ВЗРЫВНОЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ Российский патент 2021 года по МПК H01H39/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электротехнике, в частности, к коммутирующей аппаратуре, и может применяться в цепях постоянного и переменного тока, например, в системах электропитания или защитных устройствах.

Уровень техники

В ряде случаев, в основной своей массе связанных с производственными или научно-исследовательскими целями, требуется коммутация электрических цепей, в которых протекают токи величиной в десятки килоампер. Обращение с мощными источниками электроэнергии требует высокого быстродействия коммутирующей аппаратуры для минимизации энергии, выделяемой в электрической дуге и для обеспечения возможности быстрого включения/выключения тока в электрической цепи. Кроме того, к такой коммутирующей аппаратуре предъявляются весьма серьезные требования к переходному сопротивлению контактной группы, надежности, возможности коммутации больших мощностей и ресурсу работы.

Из патента RU 2101795 известен взрывной размыкатель тока, обеспечивающий быстрое размыкание электрической цепи и содержащий два токоподвода, один из которых соединен с металлическим цилиндром, охваченным диэлектрическими кольцами, расположенными на расстоянии друг от друга, а другой соединен с металлической мембраной (ее центральной частью), соединенной с металлическим цилиндром (посредством периферийной части). Внутри металлического цилиндра расположен заряд взрывчатого вещества и диэлектрический цилиндр, закрытый с одной из сторон и установленный с возможностью перемещения под воздействием взрыва заряда взрывчатого вещества по направлению к мембране для отделения ее от металлического цилиндра.

В размыкателе в металлическом цилиндре протекает жидкий диэлектрик, обеспечивающий охлаждение элементов размыкателя и гашение электрической дуги, появляющейся вследствие взрыва заряда взрывчатого вещества. После взрыва металлический цилиндр разрушается и разделяется диэлектрическими кольцами на несколько частей, а диэлектрический цилиндр отделяет мембрану от металлического цилиндра.

Необходимо отметить, что при использовании воды в качестве жидкого диэлектрика разрывы цепи достаточно быстро замыкаются, поскольку диэлектрический цилиндр находится в воде. Это снижает рабочие характеристики размыкателя, в частности, величины размыкаемых токов и напряжений, выдерживаемых размыкателем в разомкнутом состоянии.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является повышение коммутируемого напряжения, длительного тока и ресурса работы (количества коммутаций) взрывного размыкателя.

Указанная задача решается с помощью взрывного размыкателя, имеющего два токоподвода, металлический цилиндр, кольца, металлическую мембрану, диэлектрический цилиндр и заряд взрывчатого вещества. Металлический цилиндр электрически соединен с одним токоподводом, а мембрана электрически соединена с другим токоподоводом. Металлический цилиндр расположен внутри колец, расположенных на расстоянии друг от друга, и электрически соединен с мембраной. Внутри металлического цилиндра расположен заряд взрывчатого вещества. Диэлектрический цилиндр установлен с возможность перемещения по направлению к мембране и сквозь нее. Размыкатель выполнен с возможностью протекания в металлическом цилиндре жидкого диэлектрика.

Отличительными признаками настоящего изобретения является то, что размыкатель содержит дополнительный заряд взрывчатого вещества, установленный с возможностью толкания диэлектрического цилиндра по направлению к металлической мембране вследствие взрыва таким образом, что диэлектрический цилиндр отделяет часть мембраны, имеющую электрическое соединение с токоподводом, от части мембраны, имеющей электрическое соединение с металлическим цилиндром. Благодаря наличию дополнительного заряда взрывчатого вещества удается обеспечить отделение мембраны и диэлектрического цилиндра от жидкого диэлектрика.

Жидкий диэлектрик в предпочтительном варианте выполнения представляет собой деминерализованную или дистиллированную воду. Металлическая мембрана и металлический цилиндр преимущественно соединены тоководом. При этом в одном из вариантов исполнения токовод может размещаться (входить) в диэлектрическом цилиндре и соединен с центральной частью металлической мембраны, а мембрана установлена с возможностью отделения центральной части от периферийной части, соединенной с токоподводом, диэлектрическим цилиндром.

Мембрана преимущественно снабжена проточками или углублениями в местах отделения центральной части от периферийной части. Кроме того металлический цилиндр также преимущественно снабжен проточками или углублениями. В предпочтительном варианте осуществления диэлектрический цилиндр снабжен с одной из сторон крышкой, размещенной с возможностью восприятия механического воздействия дополнительного заряда взрывчатого вещества при его взрыве. Электрическое соединение металлического цилиндра с токоподводом и/или тоководом может обеспечиваться с помощью разрезных прижимных колец.

Задача настоящего изобретения также решается с помощью электрической цепи, в состав которой входит высоковольтный разъединитель по любому из вышеописанных вариантов. В преимущественном варианте цепь выполнена с возможностью одновременной инициации взрывов заряда взрывчатого вещества и дополнительного заряда взрывчатого вещества размыкателя.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение в несколько раз напряжения, которое размыкатель выдерживает в разомкнутом состоянии, повышения в несколько раз переносимого тока и ресурса работы (количества коммутаций) взрывного размыкателя.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан разрез взрывного размыкателя.

