RU2101795C1

RU2101795C1 - Explosive current breaker

Info

Publication number: RU2101795C1
Application number: RU95114885A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Кучинский; Б.А. Ларионов; С.Д. Аванесов; В.П. Силин
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention refers to high-power commutation devices for A.C. and D.C. circuits. Current breaker includes tubular current carrying member filled with flow cooling dielectric and embraced with set of dielectric alternating rings with different inner diameter encompassed by insulation cylinder and explosive charge positioned on axis of current carrying member along its length. According to first version additional conductive member made in the form of round plate placed from butt of tubular member and insulated from cooling dielectric by dielectric sleeve in opposition to which cylindrical cavity with dielectric walls is formed on side of round plate is inserted in series with tubular current carrying member. In compliance with second version tubular current carrying member is filled with immobile dielectric and is manufactured in the form of two or more coaxial parts space between which is filled with flow cooling dielectric. EFFECT: enhanced operational reliability of explosive current breaker. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к мощным коммутирующим устройствам и может быть использовано для коммутации цепей постоянного и переменного тока в системах питания различных электрофизических установок. The invention relates to powerful switching devices and can be used for switching DC and AC circuits in power systems of various electrophysical installations.

Известен взрывной размыкатель, содержащий токоведущий элемент в виде шины, с одной стороны которой установлен заряд взрывчатого вещества, а с другой стороны расположена изолирующая подложка с множеством пазов. При подрыве взрывчатого вещества участки шины, находящиеся над пазами, подвергаются большему воздействию плоского фронта волны детонации, чем соседние, опирающиеся на изолятор, в результате чего происходит утоньшение и разрыв шины во многих местах /1/. Known explosive disconnector containing a current-carrying element in the form of a bus, on one side of which an explosive charge is installed, and on the other hand there is an insulating substrate with many grooves. When an explosive is blown up, sections of the tire located above the grooves are more exposed to a flat front of the detonation wave than neighboring, resting on the insulator, resulting in thinning and rupture of the tire in many places / 1 /.

Недостатком размыкателя такого типа является ограниченное напряжение коммутации, обусловленное высокой электрической прочностью горячих продуктов взрыва и падением давления в них в процессе увеличения разрывов и охлаждения продуктов. The disadvantage of this type of circuit breaker is the limited switching voltage due to the high electrical strength of the hot explosion products and the pressure drop in them in the process of increasing breaks and cooling of the products.

Известен взрывной размыкатель, содержащий трубчатый токоведущий элемент, заполненный диэлектриком, охваченный набором диэлектрических колец с различным внутренним диаметром, чередующихся между собой и охваченных изоляционным цилиндром, заряд взрывчатого вещества, расположенный на оси токоведущего элемента. В качестве диэлектрика использован парафин. Высокое напряжение коммутации обеспечивается последовательным образованием большого числа зазоров в токоведущем элементе с последующим заполнением их парафином, ускоренным продуктами взрыва /2/. Known explosive disconnector containing a tubular current-carrying element filled with a dielectric, covered by a set of dielectric rings with different inner diameters, alternating between each other and covered by an insulating cylinder, an explosive charge located on the axis of the current-carrying element. Paraffin is used as a dielectric. High switching voltage is ensured by the sequential formation of a large number of gaps in the current-carrying element, followed by filling them with paraffin accelerated by explosion products / 2 /.

Недостатком этого размыкателя является ограниченная токонесущая способность, обусловленная отсутствием охлаждения токоведущего элемента. The disadvantage of this circuit breaker is the limited current carrying capacity due to the lack of cooling of the current-carrying element.

Цель изобретения существенное повышение токонесущей cпособности размыкателя без ухудшения коммутационной способности. The purpose of the invention is a significant increase in the current carrying capacity of the circuit breaker without impairing the switching ability.

