[发明专利]一种用于聚变堆主机的多电压可调式爆破断路器

说明书

本发明公开一种用于聚变堆主机的多电压可调式爆破断路器，包括爆炸冲击隔离单元和爆破分断单元；所述爆炸冲击隔离单元包括黑索金药柱、隔离盖环和二段式爆炸冲击拉伸缓冲结构；所述的爆炸分断单元包括黑索金药管、可调多电压等级灭弧栅间和爆破力双弧形反射结构，黑索金药管安装在可调多电压等级灭弧栅间中心，爆破双弧形反射结构位于可调多电压等级灭弧栅间上、下端口处。

技术领域

本发明涉及聚变堆主机关键系统综合研究设施中的超导磁体失超保护技术领域，尤其是作为超导磁体的末级保护断路器，具体是一种电压可调、分断极快，可靠性极高的特种断路器。

背景技术

聚变堆主机关键系统综合研究设施基本思路是通过建设一系列CFETR原型部件和系统，并加以有机集成，建成具有国际领先水平的超导磁体和偏滤器两大研究系统，为聚变堆主机关键系统研究提供粒子流、电、磁、热、力等极端实验条件。该设施建成后可成为国际聚变领域参数最高、功能最完备的综合性研究平台，为我国开展聚变堆设计及核心部件研发、热与粒子排除关键问题研究、大规模低温和超导技术研究、强流粒子束与基础等离子体研究、深空推进探索等提供强大的技术支撑，同时可以将CFETR设计和大规模的工程预研有机结合，极大促进我国聚变能应用的进程。

其中，大型超导磁体研究系统作为国家、地方共同投资的设施主体，其重要性不言而喻。电源系统向超导磁体中流通强直流来产生高强磁场，以实现对等离子体的产生、约束、平衡与控制。超导磁体储存着巨大的磁场能量，磁体一旦发生失超，储存其中的巨大能量必须立即释放出去，否则将会损坏磁体，造成难以估量的损失。因此，失超保护系统，尤其是直流保护开关的设计极为重要。它可以将储存于磁体中的巨大磁场能量迅速转移到耗能电阻上，实现对大功率超导负载的可靠保护，有效防止扩大事故范围，避免磁体在失超后的损坏。

多电压可调爆破断路器是失超保护开关系统的末级保护开关，串联于主回路中，在装置正常运行时处于闭合状态，长期承载最高达100kA直流大电流。同时，可以通过调节爆破断路器结构来应对开关分断后产生的不同等级高电压。爆破断路器是一种黑索金驱动的机械开关,其优点在于结构简单、分断速度快、分断可靠性高并且造价相对较低、维护方便等。此外，它可用于一般开关不能使用的开断大电流、高电压的电路环境中。但是，其主要缺点在于它使用雷管与炸药，有一定的危险性，另外每次分断后都需要更换部分炸坏的部件，增加了造价和维护的复杂性。

发明内容

本发明主要是为了解决现存技术中存在的不足，提出了一种最大电流100kA的多电压可调爆破断路器。该断路器采用主、弧触头双单元爆破分断隔离结构，替代传统的弹簧或气压结构，可以极快速、可靠地分断、隔离导电回路，避免超导磁体的损伤。此外，爆破断路器采用多级可调弧触头和灭弧格栅，有效隔离电压在20kV以内可调。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种用于聚变堆主机的多电压可调式爆破断路器，包括爆炸冲击隔离单元和爆破分断单元；所述爆炸冲击隔离单元包括黑索金药柱、隔离盖环和二段式爆炸冲击拉伸缓冲结构；所述的爆炸分断单元包括黑索金药管、可调多电压等级灭弧栅间和爆破力双弧形反射结构，黑索金药管安装在可调多电压等级灭弧栅间中心，爆破双弧形反射结构位于可调多电压等级灭弧栅间上、下端口处。

进一步的，所述的爆炸冲击隔离单元包括黑索金药柱、隔离盖环和二段式爆炸冲击拉伸缓冲结构，黑索金药柱安装置于隔离盖环上方，通过爆炸冲击迫使隔离盖环运动，切断导体，隔离电流引线。

进一步的，所述的爆炸分断单元包括黑索金药管、可调多电压等级灭弧栅间和爆破双弧形反射结构，黑索金药管位于环形下部电流引线中心，起爆后在可调多电压等级灭弧栅间的辅助作用下环形下部电流引线完成等间距分断，爆破力双弧形反射结构处于黑索金药管的上部和下部位置，对爆破力起反射作用，用于使得环形下部电流引线同时分断。

进一步的，所述的黑索金药柱爆炸冲击主要被隔离盖环的受能环槽吸收，推动隔离盖环切断上部电流引线运动，能有效减小黑索金炸药的使用量，保护断路器结构。