Invecchiamento elettrochimico dell'isolamento dei relè ad alta-tensione: in che modo il contatto elettrico in argento AgNi bi-metallico può fornire protezione?

Nei circuiti CC ad alta-tensione per veicoli a nuova energia e sistemi di stoccaggio dell'energia, i contatti vuoti dei relè sopportano da centinaia a migliaia di kilovolt di tensione del bus CC per periodi prolungati dopo che il carico è stato disconnesso. La polarizzazione continua combinata con variazioni di temperatura e ambienti umidi innesca un lento invecchiamento elettrochimico dell'isolamento interno, indebolendone gradualmente le prestazioni. Essendo un componente fondamentale per la commutazione di circuiti ad alta-tensione, la struttura isolante circostante e le partizioni del contatto in argento elettrico bimetallico AgNi Bi-sono costantemente esposti a un campo elettrico distorto. L'accumulo di carica spaziale accelera il danneggiamento delle catene molecolari dei materiali polimerici attorno ai contatti. Mentre la resistenza di isolamento potrebbe non variare in modo significativo nelle fasi iniziali, la resistenza alla rottura intrinseca del dielettrico diminuisce continuamente.

I meccanismi di invecchiamento dell’isolamento dei campi elettrici CC e CA sono fondamentalmente diversi. In condizioni operative CA, il campo elettrico si inverte ripetutamente, rendendo difficile per la carica all'interno del dielettrico rimanere stabile. La polarizzazione CC, invece, inietta continuamente carica nello strato isolante poco profondo, creando un campo elettrico aggiuntivo localizzato che interrompe la distribuzione del potenziale. Tutte le interfacce di isolamento all'interno della cavità del relè ne sono interessate e lo spazio che si forma dopo la rottura del rivetto bimetallico rotondo in argento è una regione di campo elettrico concentrato. Qui la carica spaziale si accumula più rapidamente, inducendo facilmente microfessure sulla superficie del materiale isolante, creando difetti intrinseci per la successiva umidità e corrosione ionica.

Gli ambienti a temperatura e umidità alternati amplificano il tasso di invecchiamento dell'isolamento attraverso molteplici effetti sovrapposti. Le alte temperature accelerano l’iniezione di carica e la degradazione dei polimeri, mentre le basse temperature provocano il restringimento, creando piccoli spazi nei componenti isolanti. Dopo un servizio a lungo termine-, tracce di umidità inevitabilmente penetrano nella cavità sigillata. L'umidità si elettrolizza nel campo elettrico CC, generando ioni corrosivi che erodono continuamente lo strato sigillante ceramico e il separatore isolante. Quando la polvere metallica rimane nella cavità, gli ioni migrano lungo il campo elettrico, formando dendriti conduttivi. Tracce di detriti metallici staccati dai bordi dei contatti bi-argento sono una delle principali fonti di contaminazione, poiché aumentano significativamente il rischio di migrazione elettrochimica e di rottura dell'isolamento.

Esistono due punti deboli fondamentali nel processo di invecchiamento dell'isolamento all'interno del relè. Il primo è il divisorio isolante che separa i contatti dalla bobina, dove esiste una differenza di potenziale permanente. Se il substrato contiene piccole molecole polari o componenti facilmente igroscopici, il processo di invecchiamento sarà accelerato in modo esponenziale. La seconda è l'interfaccia di tenuta metallizzata tra i conduttori e la cavità ceramica. Il mezzo vetroso fa precipitare facilmente gli ioni dei metalli alcalini, riducendo gradualmente le prestazioni di isolamento dell'interfaccia anno dopo anno. Il rivetto di contatto composito bimetallico in argento è posizionato vicino alla partizione e la distorsione del campo elettrico causata dalla carica a lungo termine dei contatti accelera significativamente il processo di invecchiamento e corrosione in queste due aree deboli.

Dalla fase di produzione, il problema dell'invecchiamento dell'isolamento causato dalla polarizzazione DC a lungo termine- può essere efficacemente mitigato. Durante la produzione, viene data priorità ai substrati isolanti a basso-ione e ad alta-tracciabilità-resistente. Durante tutto il processo di assemblaggio viene mantenuto un rigoroso controllo della pulizia per ridurre i residui di particelle metalliche. Dopo l'essiccazione sotto vuoto profondo della cavità, questa viene riempita con gas inerte per sigillare e isolare dall'umidità. Per la progettazione del contatto, lo spessore della partizione isolante e il processo di stampaggio devono essere ottimizzati per soddisfare le caratteristiche di distribuzione del campo elettrico del contatto ad alta corrente, riducendo i punti di concentrazione del campo elettrico e minimizzando l'accumulo di carica spaziale alla sorgente.

Durante il funzionamento e la manutenzione del sistema, lo stato microscopico dell'isolamento interno del relè non può essere rilevato direttamente. Tuttavia, il monitoraggio dei dati a lungo-termine può essere utilizzato per prevedere i rischi di guasti all'isolamento. È fondamentale raccogliere regolarmente la resistenza di isolamento complessiva e monitorarne l'andamento, monitorando contemporaneamente i segnali di allarme anomali provenienti dai dispositivi di monitoraggio dell'isolamento del sistema. Il danno ai relè ad alta-tensione soggetti a polarizzazione CC a lungo-termine è un guasto micro-cumulativo; la probabilità di guasto dell'isolamento aumenta sistematicamente man mano che il relè si avvicina alla sua durata utile. Combinando il ciclo di usura del contatto Precision Cold Forming con la valutazione dell'invecchiamento dell'isolamento, è possibile prevedere con maggiore precisione il punto di guasto, garantendo il funzionamento sicuro del sistema ad alta-tensione.

Considerando i diversi fattori che influenzano l’invecchiamento dell’isolamento,Contatto elettrico in argento AgNi bi-metallo, adattato alle condizioni operative dei relè CC ad alta-tensione, è sottoposto a laminazione metallurgica di precisione e trattamento di modifica superficiale. Ciò riduce la quantità di detriti metallici generati dalla scarica da contatto, indebolisce la fonte di corrosione elettrochimica all'interno della cavità e, combinato con la precisione dimensionale su misura per le condizioni operative, mitiga efficacemente il tasso di invecchiamento del mezzo isolante circostante, estendendo la durata di servizio complessiva del relè ad alta-tensione bilanciando al tempo stesso la stabilità della conduttività e l'affidabilità a lungo-termine.

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