Взрывное устройство выключателя электрического тока

Изобретение относится к электрическим выключателям. Техническим результатом является увеличение разрушающей способности потока газообразных продуктов, образующихся при электрическом взрыве металлической фольги. Устройство содержит диэлектрическую подложку цилиндрической формы и наложенную на ее поверхность металлическоую фольгу, подключенную к источнику импульсного тока, металлическая фольга уложена в выполненную в диэлектрической подложке выемку с формой поверхности, аналогичной поверхности однополостного гиперболоида вращения, при этом периферийные участки металлической фольги контактируют с кольцевыми электродами, подключенными к источнику импульсного тока, а поверхности фольги и кольцевых электродов облицованы покрытием из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала. 1 ил.

 

Изобретение относится к электрическим выключателям, а именно к выключающим устройствам, приводимым в действие взрывом, обусловленным электрическим током внутри устройства, и может найти применение для отключения сильноточных высоковольтных цепей и коммутации электрических цепей с индуктивным накопителем энергии.

Общеизвестен кумулятивный эффект и основанная на использовании этого эффекта конструкция кумулятивного заряда химического взрывчатого вещества или ВВ (БСЭ, изд. «СЭ», М., 1973 г., Том 13, с.606-607). Указанный эффект заключается в усилении в определенном направлении действия взрыва ВВ, который обеспечивается кумулятивной конической или сферической выемкой в заряде ВВ, обращенной к разрушаемой преграде. Образующаяся при взрыве ВВ кумулятивная струя газообразных продуктов взрыва создает давление до 10⁵ кг/см и движется со скоростью до 10 м/сек, что значительно увеличивает ее разрушающую способность. Известна конструкция кумулятивного химического заряда ВВ выключателя взрывного типа (авт.св. №418141 на изобретение «Выключатель взрывного типа», МПК Н01Н 39/00, опубл. в БИ №5-77 г.). Заряд ВВ имеет форму диска с кумулятивной выемкой по периферии, причем кумулятивная выемка облицована диэлектриком, а заряд снабжен детонатором. Недостаток данного выключателя состоит в высоком уровне взрывоопасности из-за наличия в нем химического ВВ.

Известен целый ряд конструкций различных выключателей и переключателей тока и электрических предохранителей, действие которых основано на использовании общеизвестного явления электрического взрыва проводника (ЭВП) при протекании по нему высоковольтного электрического тока большой силы (БСЭ, изд. «СЭ», М., 1971 г., Том 5, c.II). К ним следует отнести технические решения по авт.св. №408386, 433559, 436405, 513589, 555458, 702886, 725110, 1007141, 1035668, 1394267, 1686527, 1756966 и др.

Известно взрывное устройство, примененное в размыкателе электрического тока по авт.св. №702886 (МПК Н01Н 39/00, опубл. в БИ №16-81 г.). Оно представляет собой отрезок металлической фольги выпуклой формы, размещенной в диэлектрическом корпусе и подключенной к источнику импульсного тока большой мощности. Недостаток данного взрывного выключателя заключается в малой эффективности использования энергии электрического взрыва металлической фольги. Известно взрывное устройство, используемое в взрывном выключателе тока по авт.св. №408386, которое принято за прототип изобретения (МПК Н01Н 39/00, опубл. в БИ №34-80 г.). Это взрывное устройство выполнено в виде цилиндра из металлической фольги, наложенной на поверхность диэлектрической подложки, в качестве которой служит электрический кабель цилиндрической формы со снятой с него металлической оплетки. Цилиндр из металлической фольги своими торцами подключен к источнику импульсного тока.

Недостаток этого взрывного устройства - малая эффективности использования энергии электрического взрыва металлической фольги из-за ее рассеяния в окружающую среду. Вследствие этого снижается разрушающая способность потока газообразных продуктов взрыва.

