FI116429B - Ylijännitesuojan erotuslaite - Google Patents

Description

116429

YLIJÄNNITESUOJAN EROTUSLAITE

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen ylijännitesuojan erotuslaite.

5

Venttiilisuojia käytetään keskijänniteverkossa, eli 3-45 kV:n nimellis-jännitteisessä verkossa, lähinnä rajoittamaan jakelujohtimeen tai sen läheisyyteen osuneen salamaniskun takia syntyneet ylijännitteet suojattavan kohteen (kuten esimerkiksi jakelumuuntajan) kannalta vaaratto-10 malle tasolle. Venttiilisuoja asetetaan verkossa yleisimmin vaiheen ja maan välille mahdollisimman lähelle suojattavaa kohdetta. Normaalilla käyttötaajuisella (50 tai 60 Hz) jännitteellä suojan johtavuus on pieni. Kun suojan yli vaikuttava jännite nousee, suurenee myös johtavuus voimakkaasti. Tällöin suoja johtaa syöksyaallon energian maahan ja 15 palautuu toiminnan jälkeen nopeasti normaaliin tilaan.

Tyypillisesti venttiilisuojat ovat piikarbidisuojia tai metallioksidisuojia. Nykyään asennettavat venttiilisuojat ovat pääosin polymeerikuorisia metallioksidisuojia. Metallioksidiylijännitesuojan toiminta perustuu 20 sinkkioksidimateriaalin hyvin epälineaariseen käyttäytymiseen.

Venttiilisuojavauriot keskittyvät Suomen olosuhteissa tyypillisesti kol-X meen ajanjaksoon. Kesällä vaurioita aiheuttavat ukkosylijännitteet, ke väällä ja syksyllä suojien sisään tiivistynyt kosteus. Kosteus aiheuttaa 25 ongelmia etenkin posliinikuorisissa venttiilisuojissa. Yksittäisen suojan vaurioituminen on yleisintä, vaikka kaikkien kohteessa olevien suojien 'i vaurioituminenkaan ei ole mahdotonta. Posliinikuorisilla suojilla on ta- I t * vallista vaurioituminen räjähtämällä, mikä saattaa aiheuttaa vahinkoa myös suojattavalle kohteelle sekä lähiympäristölle. Polymeerikuoristen 30 suojien vaurioitumisen havainnointi on ongelmallisempaa. Suojat saattavat olla ulkokuoreltaan täysin ehjiä, mutta kuitenkin vikaantuneita. Vikaantuminen voidaan joissakin tapauksissa havaita ulkokuoresta esimerkiksi reikänä, tummumisena tai kuoren pullistumisena. Venttiili-suojien aiheuttamat viat ovat usein vaikeasti havaittavia. Vikaantumi-35 nen aiheuttaa verkkoon maasulun tai pahimmassa tapauksessa kaksoismaasulun. Vikaantumassa oleva venttiilisuoja saattaa aiheuttaa 2 116429 verkkoon myös usein toistuvia maasulkuja ennen suojan lopullista tuhoutumista.

Vikaantuneen venttiilisuojan erottamiseksi verkosta ja täten vika-5 tilanteiden poistamista varten on kehitetty erilaisia erotuslaitteita. US-patenttijulkaisusta US 4,471,402 tunnetaan erotuslaite, jolla vikaantunut ja siten jatkuvasti sähköä johtavaksi muuttunut suojalaite voidaan erottaa sähköverkosta. Erotuslaite kytketään suojalaitteen, kuten venttiilisuojan, ja maajohtimen välille, jolloin se toimiessaan irrottaa 10 maajohtimen venttiilisuojasta. Näin erotuslaite erottaa vikaantuneen venttiilisuojan verkosta, jolloin verkko palautuu toimintakuntoiseksi vaikkakin ilman suojausta. Erotuslaitteen perusajatus on, että venttiili-suojan lävitse kulkeva virta aikaansaa erotuslaitteen rakenteen hallitun hajoamisen, jonka aikaansaa suojaan sijoitetun räjähdysainelatauksen 15 räjähtäminen. Erotuslaitteen suojakuoren sisällä on rinnakkain vastus sekä elektrodin ja räjähdysnallin kannan muodostama kipinäväli. Toiminta perustuu valokaaren paloaikaan kipinävälissä. Valokaaressa syntyvän energian on oltava riittävä lämmittämään nalli räjähdys-pisteeseen. Nallin lämmetessä riittävän paljon se räjähtää. Erotusta ei 20 tapahdu lyhytaikaisen syöksyvirran kulkiessa erotuslaitteen läpi, koska tällöin valokaaren palamisen tuottama energia ei riitä nallin räjäyttämiseen syöksyvirtapulssien lyhyen kestoajan vuoksi. Venttiilisuojan vi-" kaantuessa vikavirta sen sijaan on jatkuvaa ja valokaaren energia : : | räjäyttää nallin.

·:·; 25 i Tunnetut erotuslaitteet on suunniteltu keskijänniteverkkoihin, jotka ovat : pääsääntöisesti suoraan maadoitettuja, jolloin maasulkuvirrat ovat huo- mattavasti suurempia kuin erotetuissa tai sammutetuissa keskijännite-verkoissa. Tyypillinen herkkyys tunnetuille erotuslaitteille on 20 A /1 s, .·. : 30 mikä ei ole riittävä, jos käytettävä verkko on maasta erotettu tai sam- mutettu. Suomen keskijänniteverkko on pääasiallisesti joko maasta erotettu tai sammutettu. Maasta erotetussa verkossa maasulkuvirta on I t : tyypillisesti 1...100 A. Sammutetussa verkossa maasulkuvirran suu- ruus riippuu siitä kuinka paljon ’’sivuun” kompensointi on asetettu. Kom-35 pensoinnin ’’sivuun” asettamisella tarkoitetaan kelan impedanssiarvon ali- tai ylimitoittamista verrattuna kompensoitavan verkonosan maa-kapasitansseihin. Mikäli kompensointi olisi 100 %, kompensointikelan 3 116429 ja maakapasitanssien muodostamat impedanssit olisivat yhtäsuuret, jolloin myös vikavirta olisi nolla ideaalisessa tilanteessa. Tyypillisesti kompensointi on 5 % ’’sivussa”, jolloin esim. ilman kompensointia maasulkuvirran ollessa lf = 100 A niin kompensoituna se on lf = 5 A.

5

Venttiilisuojien lisäksi sähkönjakeluverkossa on muita suojaelimiä, kuten maasulkureleitä, jotka toimivat maasulkuvirtojen esiintyessä. Suojareleiden havahtumisraja maasta erotetuissa tai sammutetuissa jakeluverkoissa esiintyvälle maasulkuvirralle on luokkaa 1 - 2 A. 10 Tämän virta-arvon ylittyessä rele suorittaa laukaisun. Laukaisuaika (hidastuksineen) maasta erotetussa verkossa on tyypillisesti 0,3 - 0,6 s ja sammutetussa verkossa 0,8 - 1,3 s. Tunnetut erotuslaitteet eivät ole riittävän nopeita, jotta niillä voitaisiin luotettavasti erottaa venttiilisuoja em. aikajaksojen sisällä maasta erotetuissa tai sammutetuissa jakelu-15 verkoissa.

Nyt esillä olevan keksinnön pääasiallisena tarkoituksena on esittää yli-jännitesuojan erotuslaite, joka soveltuu käytettäväksi maasta erotetuissa ja/tai sammutetuissa jakeluverkoissa.

20 Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle ylijännite-suojan erotuslaitteelle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitet-. ’ ty itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

’ : 25 Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksin nön edullisia suoritusmuotoja.

