CH656253A5

CH656253A5 - Strombegrenzer.

Info

Publication number: CH656253A5
Application number: CH2689/81A
Authority: CH
Inventors: Steven Welk
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1981-04-24
Publication date: 1986-06-13
Also published as: US4343242A

Description

Die Erfindung betrifft einen Strombegrenzer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-PS 4176 385 bekannt. Aus dieser Patentschrift ist zu entnehmen, dass in elektrischen Hochspannungssystemen auftretende Fehler in den zugehörigen Gerätschaften sehr schnell grosse Beschädigungen bewirken können. Es ist daher sehr wichtig, in solchen Systemen so schnell wie möglich einen Leistungsschalter oder eine andere Schutzvorrichtung zu betätigen, wenn ein derartiger Fehler angezeigt wird. Die Betätigung solcher Schutzvorrichtungen kann beispielsweise auf chemischem Wege geschehen. So kann beispielsweise ein Leistungsschalter durch eine chemische Sprengladung unterbrochen werden. Diese Ladung wird typischerweise mit elektrischen Mitteln ausgelöst, z.B. mit einem Leistungsimpuls aus einem kapazitiven Entladungskreis. Der kapazitive Entladungskreis muss in der Nähe der Schalterbetätigungsvorrichtung angeordnet sein und muss in einem Hochspan-nungs-Leistungssystem auf Hochspannungspotential gehalten werden. Der kapazitive Entladungskreis ist äusserst empfindlich gegenüber Störungen im Hochspannungspegel, wogegen er folglich äusserst sorgfältig abgeschirmt werden muss.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den gattungsgemässen Strombegrenzer direkt weiterzubilden, dass die Auslösevorrichtung in grosser Entfernung von der chemischen Sprengladung angebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Der Erfindungsgegenstand zeichnet sich dadurch aus, dass Abschirmmassnahmen für die Auslösevorrichtung nahezu entfallen können und dass s die Auslösevorrichtung auf Erdpotential angebracht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

io Die Wirkung des Erfindungsgegenstandes beruht darauf, dass ein Laser, eine Laserdiode oder irgendeine andere geeignete Lichtquelle einen hochenergetischen Lichtpuls aussendet, durch den ein in eine Sprengladung eingebettetes Material gezündet wird, wodurch die Sprengladung zur 15 Detonation gebracht wird. Die Energie des Lichtpulses wird von der Lichtquelle über einen oder mehrere optische Lichtleiter zur Zündladung befördert. Da Lichtleiter ausgezeichnete Isolatoren sind, kann die Lichtquelle auf Erdpotential gehalten werden, obwohl die Sprengladung und die Vorrich-20 tung, mit der sie verbunden ist, auf230 000 Volt oder mehr liegen können. Die geringen Energieverluste während der Übertragung von Licht in einem Lichtleiter ermöglichen es, die Lichtquelle irgendwo beliebig anzuordnen, selbst in einer beträchtlichen Entfernung von der chemischen Betätigungs-25 Vorrichtung. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht eines 30 bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan der erfindungsge-mässen Vorrichtung zum Schutze einer Hochspannungsleitung.

35 Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, dass eine Sprengladung 12, welche den hauptsächlichen Anteil an einer auszulösenden Betätigungsvorrichtung 10 ausmacht, in einem Gehäuse 14 enthalten ist. Eine Charge aus Zündmaterial 16 ist in einer Öffnung 18 eines hohlen Stabes 22 vorgesehen. Der Stab 22 40 ist im Gehäuse 14 angeordnet. Das Zündmaterial besteht aus einer Substanz, welche durch einen Puls genügend hochenergetischen Lichtes gezündet werden kann, und dessen Verbrennungsprodukte entweder eine ausreichend grosse Wärme oder eine ausreichend kräftige Druckwelle erzeugen, 45 wodurch die Sprengladung 12 zur Detonation gebracht werden kann. Typischerweise enthält das Zündmaterial 16 Bleiazid, Bleistyphnat oder Trinitrotoluol.

Eine Oberfläche 20 des Zündmaterials 16 wird belichtet und ist das Ziel eines hochenergetischen Lichtpulses, welcher so durch ein Auslösesystem erzeugt wird. Es sollte hierbei beachtet werden, dass das Zündmaterial 16 nicht notwendigerweise aus einem vom Sprengstoff 12 verschiedenen Material hergestellt sein muss, nämlich etwa dann nicht, wenn der Sprengstoff 12 in befriedigender Weise durch das 55 konzentrierte Licht gezündet werden kann. Eine typische Explosionsvorrichtung, welche für einen Fehlerstrombegrenzer verwendet werden kann, ist in der US-PS 4176 385 dargestellt.