Поставлена задача - повысить разрушающую способность потока газообразных продуктов электрического взрыва в определенном его направлении. Поставленная задача решена следующим образом. В соответствии с прототипом взрывное устройство выключателя электрического тока состоит из диэлектрической подложки цилиндрической формы и наложенной на ее поверхность металлической фольги, подключенной к источнику импульсного тока. Согласно изобретению металлическая фольга уложена в выполненную в диэлектрической подложке кольцевую выемку с формой поверхности, аналогичной поверхности однополостного гиперболоида вращения, при этом периферийные участки металлической фольги контактируют с кольцевыми электродами, подключенными к источнику импульсного тока, а поверхность фольги и кольцевых электродов облицована покрытием из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала. Далее сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена конструкция взрывного устройства выключателя электрического тока (с продольным вырезом).

Взрывное устройство выключателя электрического тока состоит из двух основных элементов - подложки 1 и металлической фольги 2. Подложка 1 изготовлена из диэлектрического материала, например из синтетического полимера фторопласта, и имеет цилиндрическую форму. В корпусе подложки 1 выполнена кольцевая выемка 3, форма поверхности которой аналогична форме поверхности однополостного гиперболоида вращения. При этом в поперечном сечении контур кольцевой выемки 3 имеет формулу параболы, угольника, трапеции и т.п. В указанную концевую выемку 3 уложена металлическая фольга 2, периферийные участки которой контактируют с кольцеобразными или кольцевыми электродами 4, подключенными к источнику импульсного тока (источник импульсного тока на чертеже не показан). Поверхность фольги 2 и кольцевых электродов 4 облицована покрытием 5 из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала, в частности полиэтилена, капролактама и др. Это покрытие выполняет несколько функций. Во-первых, оно служит электрической изоляцией, исключающей электрический пробой промежутка между металлической фольгой 2 и кольцевыми электродами 4 и разрушаемым полым тоководом 6, в котором размещено это взрывное устройство. Во-вторых, сгораемое про взрыве металлической фольги 2 покрытие 5 увеличивает массу газообразных продуктов взрыва, что способствует увеличению ударной силы взрывной волны. В-третьих, продукты сгорания покрытия 5 повышают плотность газового потока и, тем самым, ускоряют процесс гашения электрической дуги, возникающей при разрыве полого токопровода 6.

По команде или в автоматическом режиме от высоковольтного источника импульсного тока большой мощности, в качестве которого может служить генератор импульсных токов (ГИТ), генератор импульсных напряжений (ГИН) и др., импульс тока большой силы через кольцевые электроды 4 поступает на металлическую фольгу 2. Под воздействием этого импульса тока металлическая фольга 2 мгновенно испаряется. Так как процесс испарения фольги длится несколько микросекунд, то он носит характер взрыва. При этом в эпицентре взрыва развивается температура до 10⁵ °С и давление до 10⁴ атм. Под воздействием высокой температуры синтетическое полимерное покрытие 5 сгорает с образованием газа, а под воздействием высокого давления продукты взрыва, включающие газы от испарения металлической фольги 2 и сгорания синтетического полимерного покрытия 5, со скоростью 5×10³-10⁴ м/с устремляются из кольцевой выемки 3 к внутренней поверхности разрушаемого полого токовода 6. Ввиду того, что металлическая фольга 2 имеет кольцевую форму, струя или поток продуктов взрыва приобретает дискообразную форму. Благодаря тому, что кольцевая выемка 3 на подложке 1 выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения, дискообразная струя продуктов достаточно компактна и ориентирована в направлении стенки разрушаемого полого токовода 6. Это значительно увеличивает ее разрушающую способность. Под воздействием дискообразной струи продуктов взрыва полый токовод 6 разрушается, при этом содержащиеся в продуктах взрыва газы, образовавшиеся в результате сгорания газообразующего полимерного покрытия 5, способствуют гашению электрической дуги, возникающей между концами разрушенного полого токовода 6. Технический результат изобретения - увеличение разрушающей способности потока газообразных продуктов электрического взрыва.

Взрывное устройство выключателя электрического тока, состоящее из диэлектрической подложки цилиндрической формы и наложенной на ее поверхность металлической фольги, подключенной к источнику импульсного тока, отличающееся тем, что металлическая фольга уложена в выполненную в диэлектрической подложке кольцевую выемку с формой поверхности, аналогичной поверхности однополостного гиперболоида вращения, при этом периферийные участки металлической фольги контактируют с кольцевыми электродами, подключенными к источнику импульсного тока, а поверхности фольги и кольцевых электродов облицованы покрытием из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала.