[发明专利]70kA/20kV失超保护系统中的双级式爆炸开关

说明书

本发明公开了一种70kA/20kV失超保护系统中的双级式爆炸开关，包括有换流单元和绝缘单元，所述的换流单元的上导电板与母排相连引入电流，换流单元的下导电板通过母排与绝缘单元下导电板相连，绝缘单元上导电板与母排相连接出电流，当检测到失超信号时，爆炸驱动换流单元首先动作、完成电流的换流；电流过零后，爆炸驱动绝缘单元完成动作，建立符合要求的绝缘等级。本发明能够降低加工难度、便于装配，并易于对开关中的冷却水路实现密封；本发明冷却水路的冷却效率高于同类设备；本发明显著缩小同类设备的体积，降低了加工成本。

技术领域

本发明涉及超导托卡马克核聚变实验装置电源系统技术领域，尤其涉及一种70kA/20kV失超保护系统中的双级式爆炸开关。

背景技术

纵场与极向场电源系统是国家大科学工程全超导托卡马克核聚变实验装置系统中的重要组成部分，它通过向纵场与极向场超导磁体线圈供电，以实现等离子体的产生、约束、加热、平衡与控制。超导线圈的安全可靠运行对于装置的安全运行和物理实验成败，有至关重要的作用。装置正常运行时，超导磁体中储存着巨大的磁场能量，一旦超导磁体发生失超，储存其中的巨大能量必须立即转移释放出去，否则将会损坏超导磁体，造成不可估量的损失。因此如何将储存其中能量转移泄放来保护磁体对整个聚变装置的安全运行非常重要。

爆炸开关是一种炸药驱动的机械开关，串联于主回路中，承载长期工作电流。其优点在于具有结构简单、分断迅速、可靠性高等特点。爆炸开关通过自身的水冷却系统带走了在大电流运行时开关所产生的大部分热量，使整个开关内部的温度不超过炸药和雷管的安全不起爆温度，保证了开关的安全可靠工作。

爆炸开关基本工作原理是：当失超信号到达雷管触发装置时，雷管触发单元立刻发出起爆信号引爆雷管和炸药，在炸药爆炸产生的巨大爆轰压力下，传输介质迅速膨胀产生巨大压力使得导体部分形变，从而切断主回路。爆炸开关是单次设备，每次分断后，需要更换分断导体部分和驱动机构。

该断路器称为快速响应、高可靠的爆炸驱动的断路器是用在几个场合如功率压缩和供电系统备用断路器。作为备用断路器，当主断路器在出现故障电流时不能正常工作时，这一不可缺少的部分保证了系统的安全和操作人员的安全。这对于高压和大电流系统，如超导线圈供电系统尤为重要。在这种情况下，故障电流可能会造成不可估量的经济损失和重大伤亡。

单级式爆炸开关已被用于分断电压和电流等级在一定范围内电路。但是，当现有结构应用在更高的电压和电流等级的系统中时，设备尺寸会急剧增大从而导致成本的增加和可靠性的降低。双级式爆炸开关已在最近的一些系统被研究并应用。开关两级之间的协调操作使断路器能够分断高电压和大电流的电路，已有双级式爆炸开关通常结构复杂，导致其具有加工繁琐、装配困难、冷却水路复杂并密封要求难以达到等问题。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种70kA/20kV失超保护系统中的双级式爆炸开关。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种70kA/20kV失超保护系统中的双级式爆炸开关，包括有换流单元和绝缘单元，所述的换流单元的上导电板与母排相连引入电流，换流单元的下导电板通过母排与绝缘单元下导电板相连，绝缘单元上导电板与母排相连接出电流，当检测到失超信号时，爆炸驱动换流单元首先动作、完成电流的换流；电流过零后，爆炸驱动绝缘单元完成动作，建立符合要求的绝缘等级。

所述的换流单元包括有筒形导体、炸药一、去离子水和支撑环氧环，所述的支撑环氧环套在筒形导体的外面，去离子水流经筒形导体内部，炸药一安装在筒形导体内部。

所述的绝缘单元包括有爆炸腔体、炸药二、绝缘筒和导电盘，所述的导电盘安装在绝缘筒的底部，爆炸腔体安装在绝缘筒的顶端，炸药二安装在爆炸腔体的上端，引爆后将爆炸冲击波向下推动绝缘筒。

所述的炸药一为圆柱状，安装在筒形导体的中心，引爆后将均匀向筒形导体发出爆炸冲击波。