Разработка и внедрение в производство выключателей с наноструктурированными поверхностями контактных пар
РЕШАЕМАЯ ПРОБЛЕМА
Автоматические выключатели на токи всех амплитуд, изготавливаемые ОАО "Электроаппарат", содержат металлические контактные пары. При коммутации в таких контактах неизбежно возникают экстратоки, которые сопровождаются искровыми явлениями. В процессе эксплуатации таких выключателей имеет место нарастание потерь электроэнергии, что обусловлено электрической эрозией контактных пар и увеличением электрического сопротивления. Это требует применения устройств искрогашения, что усложняет конструкцию выключателей, но радикально не решает проблем снижения потерь электроэнергии и сохранения их работоспособности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Как показали исследования, выполненные в ЦКПНТ при КурскГТУ, совместно с Институтом материаловедения ДВО РАН, даже в низковольтных (с напряжением не более 60 В) контактных парах из меди с плоской (катод) и заостренной конфигурацией (анод) при электрических разрядах на поверхности катода формируются упорядоченные скопления нанокластеров (см. рис.). Известно, что при самоорганизации создаются условия для наиболее эффективного перехода любой системы (в нашем случае из контактных пар) в состояние с меньшей энергией (соединение контактов). Предлагается использовать в выключателях всех уровней специально наноструктурированные металлические контакты, что позволит исключить их искрение и электрическую эрозию, и как следствие сократить потери электрической энергии.
ПРЕИМУЩЕСТВО ПЕРЕД АНАЛОГАМИ
В выключателях с наноструктурированными металлическими контактными парами будет достигнуто упрощение конструкции за счет исключения устройств искрогашения. Отсутствие искр в процессе соединения контактов исключит их эрозию, то есть повысит надежность и сроки эксплуатации выключателе. За счет развитой наноструктурированной поверхности контактов, с одной стороны, будет достигнуто снижение энергопотерь, а, с другой стороны, высокая поверхностная энергия контактов обеспечит их незагрязняемость, то есть наноструткурированные контактные пары не будут требовать обслуживания в процессе эксплуатации. Производство выключателей, обладающих указанными характеристиками, позволит повысить их конкурентоспособность и вполне может быть отнесено к инновационному.
Размеры нанокластеров в упорядоченном скоплении (слева) 540 нм. Нанокластеры состоят из наночастиц, размерами 30 нм.