Der hohle Stab 22 weist auch eine Sammellinse 24 auf, 6o welche den Lichtpuls auf einen so klein wie möglich gehaltenen Teil der Oberfläche 20 fokussiert. Die Linse 24 wird durch eine Fassung 26 im Inneren des hohlen Stabes 22 gehalten. Diese Fassung kann aus Kitt bestehen und kann gleichzeitig zur Abdichtung gegen die Umgebung verwendet 65 werden.

Das Auslösesystem umfasst eine Lichtquelle 28, welche eine hochenergetischen Lichtpuls erzeugt, und einen oder mehrere Lichtleiter 30, um den Lichtpuls zur Betätigungsvor-

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richtung 10 zu befördern. Die Lichtquelle 28 ist vorzugsweise und aus einem synthetischen, wasserfreien Quarzglas herge-

ein Laser, kann andererseits aber beispielsweise auch eine stellt worden ist.

Laserdiode, eine Anordnung von Laserdioden oder eine Der Lichtleiter 30, welcher vorzugsweise eine Faser mit

Lichtbogenlampe sein. In der in der Figur gezeigten bevor- extrem geringer Absorption (weniger als 5 db/km) und mit zugten Ausführungsform ist am Ausgang der Lichtquelle 28 s einer hohen Aufnahmefähigkeit für Licht ist, welches bei der ein Richtrohr 32 vorgesehen. Das Richtrohr 32 weist einen Wellenlänge oder den Wellenlängen des von der Lichtquelle

Eisenring 34 auf, welcher den Eingang der Lichtleiter 30 hält. 28 ausgesendeten Lichts auftritt, überträgt die Lichtpulse zur

Das Richtrohr 32 enthält auch eine Linse 36, welche Betätigungsvorrichtung 10. Nachdem ein Lichtpuls das aus-

gegenüber dem Inneren des Richtrohres 32 durch eine Fas- gangsseitige Ende des Lichtleiters 30 verlassen hat, wird er sung 3 8 gesichert ist und welche dazu vorgesehen ist, um das io durch die Linse 24 auf die Zielfläche des Zündmaterials 16

Licht des von der Lichtquelle 28 ausgesendeten Lichtpulses in gebündelt.

den Eingang der Lichtleiter 30 zu fokussieren. Damit kein Wie durch die strichpunktierte Linie 42 angedeutet ist,

von der Lichtquelle 28 ausgesendetes Licht vergeudet wird, kann das erfindungsgemässe Auslösesystem, abgesehen vom ist es wünschenswert, dass die Sammellinse 36 das gesamte ausgangsseitigen Ende des Lichtleiters 30 und dem Eisenring von der Lichtquelle 28 ausgesandte Licht in den konischen 15 40, welcher dafür verwendet wird, um den Lichtleiter 30 mit

Eingangsbereich der Lichtleiter 30 bündelt. An diesem Ende der Betätigungsvorrichtung 10 zu verbinden, auf Erdpoten-

richtet das Richtrohr 32 mit Hilfe der Sammellinse 36 und der tial gehalten werden.

eingangsseitigen Spitze der optischen Leiter 30 das von der Dies ist wegen der guten elektrisch isolierenden Eigen-Lichtquelle 28 ausgehende Licht. Der Eisenring 34 kann axial schatten des Lichtleiters 30 möglich. Hierdurch wird die Not-gleitfähig innerhalb des Richtrohres angeordnet sein, 20 wendigkeit, das Auslösesystem gegenüber Rauschen abzu-wodurch eine Justierung des Fokus bewirkt werden kann. schirmen, vermieden. Dieses Rauschen ensteht auf Leitungspotential, wo, wie bereits vorstehend erwähnt wurde, Span-Das andere Ende der Lichtleiter 30 ist fest in einem zweiten nungen von einigen 100 000 Volt erreicht werden können. Eisenring 40 eingebaut, welcher dazu vorgesehen ist, in die Fig. 2 zeigt in schematischer Form eine chemische Betäti-Öffnung des hohlen Stabes 22 der Betätigungsvorrichtung 10 2s gungsvorrichtung, welche das erfindungsgemässe optische eingeführt zu werden, und dort durch konventionelle Mittel Auslösesystem verwendet und eine 230 Kilovolt-Leitung 52 derart befestigt wird, dass er bei Bedarf wieder entfernt gegen Fehlerströme schützt. Die Hochspannungsleitung 52 werden kann. Vorzugsweise kann der Ring 40 in die Öffnung ist mit einem Strombegrenzer 54 versehen, welcher einen des hohlen Stabes 22 bis zu einer vorgegebenen Tiefe einge- Shunt-Widerstand SR und einen schnellwirkenden Stromführt und derart justiert und gesichert werden, dass die 30 Unterbrecher FCB aufweist, welche parallel zueinander Fokussierung des vom Lichtleiter 30 übertragenen Licht- angeordnet sind. Ein Stromunterbrecher CB ist mit dem puises möglich ist. Strombegrenzer 54 in Serie geschaltet. Der schnellwirkende

