Выключатель взрывного типа Советский патент 1975 года по МПК H01H37/76 

(54) ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ВЗРЫВНОГО ТИПА

Изобретение относится к электроте.хиике и может быть использовано для отключе)ия высоковольтных л сильноточных цепей.

Известны выключатели взрывного тина, содержащие полую токоведущую шнну, заряд взрывчатого вещества, детонатор и ц;1Л П1лр11ческий изоляционный корлус.

Однако известные выключател взрывного типа требуют большого количества взрывчатого вещества, и.меют недостаточное быстродействие. Кроме того, из-за возник1:овеп;1я ударной волны при вз.рыве возможен повтор}1ьп пробой промежутка.

В предлагаемом выключателе с целью устранения указанных недостатков полая токоведущая П1ина вьгполнена в виде двух усеченпы.ч конусов, сложенных большими основа 111ями из материала, обладающего низкой плотностью и высокой теплоемкостью, электропроводностью и теплопроводно.стью, например из магния, магниевых сплавов, алюминия, а язоля-ционный корпус выполнен гермеТичнЫМ с вакуумированной внутренней полостью, причем остаточное давление Р (в мм рт. ст.) и размеры устройства удовлетворяют соотношениям: Я 0,1(Дк-Дш) ,

где Д и Дш соответс7ьенно внутренний диа.метр изоляционного корпуса и диаметр больП1ИХ оснований усеченных конусов токоведущей п1И1ы (в см).

Кроме того, возможно вьшолнение токоведуп(,ей шипы в виде нескольких усеченных конусов, с.южепных соответственно большими и малыми основаниями, при этом устройство снабжено разводкой детонационного импульса, например, из детонирующих miiypOB, одни концы KOTOjibix соединены и находятся в контакте с детонатором, а другие подведепы к взрывчатому веществу в расширенных частях упомянутой токоведущей шины.

На фиг. 1 )п:-кеп предложенный взрывпоГ| вык/початель; па фиг. 2 - то же, токоведущая шипа выно.-шела в виде нескольких

усеченных конусов (устройство снабжено разводкон детонационного импульса).

На фиг. 1 место прерывания токоведущей 1П11ПЫ 1 выполнено в виде двух усеченных конусоз 2, сложенных большими основаниями. Внутренняя полость токоведущей шины заполнена зарядом взрывчатого вещества 3 и имеет детонатор 4. При этом усеченные конусы 2 изготовлены из материала с наименьшим значеи нем У р/са или р У х.ст. Устройство размешено в герметизированном корпусе изизолятора 5, имеющем патрубок б для вакуумизации внутренней области корпуса. Причем размеры устройства )i остаточное давление р (в мм. рт. ст.) удовлетворяют следующим соотношениям ,1/(Дк-Д,п) и , где ., Дш - соотвегствеппо размеры корпуса н шины, в см. Работает устройство следующим образом. При подаче сигнала на отключение цепи 1 иа детонатор 4 он вызывает срабатывание взрывчатого вещества 3. Под действием продуктов взрыва оболочка, состоящая из коиусов 2 приобретает скорость ирактически в направлении, нерпенаикулярном поверхности заряда 3. Эта скорость обозначена иа фиг. 1 через V. Таким образом, уже с .момента выхода детонационной волны на иоверхиость заряда 3 оболочка 2 начинает разрушаться н относительная скорость кондов разрывного тгро.межутка AV существенно больше иуля. Происходит отключение цени. На фнг. 2 место н)ерыванни то1чО,зедун1ей шины 1 выиолнеио в виде чередующеГгся серии усечепны.х конусов 2, сложенных соответственно большими п меньшими основання.ми. Внутренняя часть иолой токоведущей шины 2 заполнена зарядом взрьгвчатого вещества 3. К детонатору 4 подходит разводка детонациоииого имнульса, выполненная, например, из детонирующих ишуров 7 одинаковой длины. Все устройство размещено в герметизированном корпусе 5, который вакуу.мизируют через иатрубок 6. Работает устройство аналогично вык.лючате.по, изображенному на фиг. 1. При подаче сигнала на отк.почение ненн ШШ1Ы 1 иа детонатор 4 он срабатывает п генерирует детопациопный я мнульс в разводке 7, выиолиенпой. например, из детонируюн нх шнуров одннако вой длнны. Поэтому детон;:ННЯ заряда вз рывчатого вендества 3 возбуждается одиовремеино в нескольких точках, ц Одновременно начииается и разрушение конусов 2. Из фиг. 2 легко видеть, что скоросИ) удлинения разрывного промежутка V,jAVi, где 2/г--чис.10 копусов; ,. - - отпосите.чьнаи скорость концов каждого разрывного промежутка. Цепь отключается. В выключагеле но схе.ме фиг. 1 ,чегко видеть, что если угол ирн основанин конусов 2 равен р, то с мо мента выхода детонацин иа оболочку скорость удлинения разрывиого иро.межутка ЛУ равна: AV 2lsin (р/2). При введении двух или нескольких разрывHfjix промежутков п при условии, что опп образуются одновре,менно, каК это 1 ллюстрируется схе.мой на фнт. 2, .скорость удлииеиия разрывиого иро.межутка увеличивается в п раз: .M.7.AVj 2 2ysin(p/2), где 2/г -число конусов, нз которых образован разрушаемый участок токоведущей шниы. Таким образам, в пре.п;ложенном устройстве длина разрывного иромежутка растет со значительио болыией, чем в известных ycTpoiiствах, скоростью, что обеспечивает больи ее быстродействие выключателя. В цепях промышленной электротехники возможны два режима работы взрывны.ч выключателсй:1. Ток через выключатель протекает длительное, -практически неограниченное время. Используя решение уравнения теилопроводности, например, цилиндрического разрущаемого промежутка, концы которого .поддерживаются при постоянной температуре, легко показать, что масса заряда взрывчатого вещества т равна: -.-.-::- .А;2/62,(1) Г 8АГ„, где -коэффициент заряжания; /«о-масса ироводника разрушаемого участка; р, X, б - соответственно плотность, тепло-; электропроводность ировод П1ка; АГ/п - максимальное допустимое с точки зрения химической и физической стойкости взрывчатого вещества приращение температуры; /г -электрическая прочность разрывного про.межутка; / и Г - ток и напряжение в цепи. Отсюда видно, что при прочих равных условиях у.меиьщеиия заряда взрывчатого вещества можио добиться вынолияя разрушаемый участок токоведущей шины пз материала с иаимеиьшим значеиием. 2. Ток через выключатель протекает ограничениое время. Используя уравнение теплового баланса для такого же мостика, как н в первом случае иаходи.м: //b, Y- 1 / -Ji- I / --- - -lilH, (2) ей I АГ„ш где и обозначает нмнульсный режим протекания тока; остальные обозначения прежние. Пз ура1внения (2) видно, что нри прочих равных условиях уме1П:.щеиия заряда взрывчатого вещества можио добиться выполняя разрушаемый участок токоведущей шины j|3 матерна.ча с панме1ПзП1им значепием Г о/сст. Следует заметить, что если разруи аемый участок токоведун1еГ| ип-гны ).меет не цилиидрнческнй ви.д, а какой-либо .другой, то в формулах 1 п 2 появляются дополнительные коэффициенты. При это.м вывод о влиянии мате|)иала на величину заряда не изменяется, так как не пз.мепяются сами уравпення тенлонроводиостн н тенлового баланса. Известно, что область снловой ионизации и высокой электроироводности совнадает у вз)ывча-1-ых веществ с зоной химической реакции во фронте детонационной волны. Поэтому в выключателе разрывной нро.1ежуток обдувается плохо п)оводящимн продуктами взрьгпа. IIo расчеты KiiiieTjnoi ноинзацли н оныт июказывают, что нри скоростях ударной 4,5-7 КМ/сек (а с такой скоростью н движутся продукты взрыва) ионизация наступает не мгновенно, а на расстоянин порядка 10-40 газокинетических свободных пробегов, соответствующих невозмущенному воздуху. Таким образом, устранить вл-пяние проводпмости ударной волны на работу выключателя можно путем расположения его в герметнзироваииом корпусе из изолятора, по внутрелпюю полость корпуса необходимо вакуумизнровать. С учетом зависимости длины газокииетпческого свободного иробега от остаточного давления Р получаем, что нонизания отсутствует при