На фиг. 2 показан укрупненный вид разреза размыкателя в области металлического цилиндра.

Осуществление изобретения

Осуществление настоящего изобретения иллюстрируется с помощью фиг. 1, на которой показан преимущественный вариант выполнения взрывного размыкателя. В показанном преимущественном варианте выполнения элементы разъединителя имеют осевую симметрию и расположены соосно. Кроме того, элементы разъединителя предпочтительно выполнены в виде цилиндров, кругов или секторов. Эти предпочтительные признаки направлены на обеспечение механической прочности, необходимой при обращении с сильными токами и высокими напряжениями. При этом необходимо учитывать, что настоящее изобретение может быть реализовано и в других конфигурациях. В этой связи настоящее описание не является ограничивающим и дано лишь в целях пояснения изобретения. Объем испрашиваемой охраны определяется формулой изобретения.

На фиг. 1 показан пример взрывного размыкателя в разрезе. Размыкатель имеет два токоподвода 1 и 2 (нижний и верхний, соответственно), металлический цилиндр 3, металлическую мембрану 4, диэлектрический цилиндр 6 и заряд 7 взрывчатого вещества, а также дополнительный заряд 8 взрывчатого вещества, установленный сверху над диэлектрическим цилиндром.

Металлический цилиндр 3 более подробно показан на фиг. 2. На фиг. 2 также показаны нижний токоподвод 1, с которым электрически соединен цилиндр 3. Цилиндр 3, который также может называться контактный цилиндр, прижимается к токоподводу с помощью специальной конусной системы обжима. Она представляет собой систему из двух колец 10 и 11, расположенных снаружи (или внутри цилиндра), одно из которых имеет разрезы и может сжиматься (или растягиваться) под действием перемещения второго кольца. Одно или оба кольца преимущественно имеют конусообразную форму и могут иметь клиновидное поперечное сечение.

Металлический цилиндр 3 расположен внутри колец 9 (предпочтительно диэлектрических), расположенных на расстоянии друг от друга, и электрически соединен с мембраной. Электрическое соединение цилиндра 3 с мембраной 4 (см. фиг. 1) в показанном на фигурах варианте осуществляется с помощью токовода 5. Прижим цилиндра 3 к тоководу 5 на фиг. 2 осуществляется с помощью прижимных колец 10 и 11 (они могут отличаться по форме от колец, обеспечивающих прижатие цилиндра 3 к токоподводу 1, однако имеют одинаковое функциональное назначение). Внутри металлического цилиндра 3, вдоль его оси, расположен заряд 7 взрывчатого вещества.

Мембрана 4 электрически соединена с верхним токоподводом 2 своей периферийной частью, а центральной частью электрически соединена с тоководом 5. Таким образом, в изначально замкнутом состоянии ток проходит через размыкатель через следующие элементы: токоподвод 1, металлический цилиндр 3, токовод 5, мембрана 4 и токоподвод 2.

Внутренняя полость металлического (контактного) цилиндра 3 заполнена жидким диэлектриком - деминерализованной водой. На контактном цилиндре 3 выполнены кольцевые проточки, служащие концентраторами напряжений, и обеспечивающие множественный разрыв токоведущего элемента. Вокруг контактного цилиндра установлены диэлектрические кольца 9, конструкция, конфигурация и расположение которых таковы, что при повышении давления разрыв контактного цилиндра 3 по концентраторам напряжений происходит строго между двух соседних колец 9 с последующим обжатием продуктов разрушения вокруг сферических поверхностей их внутренней части.

После взрыва заряда 7 внутри контактного цилиндра 3 создается большое давление, которое разрывает его и распределяет продукты разрушения по поверхности диэлектрических колец 9 путем обжатия, что обеспечивает образование необходимых зазоров. Возникающая в процессе разрушения контактного цилиндра 3 электрическая дуга автоматически гасится охлаждающим потоком жидкого диэлектрика, поступающего из внутренней области цилиндра 3 в образовавшиеся зазоры.

Для использования размыкателя в цепях с длительно протекающими токами необходимо дополнительно обеспечивать циркуляцию жидкого диэлектрика, выступающего в этом случае еще и в качестве теплоносителя, что позволяет добиться не только надежного гашения электрической дуги во время коммутации, но и хорошего отвода тепла от контактного цилиндра в штатном режиме работы.

Однако вода не может долго обеспечить требуемую электрическую прочность коммутируемых промежутков и через несколько десятых долей секунды происходит пробой. Для решения этой проблемы последовательно с коммутируемыми промежутками (металлическим или контактным цилиндром 3) установлена мембрана 4, поверх которой установлен диэлектрический цилиндр 6.