Keksinnön perusajatuksena on muodostaa ylijännitesuojan erotuslaite siten, että erotuslaite muodostaa ilmavälin vioittuneen ylijännitesuojan : 30 ja maatason välille. Ilmaväli saadaan aikaiseksi käyttämällä erotus- laitteessa siltarakennetta, joka katkeaa silloin, kun sen läpi kulkee virta. / Siltarakenne on sopivimmin muodostettu polymeerimateriaalista, jolla on alhainen resistanssi, alhainen ominaisvastus, hyvä pakkasen- kestävyys ja erityisesti matala HDT-lämpötila (Heat Deflection :/. 35 Temperature / Heat Distortion Temperature). HDT-lämpötila kuvaa sitä /,: lämpötilaa, jossa materiaali alkaa pehmetä. Normaalissa käyttö tilanteessa erotuslaitteen kautta ei kulje oleellisesti virtaa, sillä ehjä 4 116429 venttiilisuoja katkaisee yhteyden jännitteisen vaihejohtimen ja maa-tason välillä (useimmilla venttiilisuojilla esiintyy normaalitilanteissa pienehkö vuotovirta). Hetkellisen ylijännitteen, kuten esimerkiksi salamaniskun, vaikutuksesta venttiilisuoja päästää virran kulkemaan eri 5 potentiaalitasojen välillä, jolloin myös erotuslaitteen kautta kulkee virta. Tavanomaisten ylijänniteilmiöiden yhteydessä esiintyvät syöksyaallot ovat kuitenkin lyhyitä ja niihin sitoutunut energia on suhteellisen vähäinen, jolloin erotuslaite ei toimi tällaisissa tilanteissa. Ylijännitesuojan, eli tyypillisesti venttiilisuojan, vikaantuessa siten, että ylijännitesuojan läpi 10 alkaa kulkea sähköä myös muulloin, kun ylijännitepulssien aikana, alkaa myös erotuslaitteen kautta kulkea sähköä. Sähkövirran kulkiessa siltarakenteen kautta, lämpenee siltarakenne. Siltarakenteen lämpötilan noustessa tarpeeksi paljon menettää siltarakenne rakenteellisen lujuutensa ja siltarakenne katkeaa. Katkeamisen seurauksena vioittu-15 neen ylijännitesuojan kautta kulkenut virta menettää kulkureittinsä ja vikavirran kulku loppuu.

Tällä keksinnön mukaisella, polymeerimateriaalien käyttöön perustuvalla erotuslaitteella saavutetaan huomattavasti herkempi ja nopeampi toi-20 minta kuin nykyisillä tunnetuilla laiteilla. Tämän takia keksinnön mukainen ylijännitesuojan erotuslaite soveltuu hyvin käytettäväksi maasta erotetuissa ja/tai sammutetuissa jakeluverkoissa käyttämällä silta-rakenteen materiaalina sopivaa polymeerimateriaalia.

25 Eräs keksinnön mukainen ylijännitesuojan erotuslaitteen suoritusmuoto : on mahdollista toteuttaa siten, että sen toiminta-aika on lyhyempi kuin jakeluverkossa käytettävien suojareleen toiminta-aika.

Eräs toinen keksinnön mukainen ylijännitesuojan erotuslaitteen 30 suoritusmuoto käsittää lisäksi kipinävälin, jolloin syöksyaallot kulkeutu-vat edullisesti kipinävälin kautta rasittamatta siltarakennetta, jonka käyttöikä ja luotettavuus edullisesti paranevat.

' Koska keksinnön mukaisen ylijännitesuojan erotuslaitteen rakenne ei 35 käsitä räjähtäviä osia, on sen käyttäminen, kuljettaminen ja muukin ·:>· käsittely huomattavasti turvallisempaa kuin räjähdysaineita sisältävien erotuslaitteiden.

5 116429

Erään tämän keksinnön mukaisen ylijännitesuojan erotuslaitteen suoritusmuodossa on erotuslaitteen kunto (ehjyys) helppo todeta tarkastamalla visuaalisesti polymeerimateriaalin ja kipinävälin ehjyys 5 toisin kuin tunnetuissa laitteissa, joissa kaikki komponentit (räjähdys-panos, vastus ja kipinäväli) on suljettu näkymättömiin ulkokuoren sisälle. Keksinnön mukainen erotuslaite on myös mekaaniselta rakenteeltaan yksinkertainen.

10 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin periaatteellisiin piirustuksin, joissa kuva 1 esittää erotuslaitteen liittämistä venttiilisuojan yhteyteen, 15 kuva 2 esittää erästä keksinnön mukaista erotuslaitteen suoritusmuotoa, ja kuva 3 esittää erään materiaalin virta-toimintanopeus-käyrää.

20 Piirustuksissa on esitetty selvyyden vuoksi vain keksinnön ymmärtämisen kannalta tarpeelliset yksityiskohdat. Keksinnön ymmärtämisen kan-.. naita tarpeettomat, mutta ammattimiehelle selvät rakenteet ja yksityis- !’ kohdat on jätetty kuvista pois keksinnön ominaispiirteiden korosta miseksi.

