یا تغییر رنگ شدید نشان دهند، آسیاب مکانیکی به عنوان یک روش اصلاح توصیه نمی شود. از آنجایی که سطوح تماس اغلب دارای ساختارهای لایه فلزی تخصصی هستند، سنگ زنی می تواند به لایه فلز گرانبها آسیب برساند و در نتیجه سرعت خوردگی بعدی را تسریع کند. برای کاربردهای{2}}با قابلیت اطمینان بالا، مجموعه رله باید به طور کامل تعویض شود.

 

 

 

مواد تماس یک عامل کلیدی است که بر قابلیت اطمینان بلند مدت رله‌ها تأثیر می‌گذارد. محیط های عملیاتی مختلف به ترکیب خاصی از فلزات و عملیات سطحی نیاز دارند.

 

کنتاکت‌های الکتریکی نقره‌ای اغلب به‌عنوان مواد رابط رسانا در تجهیزات الکتریکی-سوئیچینگ فرکانس بالا و{1}}قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌شوند. از مزایای اصلی آنها می توان به مقاومت کم، رسانایی بالا و مقاومت قوس عالی اشاره کرد.

 

سازه های تماس کامپوزیتی مزایای مشخصی را برای رله هایی که در معرض شوک مکانیکی و عملکرد چرخه ای طولانی مدت- قرار می گیرند، ارائه می دهند. به عنوان مثال، کنتاکت‌های نقره‌ای دو فلزی از ترکیب لایه‌های فلزی مختلف برای افزایش عملکرد کلی استفاده می‌کنند و آنها را قادر می‌سازد تا در برابر شرایط عملیاتی سخت موجود در وسایل نقلیه انرژی جدید و تجهیزات نیرو مقاومت کنند.

 

کنتاکت‌های الکتریکی دقیق در دستگاه‌های کنترل دقیق خاصی به کار می‌روند تا از پایداری در حین انتقال سیگنال‌های {0}در سطح پایین اطمینان حاصل شود. این کنتاکت ها معمولاً استانداردهای بالاتری را در مورد تمیزی سطح، دقت ابعاد و قوام مواد می طلبند.

 

علاوه بر این،{0}کاربردهای الکتریکی پیشرفته ممکن است از سیستم‌های تماس فلزات گرانبها، مانند کنتاکت‌های فلزات نجیب، استفاده کنند که از پایداری شیمیایی برتر برای به حداقل رساندن تخریب عملکرد ناشی از عوامل محیطی استفاده می‌کنند.

 

 

 

بهبود محیط نصب و طراحی محافظ روشی موثرتر برای کاهش خطر اکسیداسیون تماس نسبت به تعمیرات پس از- خرابی است.

 

اول، در مرحله طراحی ساختاری تجهیزات انرژی جدید، درجه حفاظت محفظه باید افزایش یابد تا نفوذ رطوبت خارجی به حداقل برسد. تجهیزاتی مانند جعبه‌های توزیع برق با ولتاژ بالا و کابینت‌های کنترل ذخیره‌سازی انرژی عموماً به قابلیت‌های آب‌بندی قوی نیاز دارند در حالی که به طور همزمان نیازهای کاهش فشار و تبادل هوای داخلی را برآورده می‌کنند.

 

برای تجهیزاتی که در خارج از منزل برای مدت طولانی کار می کنند، می توان از{0}}طرح های تهویه مقاوم در برابر رطوبت-مانند نصب اجزای ضد آب/ تنفس، رطوبت گیرها،-ماژول های گرمایش کنترل شده با دما- برای حفظ رطوبت داخلی در محدوده بهینه و کاهش احتمال تراکم استفاده کرد.

 

دوم، اقدامات ضد خوردگی پیشرفته باید در طول مونتاژ مدار اجرا شود. پس از لحیم کاری تخته مدار، بقایای شار باید به طور کامل حذف شوند و پوشش های محافظ مناسب بر اساس محیط کار انتخاب شوند. در محیط‌های با شوری بالا (نمک پاشی)، حفاظت در نقاط اتصال فلزی باید تقویت شود تا از نفوذ رطوبت به منطقه تماس از طریق شکاف‌های اتصال جلوگیری شود.

 

برای محیط‌های صنعتی که با مکان‌های ساحلی یا رطوبت بالا مشخص می‌شوند، می‌توان مواد تماسی با مقاومت در برابر خوردگی برتر-مانند پرچ‌های تماسی دو فلزی یا کنتاکت‌های نقره‌ای ثابت{1}}بر اساس نیازهای سیستم انتخاب کرد تا پایداری عملیاتی بلندمدت را بهبود بخشد.

 

 

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و تجهیزات شبکه هوشمند، محیط‌های عملیاتی رله‌ها به طور فزاینده‌ای پیچیده شده‌اند و تقاضاهای بیشتری را برای مواد تماس و طرح‌های ساختاری ایجاد می‌کنند.

 

روندهای آتی در توسعه رله های انرژی جدید بر چندین حوزه کلیدی تمرکز خواهند کرد:

اول، مواد تماس با افزایش طول عمر از طریق طرح های مواد کامپوزیتی، به تکامل خود به سمت مقاومت در برابر خوردگی و قوس بالاتر ادامه خواهند داد. به عنوان مثال، ترکیب آلیاژهای نقره و مواد مبتنی بر مس- با فناوری‌های تخصصی تصفیه سطح می‌تواند پایداری تماس را در شرایط رطوبت بالا، دمای بالا و بارهای سنگین افزایش دهد.

 

دوم، فرآیندهای تولید به طور فزاینده ای دقیق خواهند شد. تکنیک‌های شکل‌دهی پیشرفته-مانند تولید تماس‌های دو فلزی با سر سرد-می‌تواند ثبات ابعادی را بهبود بخشد و تغییرات عملکرد را در طول تولید انبوه به حداقل برساند.

 

علاوه بر این، با افزایش تقاضا برای قابلیت اطمینان بالا در وسایل نقلیه انرژی جدید و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، طراحی رله تأکید بیشتری بر قابلیت اطمینان کامل{0}}چرخه عمر، شامل دوام مواد، کاهش عملکرد الکتریکی، و سازگاری محیطی خواهد داشت.

 

عملکرد ایمن سیستم های انرژی جدید به پایداری هر نقطه اتصال حیاتی متکی است. با انتخاب خردمندانه مواد تماس، بهینه سازی ساختارهای حفاظتی، تقویت کنترل های محیطی و ایجاد پروتکل های علمی نگهداری،پرچ دو فلزی برای رلهکاهش موثر خطر اکسیداسیون تماسی و افزایش قابلیت اطمینان رله درازمدت در محیط های پیچیده امکان پذیر است، در نتیجه عملکرد الکتریکی پایدارتری برای وسایل نقلیه انرژی جدید و تجهیزات ذخیره انرژی تضمین می شود.