Сущность изобретения по первому варианту заключается в том, что трубчатый токоведущий элемент, охваченный набором диэлектрических колец с различным внутренним диаметром, чередующихся между собой и охваченных изоляционным цилиндром, с зарядом взрывчатого вещества, расположенным на оси токоведущего элемента, заполнен проточным охлаждающим диэлектриком, и последовательно с ним включен дополнительный проводящий элемент, выполненный в виде круглой пластины и расположенный с торца трубчатого элемента, причем со стороны заряда взрывчатого вещества дополнительный проводящий элемент закрыт от охлаждающего диэлектрика диэлектрическим стаканом, напротив которого с другой стороны круглой пластины образована цилиндрическая полость с диэлектрическими стенками, а средняя часть круглой пластины контактирует с цилиндрическим выступом токоотвода. The essence of the invention according to the first embodiment consists in the fact that the tubular current-carrying element, covered by a set of dielectric rings with different inner diameters, alternating between each other and covered by an insulating cylinder, with an explosive charge located on the axis of the current-carrying element, is filled with a flow-through cooling dielectric, and sequentially with it includes an additional conductive element made in the form of a round plate and located at the end of the tubular element, moreover, on the charge side of the explosive about the substance, the additional conductive element is closed from the cooling dielectric by a dielectric cup, opposite which a cylindrical cavity with dielectric walls is formed on the other side of the round plate, and the middle part of the round plate is in contact with the cylindrical protrusion of the collector.

Техническим результатом изобретения является повышение токонесущей способности размыкателя в десять раз без ухудшения коммутационной способности. The technical result of the invention is to increase the current carrying capacity of the circuit breaker by a factor of ten without impairing the switching ability.

На фиг. 1 (1 вариант) дана конструкция предлагаемого размыкателя в разрезе. In FIG. 1 (1 option) given the design of the proposed circuit breaker in the context.

В защитном диэлектрическом цилиндрическом кожухе 1 по его длине установлен набор чередующихся диэлектрических колец 2 и 3 большего и меньшего внутреннего диаметра. Токоведущий фланец 4 контактирует с трубчатым токоведущим элементом цилиндром 5, установленным в кожухе и заполненным охлаждающим проточным диэлектриком 6. В токоведущем цилиндре установлен диэлектрический стакан 8 и дополнительный проводящий элемент, выполненный в виде круглой пластины 9, под которым расположены два коаксиальных диэлектрических цилиндра 10 и 11 с цилиндрической плоскостью 12, образованной между ними. С токоведущим цилиндром контактирует токоведущий фланец 7, имеющий цилиндрический выступ в центральной области. На оси токоведущего цилиндра установлен стержень 13 с зарядом ВВ и капсюлем-детонатором. На фиг. 1 стрелками показаны вход и выход охлаждающей жидкости. Фланец 7 также может быть охлаждаемым. В качестве взрывчатого материала могут быть использованы такие вещества, как ТЭН и гексоген с удельной энергией взрыва до 6 кДж/г. In the protective dielectric cylindrical casing 1, a set of alternating dielectric rings 2 and 3 of a larger and smaller inner diameter is installed along its length. The current-carrying flange 4 is in contact with the tubular current-carrying element, a cylinder 5, installed in the casing and filled with a cooling flowing dielectric 6. A dielectric cup 8 and an additional conductive element made in the form of a round plate 9, under which two coaxial dielectric cylinders 10 and 11 are located, are installed in the current-carrying cylinder with a cylindrical plane 12 formed between them. A current-carrying flange 7 having a cylindrical protrusion in the central region contacts the current-carrying cylinder. A rod 13 with an explosive charge and a detonator capsule is mounted on the axis of the current-carrying cylinder. In FIG. 1 arrows indicate the inlet and outlet of the coolant. Flange 7 may also be cooled. As an explosive material, substances such as TEN and RDX with a specific explosion energy of up to 6 kJ / g can be used.

Токоведущий трубчатый элемент 5 и круглую пластину 9 для уменьшения тепловых омических потерь целесообразно изготавливать из хорошо проводящих металлов, таких как медь или алюминиевые сплавы, обладающие значительной пластичностью. Для организации четких разрывов токоведущие разрушаемые элементы из этих материалов следует снабжать наружными круговыми подрезами, которые являются концентраторами механических напряжений. The current-carrying tubular element 5 and the round plate 9, in order to reduce thermal ohmic losses, are expediently made from well-conducting metals, such as copper or aluminum alloys, which have significant ductility. For the organization of clear breaks, current-carrying destructible elements from these materials should be equipped with external circular undercuts, which are concentrators of mechanical stresses.

