Взрывной размыкатель электрического тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для выключения постоянных, переменных и импульсных токов. Цель изобретения повышение быстодействия и надежности срабатывания, уменьшение заряда ВВ и расширение эксплуатационных возможностей. Размыкатель содержит диэлектрическую преграду, токоподводящие электроды, соединенные полым цилиндрическим разрушаемым тоководом, внутри которого расположен заряд ВВ с инициатором. Разрушаемый токовод выполнен в виде спирали с плотно прилегающими друг к другу и электрически соединенными витками. Кроме того, полый разрушаемый токовод может быть окружен дисперсной средой. Разрушаемый токовод может быть выполнен также сферическими из спирали с плотно прилегающими и электрически соединенными витками, при этом инициатор расположен в центре. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим размыкателям, приводимым в действие взрывом, и может быть использовано для выключения постоянных, переменных и импульсных токов. Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности срабатывания, уменьшение заряда ВВ и расширение эксплуатационных возможностей. На фиг. 1 представлен общий вид взрывного размыкателя; на фиг. 2 пример выполнения размыкателя с тоководом, окруженным дисперсной средой; на фиг. 3 пример выполнения размыкателя с тоководом в виде сферы. Размыкатель содержит токоподводящие электроды 1, полый токовод 2, окруженный кольцевым каналом 3 в диэлектрической преграде 4 и выполненный из спирали с плотно прилегающими электрически соединенными витками, внутри которого размещен инициатор 5 и заряд ВВ 6. Размыкатель может иметь дополнительный кольцевой канал 7 между тоководом и зарядом ВВ, а полый токовод может быть помещен в дисперсную среду 8. Размыкатель работает следующим образом. В заданный момент времени инициатором 5 инициируется детонационная волна в заряде ВВ 6. Детонационная волна при выхода на стенку полого токовода 2 ускоряет последнюю и приводит к ее разлету. При этом витки, спирали выходят из электрического контакта друг с другом и образуют катушку индуктивности. Растут индуктивность и сопротивление в цепи, что приводит к уменьшению протекающего тока. Возникающее напряжение, обусловленное изменением магнитного потока и падением напряжения на сопротивлении, будет приложено к виткам. При интенсивном выключении и большом токе в цепи между витками могут возникнуть электрические дуги, еще до начала разрыва витков, гашение которых будет осуществляться разлетающимися в зазоры между витками продуктами детонации заряда ВВ. При менее интенсивном выключении электрические дуги между витками могут не образовываться. Их образование будет происходить в местах разрывов самих витков уже при значительно уменьшенном токе в цепи из-за возросших индуктивности и сопротивления выключателя. Гашение электрических дуг осуществляют разлетающиеся продукты детонации, интенсивность которого возрастает при отражении их от диэлектрической преграды; кроме того, диэлектрическая преграда уменьшает разлет продуктов и сохраняет в них высокое давление на длительное время. Взрывной размыкатель, у которого токовод помещен в дисперсную среду, работает следующим образом. В заданный момент времени инициатором 5 возбуждается детонационная волна в заряде ВВ 6. Детонация заряда 6 создает в дисперсной среде 8 ударную волну. При выходе ударной волны на стенку полого токовода 2 в его материале возбуждается ударная волна, приводящая к разлету токовода, что, в свою очередь, приводит к нарушению электрического контакта между его витками и образованию катушки индуктивности с высоким сопротивлением. Рост индуктивности и сопротивления ограничивают протекающий по выключателю ток. В случае образования электрических дуг между витками при интенсивном выключении их гашение будет производиться в дисперсной среде, обладающей высокими дугогасящими свойствами. При образовании электрических дуг в местах разрыва непосредственно витков в случае менее интенсивного выключения их гашение будет осуществляться также дисперсной средой, но при значительно ограниченном токе в выключателе. Повторное сжатие дисперсной среды при отражении ударной волны от диэлектрической преграды интенсифицирует рекомбинационные процессы в плазме электрической дуги, ускоряя ее распад и, тем самым, уменьшая время гашения. Дисперсная среда, сжатая прошедшей и отраженной волнами практически до монолита, обладает высокой электрической прочностью. Взрывной размыкатель, в котором полый токовод выполнен в виде сферы, работает следующим образом. В заданный момент времени инициатором 5 в центре заряда ВВ 6 инициируется сферическая расходящаяся детонационная волна. При выходе сферической детонационной волны на стенку полого токовода, материал токовода ускоряется и двигается в радиальном направлении. В результате радиального разлета витки спирали полого токовода расходятся, электрический контакт между ними нарушается и образуется катушка индуктивности. Нарушение контакта между витками происходит в результате радиального движения материала стенок токовода