: ’ : 25 I f . *: Kuvassa 1 on esitetty eräs tyypillinen tapa sijoittaa venttiilisuoja 2 ja sen erotuslaite 1 sähkönjakeluverkkoon. Venttiilisuojan 2 ensimmäinen . ’' : liitin on yhdistetty jännitteiseen osaan 3, kuten vaihejohtimeen. Venttiili- suojan 2 toinen liitin on yhdistetty erotuslaitteen 1 ensimmäiseen liitti- I 30 meen 11. Erotuslaitteen 1 toinen liitin 12 on yhdistetty maatasoon 4 tai » » . vastaavaan rakenteeseen, jonka kautta ylijännitteet puretaan. Kuvassa , on esitetty vain yksi jännitteinen vaihejohdin 3, ja siihen liittyvä venttiili- suoja 2 ja erotuslaite 1, mutta luonnollisesti kolmivaiheisessa sähkö-: : järjestelmässä jokaiselle vaiheelle on edullista järjestää omat venttiili- !\. 35 suojat ja erotuslaitteet. Tällöin jokaisen kolmen erotuslaitteen 1 toiset liittimet 12 ovat sopivimmin yhteydessä samaan maatasoon 4 saman 6 116429 liitosrakenteen kautta. Tämä keksintö ei ole riippuvainen siitä onko venttiilisuojan 2 rinnalla muita ylijännitesuojia.

Kuvassa 2 on keksinnön mukaisen erotuslaitteen 1 periaatteellinen ra-5 kenne yhden vaiheen osalta. Kolmivaiheisessa sähköjärjestelmässä on edullista järjestää vastaavasti jokaiselle vaiheelle omat venttiilisuojat 2 ja erotuslaitteet 1. Kuvan mukaisessa erotuslaitteessa 1 on ensimmäinen 11 ja toinen liitin 12 edellä esitettyä muuhun laitteistoon ja sähköverkkoon kytkemistä varten. Lisäksi mainittu erotuslaite 1 käsit-10 tää kipinävälin 14 ja siltarakenteen 13. Siltarakenne 13 yhdistää mainitut liittimet 11 ja 12 keskenään. Kipinäväli on kytketty rinnan siltarakenteen kanssa, ensimmäinen kärki ensimmäiseen liittimeen 11 ja toinen kärki toiseen liittimeen 12.

15 Keksinnön mukaisessa erotuslaitteessa 1 siltarakenne 13 muodostetaan johtavasta materiaalista. Siltarakenteen 13 kautta virtapiiri sulkeutuu jännitteisen tason ja maatason välillä, silloin kun venttiilisuoja 2 vikaantuu. Vikavirran, kuten esimerkiksi maasulkuvirran, kulkiessa siltarakenteen 13 lävitse materiaalin vastuksen ja virran aikaansaama 20 lämpöenergia lämmittää materiaalia, josta seuraa lopulta siltarakenteen sulaminen. Siltarakenteen 13 lämmettyä ja sulettua riittävästi se katkeaa, jolloin tapahtuu venttiilisuojan 2 erotustoiminto.

Siltarakenne on esimerkiksi nauhamainen materiaalipala, jonka | 25 pituudella, leveydellä ja paksuudella voidaan vaikuttaa vastusarvoihin, .' : aineominaisuuksien lisäksi.

Siltarakenne 13 on materiaalia, joka kestää mekaanista rasitusta kuormituksessa, t.s. materiaalista valmistettu pala kestää maapotentiaalin 30 puoleisen rakenteen painon aiheuttamaa vetojännitystä normaalilla , käyttölämpötila-alueella. Materiaalipala johtaa sähköä, ja vikatilantees sa se toimii vastuksena siten, että sen läpi kulkeva maasulkuvirta aiheuttaa vastuksen lämpenemisen normaalin käyttölämpötilan yläpuolelle. Vastus lämpenee lämpötilaan, jossa palan lujuusominaisuudet 35 heikkenevät niin, että käyttötilanteessa normaali vetojännitys katkaisee palan (palan vetomurtolujuus pienenee yhtäsuureksi kuin tämä veto- 7 116429 jännitys). Käytännössä riittää materiaalin pehmeneminen sellaiseen tilaan, että pala venyy ja katkeaa.

Sopiva materiaali, josta siltarakenteena 13 toimiva pala voidaan val-5 mistaa, on sähköä johtava muovi. Muovilla tarkoitetaan tässä synteet-tisisestä polymeeristä pääosin koostuvaa materiaalia, jonka muodostamaan matriisiin voi olla sekoitettuna apuaineita ja kiinteitä hiukkasia. Erityisesti lämmöllä muovailtavat polymeerit (kestomuovit) ovat sopivia matriisimateriaaleja, koska tunnetaan monia tällaisia polymeerejä, 10 joiden lujuusominaisuudet muuttuvat kohtuullisen matalissa lämpötiloissa.