В качестве диэлектрического материала для проточного кожуха 1 размыкателя, набора колец 2, 3 и стакана 8 может быть использован стеклотекстолит. As a dielectric material for the flow through casing 1 of the circuit breaker, a set of rings 2, 3 and glass 8 can be used fiberglass.

Размыкатель работает следующим образом. The disconnector operates as follows.

При подрыве с торца заряда ВВ давление детонационной волны распространяется вдоль заряда, передается через охлаждающую жидкость 6 трубчатому токоведущему элементу-цилиндру 5 (фиг. 1). Под действием этого давления происходит его кольцевой разрыв по линиям подреза между первым и вторым диэлектрическими кольцами 3 и 2, затем между вторым и третьим и т.д. При образовании первого разрыва в цилиндре 5 под действием напряжения на дуге часть тока переходит в нагрузку (на чертеже не показано), таким образом, величина тока в каждом последующем разрыве уменьшается по сравнению с предыдущим. Вследствие этого облегчаются условия дугогашения в последующих разрывах и увеличивается электрическая прочность размыкателя. После перевода всего тока в нагрузку диэлектрический стакан 8 под действием давления в объеме диэлектрической жидкости 6 разрушает дополнительный приводящий элемент 9 и образовавшийся кольцевой зазор заполняется диэлектриком стакана 8, обеспечивая необходимую электрическую прочность размыкателя. Поскольку охлаждающая жидкость 6, в частности вода, может сохранять свою высокую электрическую прочность ограниченное время, осуществляется образование разрыва в дополнительном проводящем элементе 9 от того же взрывного приводного устройства, которое применяется для цилиндра 5, но с некоторой задержкой во времени, определяемой движением стакана. Размыкание дополнительного элемента 9 происходит после полного переключения тока в нагрузку, вследствие чего существенно облегчается обеспечение высокой электрической прочности образованного зазора. When detonating from the end of the explosive charge, the pressure of the detonation wave propagates along the charge, is transmitted through the coolant 6 to the tubular current-carrying element-cylinder 5 (Fig. 1). Under the influence of this pressure, its annular break occurs along the undercut lines between the first and second dielectric rings 3 and 2, then between the second and third, etc. When the first gap is formed in the cylinder 5 under the action of a voltage on the arc, part of the current passes into the load (not shown in the drawing), thus, the current value in each subsequent gap decreases compared to the previous one. As a result, the conditions for extinguishing in subsequent gaps are facilitated and the electric strength of the circuit breaker increases. After transferring all the current to the load, the dielectric cup 8 under pressure in the volume of the dielectric fluid 6 destroys the additional drive element 9 and the resulting annular gap is filled with the dielectric of the cup 8, providing the necessary dielectric strength of the circuit breaker. Since the coolant 6, in particular water, can maintain its high dielectric strength for a limited time, a gap is formed in the additional conductive element 9 from the same explosive drive device, which is used for cylinder 5, but with a certain delay in time determined by the movement of the glass. The opening of the additional element 9 occurs after the full switching of the current to the load, which greatly facilitates the provision of high electrical strength of the formed gap.

Токонесущая способность размыкателя определяется поверхностью теплосъема и сечением трубчатого токоведущего элемента 5, увеличение которого требует еще большего увеличения заряда взрывчатого вещества и упрочнения корпуса аппарата. The current carrying capacity of the circuit breaker is determined by the heat removal surface and the cross section of the tubular current-carrying element 5, the increase of which requires an even greater increase in the explosive charge and hardening of the apparatus body.