и происходит сразу между всеми витками, что обеспечивает практически мгновенное образование индуктивности и перестройку сопротивления. Образующиеся электрические дуги в местах разрывов при дальнейшем расширении токовода или между витками гасятся разлетающимися продуктами детонации заряда ВВ, интенсивность которого возрастает при отражении от диэлектрической преграды; кроме того, диэлектрическая преграда задерживает разлет и сохраняет в них высокое давление на длительное время. Предлагаемая конструкция размыкателя выгодно отличается тем, что токовод выполнен в виде спирали с плотно прилегающими витками. В начальном состоянии такой выключатель представляет собой цилиндрический токовод, в котором ток течет вдоль образующей, чем и определяется начальное сопротивление и индуктивность токовода. При разлете токовода под действием детонации заряда взрывчатого вещества токовод вначале разворачивается в спираль за счет нарушения контакта между соседними витками спирали, ток начинает течь по спирали, что приводит к резкому возрастанию сопротивления и индуктивности в цепи. Расчеты для цилиндрического токовода показывают, что R/R_o=4; L/L_o=2 В этих выражениях R/R_o и L/L_о отношение конечных сопротивления и индуктивности к начальным; r радиус полого цилиндрического токовода; δ толщина его стенки. Для примера, при r=10 см и δ1 мм (например, во взрывомагнитных генераторах из-за скинэффекта толще 1 мм проводник брать нет смысла) получаем R/R_о>10⁵, L/L_o>10⁵. Возрастание сопротивления и индуктивности в цепи приводит к возрастанию напряжения на выключателе (U= I^.R+ (LI)) и к ограничению тока в цепи. Дальнейшее движение витков спирали под действием взрыва будет приводить к их разрывам и возникновению электрических дуг в разрывах, гашение которых будет происходить при сильно ограниченном токе и, тем более ограниченном, чем больше возрастут к этому моменту сопротивление и индуктивность. Кроме того, гашение электрических дуг будет происходить при меньшем напряжении на дугах, так как основное падение напряжения на выключателе приложено к его сопротивлению и индуктивности. Все это вместе взятое приводит к значительному уменьшению времени выключения, уменьшению веса заряда ВВ, необходимого для выключения заданного тока. Уменьшение времени выключения и тока в гасимых электрических дугах уменьшает воздействие дуг на продукты детонации, увеличивая их электрическую прочность и, тем самым, надежность работы, снижая вероятность вторичных пробоев. Уменьшению времени выключения и повышению надежности работы способствует и диэлектрик, охватывающий токоведущий элемент, препятствуя разлету продуктов детонации и способствуя, тем самым, более высокой их плотности и давлению. Дальнейшее повышение быстродействия и надежности с одновременным уменьшением веса заряда ВВ, необходимого для выключения заданного тока, достигается помещением токовода в дисперсную среду. Наличие дисперсной среды увеличивает теплоотвод от дуг, уменьшает время дугогашения, предохраняет продукты детонации от воздействия плазмы электрической дуги, повышая их прочность. Сжатая практически до монолита ударными волнами дисперсная среда обладает высокой электрической прочностью и, затекая в зазоры между витками образовавшейся спирали, предохраняет от возможных межвитковых пробоев, увеличивая надежность работы выключателя. Еще большее повышение быстродействия и надежности достигается в случае, когда токовод выполнен сферическим. Это обусловлено тем, что все элементы токовода при сферической детонации начинают двигаться одновременно в радиальном направлении, и электрический контакт между витками нарушается одновременно, что приводит к практически мгновенной перестройке полого сферического токовода в спираль с большим сопротивлением и индуктивностью, ограничивающим ток в цепи. Таким образом, применение описываемого взрывного размыкателя позволит повысить быстродействие и надежность срабатывания, увеличить электрическую прочность в обесточенном состоянии и уменьшить заряд ВВ, необходимый для выключения заданного тока.

Формула изобретения

1. ВЗРЫВНОЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, содержащий токоподводящие электроды, полый разрушаемый токовод, заряд взрывчатого вещества (ВВ) с инициатором и диэлектрическую преграду, в которой напротив токовода выполнен кольцевой канал, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия и надежности срабатывания, уменьшения заряда ВВ и расширения эксплуатационных возможностей, полый разрушаемый токовод выполнен в виде спирали с плотноприлегающими друг к другу и электрически соединенными витками. 2. Размыкатель по п. 1, отличающийся тем, что между зарядом ВВ и разрушаемым тоководом выполнен дополнительный кольцевой канал, так что разрушаемый токовод окружен двумя кольцевыми каналами, при этом оба кольцевых канала заполнены дисперсной средой. 3. Размыкатель по п. 1, отличающийся тем, что разрушаемый токовод выполнен сферическим из спирали с плотно прилегающими витками, а инициатор расположен в центре.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3