Sähköä johtava muovi voi sisältää joko luontaisesti sähköä johtavaa polymeeriä, eli se voi olla luonnostaan johtavaa, tai se voi olla 15 komposiittia, jossa tunnettujen johdinmateriaalien hiukkasia on seostettu johtamattomaan polymeerimatriisiin. Jälkimmäisessä vaihtoehdossa on mahdollista säätää monipuolisesti materiaalista valmistetun palan johtokyky- ja lujuusominaisuuksia.

20 Seuraavassa on esitetty suositeltavia arvoja, joita materiaalilla tulisi olla. HDT-lämpötila kuvaa sellaisella testimenetelmällä saatua lämpötilaa, jossa materiaalinäyte on tietyn rasituksen (joko 1,8 Mpa tai 0,45 Mpa) alaisena kolmipistetaivutuksessa, jossa painin painaa kahden •' · j tuen varaan asetettua koesauvaa, lämpötilan tasaisesti noustessa.

; 25 ; Pintaresistanssi 75 -100 Ω I Ominaisresistanssi: 103- 104 Ωχ cm

;‘j Pehmenemislämpötila (HDT): 70-100°C

Pakkasenkestävyys: - 40 °C

;·. : 30

Sopivimpia materiaaleja ovat nokitäytteiset polypropeenit, joiden omi-"‘t naisresistanssit (ISO D-257) ovat alle 103 Ω x cm luokkaa, pintaresis- • : tanssit (ISO D-257) alle 104 Ω luokkaa, vetolujuus (ISO 527) n. 15-30 MPa ja HDT-lämpötila (ISO 75/Bf) n. 90 °C. HDT-lämpötila kannattaa ,, 35 valita riittävän paljon normaalia käyttölämpötilaa korkeammaksi. Poly propeenin ja johtavan täyteaineen suhteella voidaan ominaisuudet säätää halutuiksi.

8 116429

Johtavan täyteaineen valinnalla ja täyteaineen prosenttiosuudella voidaan vaikuttaa materiaalipalan ominaisuuksiin. Näin voidaan käyttää monia matriisipolymeerejä, jotka pehmenevät lämmön vaikutuksesta, 5 kuten muita polyolefiinejä (esim. polyeteeni) tai polystyreeniä.

Muovimateriaalista valmistettu pala voidaan mitoittaa niin, että siihen kohdistuva kuormitus käyttölämpötila-alueella (esim. maajohtimen painon avulla aiheutettu) on korkeintaan 5 % materiaalin myötölujuudesta 10 tai murtolujuudesta. Näillä kuormitustasoilla muovin viruminen on niin pientä, että se ei aiheuta pitkäaikaisessa käytössä haitallisia muodonmuutoksia. Materiaalin tulee kestää oleellisesti muuttumattomana käyttölämpötila-alueella, joka on esimerkiksi Suomessa ulosasennetta-viksi tarkoitetuilla laitteilla tyypillisesti -4 - +60 °C.

15

Materiaalin tulee kestää pieni normaalitilanteessa kulkeva vuotovirta (suurimmillaan noin yhden milliampeerin luokkaa) koko tarkoitetun käyttöiän, mutta sen tulee toimia suuremmilla, venttiilisuojan vikatilanteisiin liittyvillä virroilla. Tämä toiminta-aika on riippuvainen virran suu-20 ruudesta, ja materiaalille voidaan määrittää näillä virroilla virta-toimintanopeus-käyrä. Eräälle materiaalille määritetty käyrä on esitetty kuvassa 3. Kyseessä on tunnettu kaupallinen nokitäytteinen polypropeenimuovi, PRE-ELEC PP 1372 (Premix Oy, Suomi), jonka aineominaisuudet on mainittu edellä. Testikappaleen leveys oli 17 mm, 25 pituus 60 mm ja paksuus n. 0,5 mm. AC-testeissä, joissa käyrä on saatu, materiaalin vastus oli 4000 - 6000 Ohm. On olemassa kuitenkin : muita materiaaleja, joita voidaan myös käyttää. Vastusarvoja voidaan puolestaan suurentaa esimerksi materiaalia kaventamalla.

