SU725110A1 - Heavy-current cutt-off device - Google Patents

Heavy-current cutt-off device Download PDF

Info

Publication number
SU725110A1
SU725110A1 SU782568264A SU2568264A SU725110A1 SU 725110 A1 SU725110 A1 SU 725110A1 SU 782568264 A SU782568264 A SU 782568264A SU 2568264 A SU2568264 A SU 2568264A SU 725110 A1 SU725110 A1 SU 725110A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
dielectric
conductor
current
switch
conductors
Prior art date
Application number
SU782568264A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Васильевич Карачевцев
Александр Захарович Маруткин
Виктор Львович Тальрозе
Original Assignee
Московский Ордена Трудового Красного Знамени Физико-Технический Институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский Ордена Трудового Красного Знамени Физико-Технический Институт filed Critical Московский Ордена Трудового Красного Знамени Физико-Технический Институт
Priority to SU782568264A priority Critical patent/SU725110A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU725110A1 publication Critical patent/SU725110A1/en

Links

Description

1one

Изобретение, относитс  к коммутаторам сильных токов. Быстрое выключение сильных токов представл ет большой интерес дл  мощных индуктивных накопителей энергии, используемых, например, дл  питани  импульсных ускорителей электронов, лазеров, установок высокотемпературной плазмы.The invention relates to high current switches. The fast switching off of high currents is of great interest for high-power inductive energy storage devices used, for example, to power pulsed electron accelerators, lasers, and high-temperature plasma installations.

Прототипом изобретени   вл етс  устройство 1, Б котором между массивными проводниками, к которым подводитс  прерываемый ток, закреплены тонкие проводники в виде набора проволок или фолы, помещенных в диэлектрическую среду; В известных устройствах толщина проводника выбираетс  из услови , чтобы при рабочих плотност х токов происходил взрыв проводника, и обычно составл ет 10 см. В качестве диэлектриков используют инертные материалы - песок (АЬОз), полимеры. При этом уменьшаетс  возможность пробо  из-за столкновений электронов с образующимис  из диэлектрика молекулами газа и со стенками канала, образующегос  при взрыве проводника в диэлектрике .The prototype of the invention is device 1, which between the massive conductors, to which the interrupted current is supplied, is fixed thin conductors in the form of a set of wires or fouls placed in a dielectric medium; In known devices, the thickness of the conductor is chosen from the condition that an explosive conductor explodes at operating current densities, and is usually 10 cm. Inert materials such as sand (ABO3), polymers are used as dielectrics. This reduces the possibility of breakdown due to collisions of electrons with gas molecules forming from a dielectric and with the channel walls that form when a conductor explodes in a dielectric.

Указанное усоверщенствование уменьшает веро тность пробо  во врем  коммутации , но совершенно не снижает, а скорее увеличивает потери энергии в коммутаторе, This improvement reduces the likelihood of breakdown during switching, but does not completely reduce, but rather increases the energy loss in the switch,

так как вместе с взрывом проводника происход т расходование энергии на нагрев, разрушение и испарение части диэлектрика .since together with the explosion of the conductor, energy is expended on heating, destruction and evaporation of a part of the dielectric.

Цель изобретени  - снизить потерю электрической энергии и повысить пробойное напр жение коммутатора, состо щего из проводника, помещенного в диэлектрик.The purpose of the invention is to reduce the loss of electrical energy and increase the breakdown voltage of a switch consisting of a conductor placed in a dielectric.

Эта цель осуществл етс  тем, что проводник выполнен в виде набора разделенных сло ми диэлектрика пленок толщинойThis goal is achieved by the fact that the conductor is made in the form of a set of films separated by dielectric layers

- , где т - врем  разрыва тока, аи - -, where t - current breaking time, au -

скорость распространени  реакции горени  металла. В качестве материалов проводников и диэлектриков могут быть использованы компоненты пиротехнических составов . В качестве материала проводника выбран алюминий, а в качестве материала диэлектрика - сера.the rate of propagation of the metal burning reaction. As materials of conductors and dielectrics, components of pyrotechnic compositions can be used. Aluminum was chosen as the conductor material, and sulfur as the dielectric material.

На чертеже изображена схема устройства дл  выключение тока.The drawing shows a diagram of the device for switching off the current.

Между массивными проводниками 1, к которым подводитс  прерываемый ток, закреплены проводники 2 в виде набора тонких пленок, разделенных сло ми 3 диэлектрика . Параметры и режим подбирают такими, чтобы при нагреве током проводник быстро вступил в химическую реакцию с диэлектриком. В этом случае объем.Between the massive conductors 1, to which the interrupted current is supplied, the conductors 2 are fixed in the form of a set of thin films separated by layers of dielectric 3. The parameters and mode are selected so that when heated by a current, the conductor quickly enters into a chemical reaction with a dielectric. In this case, the volume.