Stromunterbrecher FCB wird durch die Betätigungsvorrich-Bei Betrieb wird die Lichtquelle 28 entweder manuell oder tung 10 betätigt. Wenn eine Fehlerbedingung angezeigt wird, durch ein Signal betätigt, welches durch einen (nicht darge- 35 s0 wird die geerdete Lichtquelle 28 veranlasst, einen Lichtstellten) Fehlerdetektor ausgesendet wird, um anzuzeigen, puls in Richtung auf den Lichtleiter 30 auszusenden, um hier-dass ein Fehler vorliegt, welcher die Inbetriebnahme einer durch die Betätigungsvorrichtung 10 auszulösen und dadurch durch die Betätigungsvorrichtung 10 aktivierten Schutzvor- den schnellen Stromunterbrecher FCB des Strombegrenzers richtung erforderlich macht. Die Lichtquelle 28 sendet einen 54 in bekannter Weise zu öffnen.

hochenergetischen Puls hochkonzentrierten Lichtes aus, 40 Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Lichtquelle 28 auf Erdpo-

welches durch die Linse 36 in das eingangsseitige Ende der tential angebracht, was bewirkt, dass sie nicht gegenüber

Lichtleiter 30 gebündelt wird. Der Lichtleiter 30 ist aus einem hochpegeligem Rauschen abgeschirmt werden muss, welches

Material hergestellt, welches eine kegelförmige Lichteingabe auf Leitungspotential auftreten kann

(nominelle numerische Apparatur) ermöglicht, um dadurch Wenn ein Laser als Lichtquelle 28 verwendet wird, so sind die in den Lichtleiter 30 eingekoppelte Energie so gross wie 4S die bevorzugten Wellenlängen bei 0,85 um, 0,95 jj,m und möglich zu machen. Typischerweise kann der Lichtleiter 30 1,06 um, obwohl klar ist, dass jede andere konventionelle aus gebündelten Borsilikatglasfasern bestehen, welche in Wellenlänge ebenfalls verwendet werden könnte. Der Licht-

einem Mantelrohr aus inerten Polymeren hoher Dichte leiter 30 sollte aus einem Material angefertigt sein, welches angeordnet sind, oder kann auch eine einzelne - Makrofaser bei den ausgewählten Wellenlängen eine geringe Absorption

- sein, welche einen Kern von 400 oder 600 [i Dicke aufweist 50 aufweist.

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

656 253 PATENTANSPRÜCHE

1. Strombegrenzer mit einem Stromunterbrecher (FCB), welcher mechanisch betätigbar ist über eine mit Zündmaterial (16) versehene Sprengladung (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmaterial (16) mit einem Lichtleiter (30) gekoppelt ist und dass eine hochenergetische Lichtpulse erzeugende Lichtquelle (28) vorgesehen ist, welche bei Auftreten eines Fehlerstroms das Zündmaterial (16) durch Abgabe eines Lichtpulses über den Lichtleiter (30) zündet.

2. Strombegrenzer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Fokussiervorrichtung vorgesehen ist, durch die der Lichtpuls auf ein erstes Ende des Lichtleiters (30) fokussiert wird, wenn der Lichtpuls die Lichtquelle (28) verlässt.

3. Strombegrenzer nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Fokussiervorrichtung vorgesehen ist, durch die der Lichtpuls auf das Zündmaterial (16) fokussiert wird, wenn er ein zweites Ende des Lichtleiters (30) verlässt.

4. Strombegrenzer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtevorrichtung vorgesehen ist, welche die optische Lichtquelle (28) auf den Lichtleiter (30) ausrichtet.

5. Strombegrenzer nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche den Lichtleiter (30) lösbar mit der mit Zündmaterial (16) versehenen Sprengladung (12) verbindet.

6. Strombegrenzer nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (28) und das erste Ende des Lichtleiters (30) auf Erdpotential angeordnet sind, wohingegen die mit Zündmaterial (16) versehene Sprengladung (12) und das zweite Ende des Lichtleiters (30) sich auf Hochspannungspotential befinden.

7. Strombegrenzer nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtquelle (28) ein Laserund als erste und zweite Fokussierungsvorrichtungen Linsen (36,24) vorgesehen sind.