,1 (Дк-Дш),

где Р измерено в мм. рт. ст.; и Дш обозначенные на фнг. 1 и 2 ми1 имальиый диаметр корпуса и максимальный диаметр разрушаемого участка токоведунхен шины, з см.

Кроме того, извест1 о, что параметры про-, дуктов взрыва (давленне, температура и т. н.) .обратно проиорциональнь шестой стеиеии размера области занятой ими. Поэтому если размеры областн расширения, т. с. размеры -камеры в три раза больше размеров заряда (нрактически размера токоведущеи шины), то интенсивность ударно волны уменьшается в сотнн раз. Такнм образом, условие Д.ЗДш

также снособствует увеличению электрической прочности выключателя.

И Р е д м е т и з о б р е т е н н я

с умепь ие1 я количества взрывчатого вещества, нов ш:ения быстродействия выключателя н нскл очения вторичного нробоя, упо янyтaя токоведунщя шипа вьшол 1ена в виде 5 усеченных конусо;в. сложенных большими основ-ан ямн, из атериала, обладаюш,его низкой потность о и ВЫСОКОЙ теплоемкостью, электроироводност яо 1 теилопроводност ю, из , aгниeвыx сг лавов, а, мииня, а 1золяннони и 1 корнус вынолне герл ст 1чнь м, с вакуумированной внутренне полость о. иpичe остаточное давле П1е Р (и мм рт. ст.) размеры устройства удовлетворяют

СООТ ОШе 1ИЯМ:

,1 (Дк-Д,и).

1 ,

ie и Дч - соотве стве о диаметр ;юляц он ого Д 1аметр боль0 1пих оснований усеченных конусов токоведушей ииы (в см).

рн 3TON устройство с 1абжеио разводкой дето ациои ого . апример, из детониру оших HiHypoB, одни коины которых соеднне я находятся В с детонаторо, а 0 одведен к взpывчaтo y веществу в расшире1 Н з х частях указа 1ой токоведунгей

.

Перед 5зрь/Во:-г

CTTNyx Т -Пу ТТчХХ .J У X У У У VV У

V X /л

.. X у Ч

, .- . ,Л .-

)iV. . rfi AV,

viU j

E2iS2Szr2CS3rz::z22:3Z2S2s

. . . X V у V V

После Взрыва

После

Фиг. 2