занимаемый проводником, быстро заполн етс  непровод щими продуктами реакции , преп тствующими электрическому пробою. При этом в данном случае электрическа  энерги  тратитс  только дл  нагрева металла и прилегающего тонкого сло  диэлектрика до температуры инициировани  реакции; в дальнейщем реакци  поддерживаетс  собственным тепловыделением ,occupied by the conductor, is quickly filled with non-conducting reaction products that prevent electrical breakdown. In this case, the electrical energy is spent only to heat the metal and the adjacent thin dielectric layer to the temperature of initiation of the reaction; the further reaction is supported by its own heat generation,

Примером реализации устройства может служить коммутатор, в котором листки тонких алюминиевых плеиок обжаты окислами железа. Химическа  реакци , котора  может осуществл тьс  в такой системе, аналогична реакции, происход щей при горении типичных пиротехнических составов - термитов, состо щих из прессованных смесей мелкодисперсных порошков металлов и окислов. Реакци  сводитс  к окислению активного металла кислородом окисла менее активного металла. Услови  реакции подбирают такими (избыток окисла), чтобы в результате неполной реакции образовались смеси окислов металлов - плохо провод щие шлаки. Примером возможных дл  использовани  в указанных цел х пиротехнических смесей могут быть известиые системы: (FezOa, А1), (МпОг, А1), (СггОз, А1), (S, А1), (Si02, М), (Zr, ВаСг04).An example of a device implementation is a switch in which sheets of thin aluminum platens are compressed with iron oxides. A chemical reaction that can be carried out in such a system is similar to the reaction that occurs during the combustion of typical pyrotechnic compositions, termites, consisting of pressed mixtures of fine powders of metals and oxides. The reaction is reduced to the oxidation of the active metal by the oxygen of the oxide of the less active metal. The reaction conditions are selected such (excess oxide) so that as a result of an incomplete reaction, mixtures of metal oxides are formed — poorly conducting slags. Examples of possible pyrotechnic mixtures to be used for these purposes are: lime systems: (FezOa, A1), (MnOg, A1), (CrgOz, A1), (S, A1), (Si02, M), (Zr, BaSg04) .

Скорость горени  этих систем примерно по пор дку величины 1 см/с. Поэтому, чтобы за счет химической реакции разрыв тока произощел достаточно быстро, проводник должен находитьс  в мелкодисперсном состо нии. Например, дл  обеспечени  времени разрыва тока т 10 -10 с, характерный размер проводника должен бытьThe burning rate of these systems is approximately in the order of 1 cm / s. Therefore, in order for a current to break through the chemical reaction quickly enough, the conductor must be in a finely dispersed state. For example, in order to provide a current rupture time of 10-10 s, the characteristic size of the conductor should be

10-100 А. Дл  создани  комму   10-100 A. For creating a comm

татора на большие токи необходимо иметь относительно малое полное сопротивление проводников, вход щих в коммутатор. С целью уменьшени  размеров конструкций коммутатор должен состо ть из. чередующихс  пленок проводника (горючего) с толщиной б и диэлектрика (окислител ). Полное сопротивление параллельно включенных слоев проводника выбираетс  достаточно малым, чтобы при максимальном используемом токе не происходил чисто электрический взрыв проводника. Пленки диэлектрика должны быть примерно такой же величины, как и металл дл  обеспечени  достаточно полного перехода металла в диэлектрик при химической реакции иагретого током металла. Дл  обеспечени For large currents, it is necessary to have a relatively small impedance of conductors entering the switch. In order to reduce the size of structures, the switch should consist of. alternating conductor (fuel) films with thickness b and a dielectric (oxidizer). The impedance of parallel-connected conductor layers is chosen small enough so that at the maximum current used, no pure electrical conductor explosion occurs. The dielectric films should be approximately the same size as the metal to ensure a sufficiently complete transition of the metal to the dielectric during a chemical reaction of a metal heated with a current. To ensure

механической прочности коммутатора толщина пленок окислител  может значительно превосходить толщину пленок металла. При этом, однако, соответственно возрастают поперечные размеры и потери электрической энергии на предварительный нагрев проводника до температуры инициировани  быстрой химической реакции из-за больщого теплоотвода от проводника в диэлектрик . Необходимый . композиционный проводник, включающий в себ  набор чередующихс  тонких провод щих и изолирующих слоев, располагающихс  вдоль направлени  движени  тока, может быть изготовлен методом последовательного напылени  слоев металла и диэлектрика. При этом маска дл  напылени  металла должна иметь несколько больший продольный размер по сравнению с маской дл  напылени  диэлектрика, чтобы на торцах образовались металлические контакты, обеспечивающие соединени  со всеми провод щими сло ми.The mechanical strength of the switch thickness of the oxidizer films can significantly exceed the thickness of the metal films. At the same time, however, the transverse dimensions and electric energy losses increase due to the conductor preheating to the temperature of initiating a fast chemical reaction due to the large heat sink from the conductor to the dielectric. Needed. A composite conductor comprising a set of alternating thin conductive and insulating layers arranged along the direction of current flow can be made by successive sputtering of layers of metal and dielectric. In this case, the metal spraying mask should have a slightly larger longitudinal dimension as compared to the dielectric spraying mask so that metal contacts are formed at the ends, providing connections with all the conductive layers.