f'· I 30 Edullisessa suoritusmuodossa erotinlaitteen 1 rakenteessa yhdys-rakenteisena olevan kipinävälin 14 tarkoituksena on eliminoida syöksy-jännitteiden vaikutus venttiilisuojan 2 toimiessa oikein. Jos kipinäväliä ’· ; 14 ei olisi, saattaisi tavallisilla salamavirtapulsseilla syntyvä energia sulattaa johtavan polymeerin ja näin aiheuttaa tarpeettomasti erotus-35 toiminnon. Erotustoiminnon pitää tapahtua aina kun suoja on vaurioitunut pysyvästi. Erotuslaite 1 ei kuitenkaan saa toimia venttiilisuojan 2 normaalin vuotovirran takia tai normaaleilla toimintapulsseilla, tarkoit- 9 116429 taen salamavirtapulsseja ja muita lyhytaikaisia transienttipulsseja (mm. kytkentäylijännitteitä). Tämä tarkoittaa sitä, että erotuslaite 1 ja venttiili-suoja 2 ovat tällöin toimineet oikein eikä erotuslaite ole vahingoittunut syntyneen energian seurauksena 5

Erotuslaitteen 1 toimintaperiaate perustuu materiaalin sulamiseen ja se voidaan mallintaa yksinkertaistettuna kipinävälin 14 ja polymeeri-materiaalin vastuksen rinnankytkentänä. Materiaalin läpi kulkeva vika-virta, materiaalin vastus ja vikavirran kestoaika yhdessä kehittävät tie-10 tyn määrän energiaa kaavan W = Rl2t -mukaisesti. Materiaalin vastuksen suuruudella on merkitystä, koska se vaikuttaa sekä kipinävälin 14 mitoitukseen että syntyvän energian määrään. Vastuksen suuruus ja sen läpi kulkeva virta määräävät kipinävälin 14 yli vaikuttavan jännitteen. Jos vastusarvo on liian suuri, kipinäväli 14 saattaa toimia silloin, 15 kun sen ei pitäisi. Syntyvän lämpöenergian määrä vaikuttaa siihen, ehtiikö materiaali lämpenemään riittävästi halutulla toimintanopeudella, mikä parhaimmassa tapauksessa tarkoittaa onnistunutta erotus-toimintaa jopa ennen jälleenkytkentöjä.

20 Erotuslaitteen 1 läpi kulkeva sähkövirta voidaan jakaa ajatuksellisesti neljään eri suuruusluokkaan. Normaaliolosuhteissa erotuslaitteen 1 ·. siltarakenteen 13 läpi kulkee hyvin pieni virta, joka ei aiheuta muutok- ‘ siä erotuslaitteessa. Käytännössä erotuslaitteen 1 siltarakenteen 13 \ läpi kulkee venttiilisuojan 2 läpi kulkeva vuotovirta. Hyvin suuret virta- . 25 impulssit (salamaniskut ja vastaavat, joiden kesto on myös hyvin lyhyt) • ’J kulkevat erotuslaitteen 1 ohitse kipinävälin 14 kautta, jolloin myöskään . : nämä eivät käytännössä aiheuta erotuslaitteen vioittumista. Rikkoutu- • I · neen venttiilisuojan 2 läpi kulkeva virta on puolestaan suuruudeltaan niin pieni, että virta ei kulje kipinävälin 14 lävitse, mutta on suuruudel-; ' : 30 taan kuitenkin niin suuri, että erotuslaite 1 toimii niin nopeasti, että : venttiilisuoja erottuu maapotentiaalista eikä saa aikaan vahinkoa ver kossa. Normaaliolosuhteiden ja ylijännitesuojan 2 toimimisen aikaan-; saavan virran väliin jää sellainen virta-alue, jossa erotuslaitteen 1 läpi kulkee suhteellisen pieni virta. Tämä virta aiheutuu usein jostakin 35 venttiilisuojan alkavasta viasta. Tällöin erotuslaite 1 saadaan haluttaessa toimimaan käyttämällä siltarakenteessa 13 sellaista polymeeri-materiaalia, jonka lujuus heikkenee suhteellisen nopeasti myös kysei- 10 116429 sellä virta-alueella. Edullisesti siltarakenteen 13 rikkoutuminen ei viimeksi mainitussa tapauksessa tapahdu materiaalin lämpenemisen avulla, vaan polymeerimateriaalisen rakenteen hajoamisen ansiosta.

