ВЗРЫВНОЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА Советский патент 1995 года по МПК H01H39/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к коммутирующим устройствам для выключения импульсных токов при помощи взрыва, и может быть применено в народном хозяйстве в качестве аварийных выключателей в энергетических установках, в экспериментальной технике при получении больших мощностей с помощью взрывомагнитных генераторов в исследованиях источников света, генераторов излучения, для вывода энергии из индуктивных накопителей в нагрузку.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности выключателя, уменьшение веса заряда взрывчатого вещества (ВВ), необходимого для выключения импульсного тока.

На фиг. 1 дан предлагаемый выключатель с каналом прямоугольного сечения, разрез; на фиг. 2 то же, с каналом треугольного сечения; на фиг. 3, 4 то же, с зарядом ВВ и ребристой преградой в виде сферы.

Взрывной выключатель содержит токоподводящие электроды 1, заряд 2 ВВ, инициатор 3, формирователь 4 токопроводящего плазменного канала, ребристую преграду 5 из диэлектрика, канал 6 прямоугольного или треугольного сечения.

Диэлектрическая преграда 5 с вырезами, образующими спиральный канал 6, охватывает формирователь 4, выполненный из диэлектрической пленки с напылением металла.

Выключатель работает следующим образом.

При появлении импульса тока в цепи выключателя электрически взрываемым проводником формирователя 4 формируется электропроводящий плазменный канал, соединяющий токоподводящие электроды 1 и развивающийся затем под действием тока в электродуговой. В заданный момент времени инициатором 3 в заряде ВВ 2 инициируется детонационная волна, возбуждающая при выходе на границу заряда в плазме токоподводящего канала ударную волну. Ударная волна, распространяясь по плазме токопроводящего канала, сжимает ее и разгоняет в направлении своего движения. Ускоренная ударной волной сжатая плазма затекает в спиральный канал прямоугольной формы, образованной ребрами диэлектрической преграды 5, а объем, первоначально заполненный плазмой токопроводящего канала, образованного формирователем 4, заполняется разлетающимися, электрически прочными продуктами детонации, что приводит к перестройке тока. Перестройке тока будет способствовать и распад плазмы вблизи ребер, вызванный неустойчивостью контрактной границы плазмы токопроводящего канала продукты детонации при падении на нее отраженной от ребер ударной волны.

Ток, текущий вначале вдоль образующей канала, после перетекания плазмы в спиральный канал начинает течь по спирали, что, в свою очередь, приводит к возникновению электродинамических сил, ускоряющих перетекание плазмы и перестройку тока. Перестройка тока приводит к росту сопротивления канала и, что самое главное к росту индуктивности выключателя, вызывающих рост напряжения на нем и ограничение тока в цепи до начала гашения электрической дуги. Ограничение тока в цепи проводит к ограничению мощности и энергии, выделяющихся в дуге и рассеиваемых продуктами детонации, что облегчает условия дугогашения и ускоряет процесс распада плазмы дуги в спиральном канале. Распад плазмы обусловлен перемешиванием относительно холодных (10^3оС) продуктов детонации заряда взрывчатого вещества с плазмой (10^4оС) токопроводящего канала, вызываемым развитием неустойчивости границы плазмы с продуктами детонации. Развитие неустойчивостей границы возбуждается при падении на нее отраженной от стенки спирального канала ударной волны. Электродинамические силы увеличивают интенсивность ударной волны и ее относительную скорость, чем в основном и определяется развитие неустойчивостей и, в конечном счете, распад плазмы.

При выполнении спирального канала 6 треугольного сечения происходит следующее.

Ускоренная ударной волной сжатая плазма затекает в спиральный канал 6 треугольной формы сечения, а объем, первоначально заполненный плазмой токопроводящего канала, образованного формирователем 4, заполняется разлетающимися электрически прочными продуктами детонации, что приводит к перестройке тока. Перестройке тока будет способствовать и распад плазмы вблизи ребер, вызванный взаимным проникновением продуктов детонации и плазмы, обусловленным неустойчивостью контактной границы плазма токопроводящего канала продукты детонации при падении на нее отраженной от ребер ударной волны.

Ток, текущий вначале вдоль образующей канала, после перетекания плазмы в спиральный канал начинает течь по спирали, что, в свою очередь, приводит к возникновению электродинамических сил, ускоряющих перетекание плазмы и перестройку тока. Перестройка тока приводит к росту сопротивления канала и к росту индуктивности выключателя, вызывающих рост напряжения на нем и ограничение тока в цепи до начала гашения электрической дуги. Это ограничение приводит к ограничению мощности и энергии, выделяющихся в дуге и рассеиваемых продуктами детонации, что облегчает дугогашение и ускоряет процесс распада плазмы в спиральном канале. В канале треугольного сечения косое падение ударной волны на стенки приводит к возникновению системы отраженных ударных волн, сжимающих плазму повторно, что увеличивает сжатие плазмы по сравнению с однократным сжатием и в конечном итоге повышает плотность тока в 10³ раз. Падение отраженных ударных волн на контактную границу плазмы с продуктами детонации вызывает появление неустойчивостей границы в процессе распространения ударной волны по треугольному каналу, что, в свою очередь, приводит к распаду части плазмы и еще большему увеличению плотности тока. Это инициирует появление еще одного вида неустойчивости магнитогидродинамической ускоряющей процесс распада плазмы. Поддерживают и ускоряют распад и электромагнитные силы, обусловленные перестройкой тока.