Таким образом, выбор материалов, раз-меров и расположени  элементов проводников и диэлектрика дает возможность создать выключатель сильного электрическогЬ тока с повышенным по сравнению с известными конструкци ми пробойным напр жением и с меньшей величиной потери электрической энергии.Thus, the choice of materials, dimensions and arrangement of the elements of conductors and dielectric makes it possible to create a switch of strong electric current with a higher breakdown voltage than the known designs and with a smaller amount of electric energy loss.

Claims (2)

1.Устройство дл  выключени  сильных токов, состо щее из набора проводников, помещенных в диэлектрическую среду, отличающеес  тем, что, с целью уменьщени  тер емой в коммутаторе электрической энергии и предотвращени  электрического пробо  по коммутатору в момент выключени , проводник выполнен в виде набора разделенных сло ми диэлектрика плеиок1. A device for switching off high currents consisting of a set of conductors placed in a dielectric medium, characterized in that, in order to reduce electric energy lost in the switch and to prevent electrical breakdown across the switch at the moment of shutdown, the conductor is made as a set of separated layers mi dielectric ples толщиной , где т- врем  разрываthick where t is the break time VV тока (10--IQ-SC) и и - скорость распространени  реакции горени  металла ( 10 см/с), а в качестве материалов проводников и диэлектриков используют компоненты пиротехнических составов.current (10 - IQ-SC) and and - the rate of propagation of the metal burning reaction (10 cm / s), and components of pyrotechnic compositions are used as materials of conductors and dielectrics. 2.Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что в качестве материала проводника используют алюминий, а в качестве материала диэлектрика - серу.2. A device according to claim 1, characterized in that aluminum is used as the material of the conductor, and sulfur is used as the material of the dielectric. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Мезонье, Линхарт и Гурлен. Приборы дл  научных исследований, № 10, 96, 196fi.Sources of information taken into account in the examination 1. Mezonier, Lienhart and Gurlen. Instruments for Scientific Research, No. 10, 96, 196fi.
SU782568264A 1978-01-11 1978-01-11 Heavy-current cutt-off device SU725110A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782568264A SU725110A1 (en) 1978-01-11 1978-01-11 Heavy-current cutt-off device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782568264A SU725110A1 (en) 1978-01-11 1978-01-11 Heavy-current cutt-off device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU725110A1 true SU725110A1 (en) 1980-03-30

Family

ID=20743923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782568264A SU725110A1 (en) 1978-01-11 1978-01-11 Heavy-current cutt-off device

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU725110A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schulman et al. Effect of an axial magnetic field upon the development of the vacuum arc between opening electric currents (currents read contacts)
US8692149B2 (en) Low-voltage, medium-voltage or high-voltage switchgear assembly having a short-circuiting system
US4353012A (en) Pulse injection starting for high intensity discharge metal halide lamps
SU725110A1 (en) Heavy-current cutt-off device
US3835274A (en) Contact system for a high-voltage circuit breaker
US3509404A (en) Vacuum arc devices with doubly reentrant coaxial arc-electrode structure
US4291255A (en) Plasma switch
US6965629B2 (en) Method and apparatus for initiating a pulsed arc discharge for nanopowder synthesis
US4063130A (en) Low impedance electron-beam controlled discharge switching system
US2953718A (en) Apparatus and method for generating high temperatures
US3249800A (en) Fast acting switch utilizing a vaporizable wire
US4538088A (en) Spark gap device
US20080006521A1 (en) Method for initiating a pulsed arc discharge for nanopowder synthesis
US3851290A (en) Fuse
US3303376A (en) Triggered vacuum gap device employing gas evolving electrodes
US3891813A (en) EHV circuit breaker utilizing gallium cathode ignitrons for synchronous closing
US3783212A (en) Contacts for use in vacuum switch arrangements
US4151391A (en) Contact arrangement for a pressurized gas circuit breaker
GB1594897A (en) Vacuum gap device
US4130782A (en) High voltage d-c vacuum interrupter device with magnetic control of interrupter impedance
JPH0864098A (en) Low-voltage ac contactor with high-voltage recovery performance
SU873321A1 (en) Electromechanical switch for shorting discharge circuits
RU1314851C (en) Explosion-initiated current breaker
RU2207647C1 (en) Switching device
JPH0222494B2 (en)