Взрывной выключатель электрического тока
Полезная модель направлена на увеличение разрушающей способности потока газообразных продуктов, образующихся при электрическом взрыве металлической фольги. Указанный технический результат достигают 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, поверхности фольги и кольцевых электродов облицованы покрытием из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала, а на поверхности разрушаемого полого токовода выполнена кольцевая ослабляющая проточка.
Полезная модель относится к электрическим выключателям, а именно 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 104 м/сек, что значительно увеличивает ее разрушающую способность.
Аналогом данной полезной модели является выключатель взрывного типа (А.С.
418141, опубл. в Б.И. 5-77 г.). Выключатель представляет собой разрушаемый полный токовод цилиндрической формы, внутри которого размещен заряд химического ВВ, снабженный детонатором. Заряд ВВ имеет дискообразную форму с кумулятивной выемкой по периферии, которая облицована диэлектриком. 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 и коммутирующих устройств, действие которых основано на использовании общеизвестного явления электрического взрыва проводника (ЭВП) при прохождении по нему высоковольтного импульса большой силы (БСЭ, изд. «СЭ», М., 1971 г., Том 5, с.II). К ним следует отнести технические решения по А.С. 408386, 433559, 436405, 495723, 513589, 555458, 702886, 725110, 1007141, 1035668,1394267,1686527,1756966 и др.
Прототипом данной полезной модели является взрывной выключатель (А.С. 408386, опубл. в Б.И. 34-80 г.). Выключатель содержит изоляционный корпус, внутри которого размещены разъемный токовод и разъединяющее его взрывное устройство. Взрывное устройство состоит из электрического кабеля цилиндрической формы со снятой металлической оплеткой, на поверхность которого наложена металлическая фольга в форме цилиндра, при чем торцы цилиндра соединены с источником импульсного тока. Недостаток данного взрывного выключателя заключается в малой эффективности использования энергии электрического взрыва металлической фольги. Поставлена задача - увеличить разрушающую способность потока газообразных продуктов электрического взрыва металлической фольги.
Поставленная задача решена следующим образом. В соответствие с прототипом и аналогом взрывной выключатель электрического тока содержит разрушаемый полый токовод цилиндрической формы и размещенное в нем взрывное устройство, состоящее из диэлектрической подложки цилиндрической формы и наложенной на ее поверхность металлической фольги соединенной с источником импульсного тока. Согласно полезной модели 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, поверхности фольги и кольцевых электродов, облицованы покрытием из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала, а на поверхности разрушаемого полого токовода выполнена кольцевая ослабляющая проточка.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг.1 схематично изображена конструкция взрывного выключателя электрического тока (с продольным вырезом).
Взрывной выключатель электрического тока содержит включенный в размыкаемую электрическую цепь разрушаемый полый токовод 1 цилиндрической формы, на поверхности которого выполнена кольцевая ослабляющая проточка 2 и взрывное устройство, конструкция которого основана на использовании явления ЭВП. Указанное взрывное устройство состоит из двух основных элементов - подложки 3 и металлической фольги 4. Подложка 3 изготовлена из диэлектрического материала, например из синтетического полимера и имеет цилиндрическую форму. В корпусе подложки 3 напротив ослабляющей проточки 2 в полом токопроводе 1 выполнена кольцевая выемка 5, форма поверхности которой аналогична форме поверхности однополостного гиперболоида вращения. При этом в поперечном сечении контур кольцевой выемки имеет формулу параболы, угольника, трапеции и т.п. В указанную концевую выемку 5 уложена металлическая фольга 4, периферийные участки которой контактируют с кольцеобразными или кольцевыми электродами 6, подключенными к источнику импульсного тока (источник импульсного тока на чертеже не показан). Поверхности фольги 4 и кольцевых электродов 6 облицованы покрытием 7 из изоляционного 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 4 и кольцевыми электродами 6 и разрушаемым полым тоководом 1, в котором размещено взрывное устройство. Во-вторых, сгораемое при взрыве металлической фольги 4 покрытие 7 увеличивает массу газообразных продуктов взрыва, что способствует повышению ударной взрывной волны. В-третьих, продукты сгорания покрытия 7 увеличивают плотность газового потока и, тем самым, ускоряют процесс гашения электрической дуги, возникающей при разрыве полого токопровода 1.
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 поступает на металлическую фольгу 4. Под воздействием этого импульса тока металлическая фольга 4 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 7 сгорает со скоростью 5×103-104 м/с устремляются из кольцевой выемки 5 к внутренней поверхности разрушаемого полого токовода 1. Так как металлическая фольга 4 имеет кольцеобразную форму, то струя или поток продуктов взрыва приобретает дискообразную форму. Благодаря тому, что кольцевая выемка 5 на подложке 3 выполнена в виде однополостного гиперболоида вращения, дискообразная струя продуктов достаточно компактна и ориентирована в направлении стенки разрушаемого полого токовода 1. Это значительно увеличивает ее разрушающую способность. Под воздействием дискообразной струи продуктов взрыва полый токовод 1 в месте нахождения ослабляющей кольцевой проточки 2 разрушается. При этом содержащиеся в продуктах взрыва газы, образовавшиеся в результате сгорания газообразующего покрытия 7 из синтетического полимера, способствуют ускорению гашения электрической дуги, которая возникает между концами разрушенного полого токовода 1. Технический результат полезной модели - увеличение разрушающей способности потока газообразных продуктов электрического взрыва металлической фольги.
Взрывной выключатель электрического тока, содержащий разрушаемый полный токовод цилиндрической формы и размещенное в нем взрывное устройство, состоящее из диэлектрической подложки цилиндрической формы и наложенной на ее поверхность металлической фольги, соединенной с источником импульсного тока, отличающийся 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, поверхности фольги и кольцевых электродов облицованы покрытием из электроизоляционного газообразующего синтетического полимерного материала, на поверхности разрушаемого полого токовода выполнена кольцевая ослабляющая проточка.
