Устройство для выключения сильных токов

ц 725 ИО Союз Советских Социалистических РеспубликДополнительное к авт. свид-вуЗаявлено 11,01.78 (21) 2568264/24с присоединением заявки1) М. Кл. 1 Н 390 Государственный комитет 3) иоритетубликовано 30,03,80, Бюллетень1 3 1.316.5488.8) 53) УД по делам изобретен и открытий(4 ата опубликования описания 30.03.80(2) Авторы изобретен Г. В. Карачевцев, А. 3. Маруткин Л. Тальроз Знамени физико(1) Заявитель осковскии ордена Трудового Красног технический институт) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫКЛЮЧЕНИЯ СИЛЬНЫХ ТОКОВ1Изобретение относится к коммутаторам сильных токов. Быстрое выключение сильных токов представляет большой интерес для мощных индуктивных накопителей энергии, используемых, например, для питания импульсных ускорителей электронов, лазеров, установок высокотемпературной плазмы.Прототипом изобретения является устройство 1, в котором между массивными проводниками, к которым подводится прерываемый ток, закреплены тонкие проводники в виде набора проволок или фольг, помещенных в диэлектрическую среду; В известных устройствах толщина проводника выбирается из условия, чтобы при рабочих плотностях токов происходил взрыв проводника, и обычно составляет 10 -- 10 всм. В качестве диэлектриков используют инертные материалы - песок (А 120 з), полимеры. При этом уменьшается возможность пробоя из-за столкновений электронов с образующимися из диэлектрика молекулами газа и со стенками канала, образующегося при взрыве проводника в диэлектрике.Указалное усовершенствование уменьшает вероятность пробоя во время коммутации, но совершенно не снижает, а скорее увеличивает потери энергии в коммутаторе,так как вместе с взрывом провисходят расходование энергииразрушение и испарение частика,5 Цель изобретения - снизить потерюэлектрической энергии и повысить пробойное напряжение коммутатора, состоящегоиз проводника, помещенного в диэлектрик.Эта цель осуществляется тем, что про 10 водник выполнен в виде набора разделенных слоями диэлектрика пленок толщиной3 = - , где т - время разрыва тока, а ивскорость распространения реакции горения15 металла. В качестве материалов проводников и диэлектриков могут быть использованы компоненты пиротехнических составов. В качестве материала проводникавыбран алюминий, а в качестве материала20 диэлектрика - сера.На чертеже изображена схема устройства для выключени тока.Между массивными проводниками 1, ккоторым подводится прерываемый ток, закреплены проводники 2 в виде набора тонких пленок, разделенных слоями 3 диэлектрика. Параметры и режим подбирают такими, чтобы при нагреве током проводник быстро вступил в химическую реак 30 цию с диэлектриком. В этом случае объем,3занимаемый проводником, быстро заполняется непроводящими продуктами реакции, препятствующими электрическому пробою. 11 ри этом в данном случае электри- ческая энергия тратится только для нагрева металла и прилегающего тонкого слоя диэлектрика до температуры инициирования реакции; в дальнейшем реакция поддерживается собственным тепловыделением. юПримером реализации устройства может служить коммутатор, в котором листки тонких алюминиевых пленок обжаты окислами железа. Химическая реакция, которая может осуществляться в такой системе, ана логична реакции, происходящей при горении типичных пиротехнических составов - термитов, состоящих из прессованных смесей мелкодисперсных порошков металлов и окислов. Реакция сводится к окислению активного металла кислородом окисла менее активного металла. Условия реакции подбирают такими (избыток окисла), чтобы в результате неполной реакции образовались смеси окислов металлов - плохо проводящие шлаки. Примером возможных для использования в указанных целях пиротехнических смесей могут быть известные системы: (ГеОй, А 1), (Мп 02, А 1), (СгОз, А 1) (Ь, А 1), (%02, М), (2 г, ВаСг 04).Скорость горения этих систем примерно по порядку величины 1 см/с. Поэтому, чтобы за счет химической реакции разрыв тока произошел достаточно быстро, проводник должен находиться в мелкодисперсном состоянии. Например, для обеспечения времени разрыва тока т=10 -- 10 -с, характерный размер проводника должен бытьсоб ж = 10 - 100 А. Для создания комму 0 40 татора на большие токи необходимо иметь " относительно малое полное сопротивление проводников, входящих в коммутатор. С целью уменьшения размеров конструкций коммутатор должен состоять из чередующихся пленок проводника (горючего) с толщиной б и диэлектрика (окислителя). Полное сопротивление параллельно включенных слоев проводника выбирается достаточно малым, чтобы при максимальном используемом токе не происходил чисто электрический взрыв проводника. Пленки диэлектрика должны быть примерно такой же величины, как и металл для обеспечения достаточно полного перехода металла в диэлектрик при химической реакции нагретого током металла." Для обеспечения механической прочности коммутатора толщина пленок окислителя может значительно превосходить толщину пленок металла, При этом, однако, соответственно возрастают поперечные размеры и потери электрической энергии на предварительный нагрев проводника до температуры инициирования быстрой химической реакции из-за большого теплоотвода от проводника в диэлектрик. Необходимый композиционный проводник, включающий в себя набор чередующихся тонких проводящих и изолирующих слоев, располагающихся вдоль направления движения тока, может быть изготовлен методом последовательного напыления слоев металла и диэлектрика. При этом маска для напыления металла должна иметь несколько больший продольный размер по сравнению с маской для напыления диэлектрика, чтобы на торцах образовались металлические контакты, обеспечивающие соединения со всеми проводящими слоями.Таким образом, выбор материалов, размеров и расположения элементов проводников и диэлектрика дает возможность создать выключатель сильного электрическогЬ тока с повышенным по сравнению с известными конструкциями пробойным напряжением и с меньшей величиной потери электрической энергии.Формула изобретения1. Устройство для выключения сильных токов, состоящее из набора проводников, помещенных в диэлектрическую среду, отл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения теряемой в коммутаторе электрической энергии и предотвращения электрического пробоя по коммутатору в момент выклкчения, проводник выполнен в виде набора разделенных слоями диэлектрика пленок толщиной б= - , где т - время разрыва тока (10 - 7 - 10 - с) и о - скорость распространения реакции горения металла (1 - 10 см/с), а в качестве материалов проводников и диэлектриков используют компоненты пиротехнических составов.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что в качестве материала проводника используют алюминий, а в качестве материала диэлектрика - серу.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Мезонье, Линхарт и Гурлен. Приборы для научных исследований, Мо 10, 96, 1966,. Тарасов ррек Типография, пр, Сапунова ставитель В. Попова Техред В, Серякова Заказ 758/б Изд,283 ТНПО Поиск Государственного комитета СССР п113035, Москва, Ж.35, Раушска аж 857делам изобрете наб., д. 4/5 Подписнооткрытий