Таким образом, выполнение преграды из диэлектрика необходимо, так как выполнение такой преграды в виде секционированных металлом колец препятствовало бы выключению тока, вследствие того, что по кольцам возможно протекание тока.

Выполнение преграды из диэлектрика с ребрами, образующими спиральный канал, позволяет перевести ток плазмы, сформированный в электропроводящем канале, в спиральный, что увеличивает индуктивность выключателя, ограничивая ток в цепи еще до начала гашения электрической дуги.

Выполнение диэлектрической ребристой преграды с ребрами, образующими спираль прямоугольного сечения, способствует перестройке тока, увеличивающей сопротивление и индуктивность выключателя и ограничивающей ток в цепи, что приводит к повышению уменьшения уровней мощности и энергии рассеиваемых продуктами детонации при распаде плазмы токопроводящего канала и в конечном итоге к уменьшению времени выключения и повышению надежности работы. Повышение надежности происходит еще и потому, что уменьшение энергии приводит к меньшей порче продуктов детонации, с одной стороны, а с другой, наиболее опасный для пробоя промежуток токопроводящими электродами заполнен к моменту распада плазмы в спиральном канале продуктами детонации, не взаимодействовавшими с плазмой дуги. Ограничение тока возрастающими индуктивностью и сопротивлением до гашения дуги требует и меньшего заряда ВВ для выключения заданного тока.

Выполнение диэлектрической преграды ребристой, причем ребра образуют спиральный канал треугольной формы, позволяет получить перестройку тока, увеличивающую сопротивление и индуктивность выключателя, ограничивающих ток в цепи до начала гашения дуги. Возникновение системы отраженных ударных волн от косого падения первичной ударной волны на стенки в канале треугольного профиля и прохождение ими границы плазмы токопроводящего канала продукты детонации приводит к распаду части плазмы канала из-за развития неустойчивости и, с другой стороны, к увеличению плотности тока, чем вызывается возникновение второго типа неустойчивостей, а именно магнитогидродинамических, еще более усиливающих распад плазмы. Все это приводит к значительному уменьшению времени выключения и повышению надежности работы, к уменьшению веса заряда ВВ, необходимого для выключения заданного тока.

Выполнение диэлектрической преграды с ребрами, образующими спиральный канал, и заряд ВВ сферической формы с инициатором в центре приводит к принципиально иному протеканию процесса.

При инициировании детонации в центре возникает сферически расходящаяся детонационная волна, движение продуктов детонации за которой радиально. Радиально же будет двигаться и плазма электрической дуги, ускоренная ударными волнами, образованными при выходе на границу заряда детонационной волны. Радиальное движение приводит к одновременности всех процессов на заданной к мгновенному образованию индуктивности, скорость же роста индуктивности определяет скорость ограничения тока. Этим сферическая геометрия существенно отличается от цилиндрической.

Таким образом, осуществление предлагаемых признаков позволяет получить неожиданный, неочевидный, положительный эффект.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутирующим устройствам для выключения импульсных токов при помощи взрыва. Цель изобретения повышение быстродействия и надежности выключателя, уменьшение веса заряда взрывчатого вещества (ВВ), необходимого для выключателя импульсного тока. Ребристая преграда выключателя выполнена из диэлектрика так, что ее ребра образуют спиральный канал. При этом тог плазмы, сформрованный в электропроводящем канале, переводится в спиральный канал, что увеличивает индуктивность выключателя, ограничивая ток в цепи еще до начала гашения дуги. Ребристая преграда может быть выполнена в виде сферы с инициатором в центре заряда ВВ, с ребрами, образующими спираль прямоугольного сечения или треугольного. При инициировании детонации в центре возникает сферическая детонационная волна, движение продуктов детонации за которой радиально, так же, как движение плазмы, электрической дуги. Это приводит к одновременности всех процессов на сферической поверхности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ВЗРЫВНОЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА, содержащий заряд взрывчатого вещества с инициатором, охватывающую их ребристую преграду, формирователь плазменного канала, токопроводящие электроды, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия и надежности выключателя и уменьшения веса заряда взрывчатого вещества, ребристая преграда выполнена из диэлектрика, а ее ребра образуют спираль. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что заряд и ребристая преграда выполнены в виде сферы, причем инициатор размещен в центре заряда взрывчатого вещества. 3. Выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ребра, образующие спираль, выполнены прямоугольного сечения. 4. Выключатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что ребра, образующие спираль, выполнены треугольного сечения.