Взрывной выключатель импульсного тока

ГО РСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕавторскому свидетельству А.; Тен КАСССР Я 418141, . Н 01 Н 39/00,СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК(71) Новосибирский государственный университет имЛенинского комсомола; Институт гидродинамики им.МАЛаврентьева(54) ВЗРЫВНОЙ ВЪКЛЮЧАТЕЛЬ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутирующим устройствам для выключения импульсных токов при помощи взрыва. Цель изобретения - повышение быстродей - ствия и надежности выключателя, уменьшение(51) б Н 01 Н 39 ОО веса заряда взрывчатого вещества (ВВ 1, 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 канапе, 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 однов - ременности всех процессов на сферической поверхности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.проводником формирователя 4 формируется злектропроводящий плазменный канал, соединяющий токоподводящие электроды 1 40и развивающийся затем под действием токав 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 50 плазма затекает в спиральный канал прямоугольной формы, образованной ребрами диэлектрической преграды 5, а обьем, первоначально заполненный плазмой токо- проводящего канала, образованного фор мирователем 4, заполняется разлетающимися, электрически прочными продуктами детонации, что приводит к перестройке тока. Перестройке тока будет способствовать и распад плазмы вблизи реИзобретение относится к электротехнике, а именно к коммутирующим устройствамдля 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 р виде сферы.Взрывной выключатель содержит токо- подводящие электроды 1. заряд 2 ВВ, инициатор 3, формирователь 4токопроводящего 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 цепивыключателя электрически взрываемым 5 10 15 202530 35 бер, 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 С) продуктов детонации заряда взрывчатого вещества с плазмой (10 С) токопроводящего канала, вызываемым развитием неустойчивости границы плазмы с продуктами дг.,тонации. 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 разлетаю-. щимися 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 неустбйчивостью 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 пере 162176910 стройку 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 конечномитоге повышает плотность тока в 10 раз.Падение отраженных ударных волн на контактную границу плазмы с продуктами детонации вызывает появление 20неустойчивостей границы в процессе распространения ударной волны по треугольному каналу, что, в свою очередь, приводитк распаду части плазмы и еще большемуувеличению плотности тока. Это инициирует появление еще одного вида неустойчивости - магнитогидродинамичес койускоряющей процесс распада плазмы. Поддерживают и ускоряют распад и электромагнитные силы, обусловленные перестройкой 30тока,Таким образом, выполнение преградыиэ диэлектрика необходимо, так как выполнение такой преграды в виде секционированных металлом колец препятствовало бы 35выключению тока, вследствие того, что покольцам возможно протекание тока.Выполнение преграды иэ диэлектрика сребрами, образующими спиральный канал,позволяет перевести ток плазмы, сформированный в электропроводящем канале, вспиральный, что увеличивает индуктивность выключагеля, ограничивая ток в цепиеще до начала гашения электрической дуги.Выполнение диэлектрической ребристой преграды с ребрами, образующимиспираль прямоугольного сечения, способствует перестройке тока, увеличивающей сопротивление и индуктивность выключателяи ограничивающей ток в цепи, что приводит 50к повышению уменьшения уровней мощности и энергии рассеиваемых продуктами детонации при распаде плазмытокопроводящего канала и в конечном итогек уменьшению времени выключения и повышению надежности работы. Повышение надежности происходит еще и потому, чтоуменьшение энергии приводит к меньшей порче продуктов детонации, с одной стороны, а с другой, наиболее опасный для пробоя промежуток токоп роводящимиэлектродами заполнен к моменту распадаплазмы в спиральном канале продуктамидетонации, не вэаимодействовавшими сплазмой дуги, Ограничение тока возрастающими индуктивностью и сопротивлением догашения дуги требует и меньшего заряда В Вдля 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 вцепи до начала гашения дуги. Возникновение системы отраженных ударных волн откосого падения первичной ударной волнына стенки в канале треугольного профиля ипрохождение ими границы плазмы токопроводящего канала - продукты детонации приводит к распаду части плазмы канала иэ - заразвития неустойчивости и, с другой стороны, к увеличению плотности тока, чем вызывается возникновение второго типанеустойчивостей, а именно магнитогидродинамических, еще более усиливающих распад плазмы. Все это приводит кзначительному уменьшению времени выключения и повышению надежности работы, к уменьшению веса заряда ВВ,необходимого для выключения заданноготока.Выполнение диэлектрической преграды с ребрами, образующими спиральныйканал, и заряд ВВ сферической формы синициатором в центре приводит к принципиально иному протеканию процесса.При инициировании детонации в центре возникает сферически расходящаяся детонационная волна, движение продуктовдетонации за которой радиально. Радиально же будет двигаться и плазма электрической дуги, ускоренная ударными волнами,образованными при выходе на границу заряда детонационной волны. Радиальноедвижение приводит к одновременностивсех процессов на заданной к мгновенномуобразованию индуктивности, скорость жероста индуктивности определяет скоростьограничения тока, Этим сферическая геометрия существенно отличается от цилинд-рической.Таким образом, осуществление предлагаемых признаков позволяет получить неожиданный, неочевидный, положительныйэффект, 1621769Формула изобретения1. 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 и, 1. отличающийся тем, что заряд и ребристая пре-,града выполнены в виде сферы, причеминициатор размещен в центре зарядавзрывчатого вещества.3, Выключатель по и. 1 или 2, отличгнощийся тем, что ребра, образующиеспираль, выполнены прямоугольного сечения,10 4. Выключатель по и. 1 или 2, отличающийся тем, что ребра, образующиеспираль, выполнены треугольного сечения.1621769 Заказ 834 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитель Е. СафоновРедактор В, Фельдман Техред М.Моргентал Корректор Н, Король