Сущность изобретения по второму варианту заключается в том, что трубчатый токоведущий элемент, охваченный набором диэлектрических колец с различным внутренним диаметром, чередующихся между собой и охваченных изоляционным цилиндром, с зарядом взрывчатого вещества, расположенным на оси токоведущего элемента, заполнен неподвижным диэлектриком и выполнен в виде двух или более коаксиальных трубчатых токоведущих частей, пространство между которыми заполнено проточным охлаждающим диэлектриком. The essence of the invention according to the second embodiment consists in the fact that the tubular current-carrying element, covered by a set of dielectric rings with different inner diameters, alternating between each other and covered by an insulating cylinder, with an explosive charge located on the axis of the current-carrying element, is filled with a fixed dielectric and made in the form of two or more coaxial tubular live parts, the space between which is filled with a flowing cooling dielectric.

Техническим результатом при использовании изобретения является повышение токонесущей способности размыкателя без ухудшения коммутационной способности. The technical result when using the invention is to increase the current carrying capacity of the circuit breaker without impairing the switching ability.

На фиг. 2 дана конструкция предлагаемого размыкателя в разрезе. In FIG. 2 shows the design of the proposed circuit breaker in the context.

В изоляционном цилиндре 1 установлен набор чередующихся диэлектрических колец 2 и 3 с различным внутренним диаметром. Токоведущий фланец 4 контактирует с трубчатыми токоведущими коаксиальными частями 14, пространство между которыми заполнено проточным охлаждающим диэлектриком 6. Внутренняя полость центральной части заполнена неподвижным диэлектриком 15 с зарядом взрывчатого вещества 13 на его оси. A set of alternating dielectric rings 2 and 3 with different inner diameters is installed in the insulating cylinder 1. The current-carrying flange 4 is in contact with tubular current-carrying coaxial parts 14, the space between which is filled with a flowing cooling dielectric 6. The inner cavity of the central part is filled with a stationary dielectric 15 with a charge of explosive 13 on its axis.

При подрыве взрывчатого вещества 13 неподвижный диэлектрик 15 передает давление на стенки центральной части токоведущего элемента и далее через охлаждающий диэлектрик 6 на наружные части токоведущего элемента. После разрушения токоведущих частей промежутки между кольцами 3 с малым внутренним диаметром заполняются хладагентом 6 и материалом диэлектрика 15. When the explosive 13 is detonated, the stationary dielectric 15 transfers pressure to the walls of the central part of the current-carrying element and then through the cooling dielectric 6 to the outer parts of the current-carrying element. After the destruction of live parts, the gaps between the rings 3 with a small inner diameter are filled with refrigerant 6 and dielectric material 15.

В качестве неподвижного диэлектрика 15 может быть использован парафин, а в качестве проточного охлаждающего диэлектрика 6 вода. В этом случае, варьируя величину объема между кольцами 3, можно добиться полного покрытия кольцевых остатков токоведущих частей парафином, что предотвращает развитие электролиза воды и обеспечивает электрическую прочность размыкателя. Paraffin can be used as a stationary dielectric 15, and water as a flow cooling dielectric 6. In this case, by varying the volume between the rings 3, it is possible to achieve complete coverage of the annular residues of the live parts with paraffin, which prevents the development of electrolysis of water and ensures the electrical strength of the circuit breaker.

Claims

1. An explosive current switch containing a tubular current-carrying element, covered by a set of dielectric rings with different inner diameters, alternating between each other and covered by an insulating cylinder, an explosive charge located on the axis of the current-carrying element, characterized in that the tubular current-carrying element is filled with a flowing cooling dielectric and in series with it, an additional conductive element is made, made in the form of a round plate and located at the end of the tubular element, and with Oron explosive charge additional conductive member is closed by the cooling of the dielectric glass of dielectric, opposite which on the other side of the circular plate is formed with a cylindrical cavity of the dielectric walls and the middle part of the circular plate is in contact with the cylindrical protrusion of the collector.

2. An explosive current breaker containing a tubular current-carrying element, covered by a set of dielectric rings with different inner diameters, alternating between each other and covered by an insulating cylinder, an explosive charge located on the axis of the current-carrying element, characterized in that the tubular current-carrying element is filled with a fixed dielectric and made in the form of two or more coaxial tubular live parts, the space between which is filled with a flowing cooling dielectric.