Над крышкой диэлектрического цилиндра 6 размещен дополнительный заряд взрывчатого вещества 8. Заряд 8 инициируется одновременно с зарядом 7. Заряд 8 детонирует одновременно с зарядом 7, но из-за особенностей процесса детонации в замкнутом объеме, заполненном воздухом, отделитель, состоящий из диэлектрического цилиндра и мембраны, срабатывает на несколько миллисекунд позже коммутирующей части, состоящей из металлического цилиндра и диэлектрических колец, что гарантирует разрыв цепи без тока.

При взрыве заряда 8 давление продуктов детонации воздействует на цилиндр 6 (в частности, на его крышку) и приводит его в движение -цилиндр 6 начинает перемещаться по направлению к мембране и разрезает ее. Далее, опустившись до основания, диэлектрический цилиндр 6 отделяет центральный токовод от верхнего токоподвода и тем самым обеспечивает требуемую электрическую прочность всего устройства после размыкания цепи.

Благодаря наличию дополнительного заряда взрывчатого вещества мембрана и изолирующий диэлектрический цилиндр, который ее разрывает, вынесены за пределы металлического цилиндра, что позволило сделать диэлектрический цилиндр достаточно длинным и, также как и мембрану, сухим, то есть не контактирующим с жидким диэлектриком (т.е. отделенными от него). Главный результат - существенное повышение электрической прочности аппарата.

Токовод 5 имеет такие поперечные размеры, что он может размещаться в диэлектрическом цилиндре 6 при надвижении цилиндра 6 на токовод 5, т.е. диаметр токовода 5 меньше внутреннего диаметра диэлектрического цилиндра 6. Мембрана для упрощения разрезания диэлектрическим цилиндром преимущественно снабжена проточкой или углублением (или несколькими) в месте отделения центральной части от периферийной части.

Изобретение относится к взрывному размыкателю. Размыкатель имеет два токоподвода, металлический цилиндр, соединенный с одним токоподводом, и металлическую мембрану, имеющую электрическое соединение с другим токоподводом и металлическим цилиндром. В металлическом цилиндре, охваченном снаружи кольцами и охлаждаемом изнутри жидким диэлектриком, размещен один заряд взрывчатого вещества, а со стороны крышки диэлектрического цилиндра, установленного с возможностью перемещения к мембране и ее разрезания, размещен другой заряд взрывчатого вещества. При одновременном подрыве зарядов сначала на кольцах разрывается металлический цилиндр, а затем разрезается мембрана. Техническим результатом является повышение электрической прочности размыкателя, повышение его токонесущей способности и напряжения, выдерживаемого в разомкнутом состоянии. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Взрывной размыкатель, имеющий два токоподвода, металлический цилиндр, кольца, металлическую мембрану, диэлектрический цилиндр и заряд взрывчатого вещества, причем металлический цилиндр имеет электрическое соединение с одним токоподводом, а мембрана имеет электрическое соединение с другим токоподводом, причем металлический цилиндр расположен внутри колец, расположенных на расстоянии друг от друга, и имеет электрическое соединение с мембраной, причем внутри металлического цилиндра расположен заряд взрывчатого вещества, причем диэлектрический цилиндр установлен с возможностью перемещения по направлению к мембране, причем размыкатель выполнен с возможностью протекания в металлическом цилиндре жидкого диэлектрика, отличающийся тем, что содержит дополнительный заряд взрывчатого вещества, установленный с возможностью толкания диэлектрического цилиндра по направлению к металлической мембране вследствие взрыва таким образом, что диэлектрический цилиндр отделяет часть мембраны, имеющую электрическое соединение с токоподводом, от части мембраны, имеющей электрическое соединение с металлическим цилиндром, причем мембрана и диэлектрический цилиндр отделены от жидкого диэлектрика.

2. Размыкатель по п. 1, отличающийся тем, что жидкий диэлектрик представляет собой дистиллированную воду.

3. Размыкатель по п. 1, отличающийся тем, что металлическая мембрана и металлический цилиндр соединены тоководом.

4. Размыкатель по п. 3, отличающийся тем, что токовод выполнен с возможностью размещения в диэлектрическом цилиндре, причем токовод соединен с центральной частью металлической мембраны, причем мембрана установлена с возможностью отделения центральной части от периферийной части, соединенной с токоподводом, диэлектрическим цилиндром.

5. Размыкатель по п. 3, отличающийся тем, что электрическое соединение металлического цилиндра с тоководом обеспечено с помощью разрезного и прижимного колец.

6. Размыкатель по п. 1, отличающийся тем, что металлическая мембрана и/или металлический цилиндр снабжены проточками или углублениями.

7. Размыкатель по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический цилиндр снабжен с одной из сторон крышкой, размещенной с возможностью восприятия механического воздействия дополнительного заряда взрывчатого вещества при его взрыве.

8. Размыкатель по п. 1 или 3, отличающийся тем, что электрическое соединение металлического цилиндра с токоподводом обеспечено с помощью разрезного и прижимного колец.

9. Электрическая цепь, в состав которой входит взрывной размыкатель по любому из пп. 1-8.

10. Цепь по п. 9, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью одновременной инициации взрывов заряда взрывчатого вещества и дополнительного заряда взрывчатого вещества размыкателя.