5 Keksinnön mukainen erotuslaite 1 on mahdollista muodostaa myös siten, että se käsittää lisä- tai apuelimiä, joiden avulla erotuslaitteen toiminen (eli siltarakenteen 13 katkeaminen) voidaan ilmaista selkeästi. Monissa tilanteissa riittävä indikaatio on siltarakenteen 13 katkeaminen, joka on mahdollista havaita optisesti mikäli erotuslaitetta 1 ei ole 10 koteloitu tai koteloinnissa on otettu huomioon optinen tarkistus-mahdollisuus. Joissain suoritusmuodoissa siltarakenteen 13 katkeaminen voidaan ilmoittaa valvomoon sopivilla lisälaitteilla tiedonsiirto-kanavan, kuten esimerkiksi radiopuhelinverkon, kautta. Useissa tapauksissa ylijännitesuojat 2 sijaitsevat kuitenkin maantieteellisesti sel-15 laisissa paikoissa, joita on helppo tarkastaa optisesti kohtuullisen välimatkan päästä. Tämän takia tehostamalla siltarakenteen 13 katkeamisesta ilmoittavaa optista signaalia on mahdollista kohtuullisin kustannuksin tehostaa käytännön tarkastustoimintaa.

20 Materiaaliin voidaan liittää muita edullisia ominaisuuksia, jotka voidaan saada aikaan polymeerimatriisin sopivalla seostamisella. Muovissa voi-daan käyttää esimerkiksi luminoivia aineita, jotka saavat energiansa valosta päiväaikaan ja emittoivat näkyvää valoa pimeässä. Irronnut maajohdin voidaan näin havaita helpommin heikoissa valaistus-. . . 25 olosuhteissa. Tällaisia luminoivia aineita tunnetaan lukuisia.

Keskijänniteverkkoon tarkoitettu erotuslaite 1 on suurjännitesovellus ja siksi suunnittelussa tulee huomioida myös rakenteessa esiintyvät pinta-matkat. Pintamatkat sekä erotuslaitteen 1 sisällä että ulkopuolella tulee 30 olla riittävän pitkät, jotta ylilyöntejä ei tapahtuisi. Jännite erotuslaitteen 1 ylitse ylijännitesuojan 2 tuhoutuessa voi pahimmillaan olla verkon : pääjännitteen suuruinen, jolloin ylilyöntiä ei saa tapahtua. Jännite ..VJ vaikuttaa kohdan ylitse niin kauan kunnes erotus tapahtuu. Jos kohdassa tapahtuu ylilyönti, erotustoimintoa ei välttämättä tapahdu, 35 koska energiaa kulkeutuu polymeerimateriaalin ohitse.

116429 11

On luonnollisesti selvää, että keksintö ei ole rajoittunut vain edellisissä esimerkeissä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan esimerkiksi keksinnön mukaisen ylijännitesuojan 2 erotuslaiteen 1 perusajatusta on mahdollisuus käyttää myös muilla jännitteillä kuin keskijännitteillä, vaikka 5 sopivimmin keksintö soveltuu 10-30 kV:n nimellisjännitteille. Myös sähköverkon taajuus voi olla jokin muu kuin 50 tai 60 Hz.

Lisäksi ylijännitesuojana 2 voidaan käyttää muitakin ylijännitesuojia, kuin esimerkissä esitettyä venttiilisuojaa. Venttiilisuoja 2 on kuitenkin i 10 käytännössä yleinen ylijännitesuoja, jolla esiintyy kuvatunlaisia ongel mia, joten sopivimmin keksinnön mukainen erotuslaite 1 soveltuu käytettäväksi venttiilisuojan kanssa.

Keksinnön edellä esitettyjen eri suoritusmuotojen yhteydessä esitettyjä 15 toimintatapoja ja rakenteita eri tavoin yhdistelemällä voidaan aikaansaada erilaisia keksinnön suoritusmuotoja, jotka ovat keksinnön hengen mukaisia. Tämän vuoksi edellä esitettyjä esimerkkejä ei tule tulkita keksintöä rajoittavasti, vaan keksinnön suoritusmuodot voivat vapaasti vaihdella jäljempänä patenttivaatimuksissa esitettyjen keksin-20 nöllisten piirteiden puitteissa.

' I

Claims (11)

116429

1. Ylijännitesuojan (2) erotuslaite (1), jolla erotetaan keskijännite-verkossa sähköä johtavaan tilaan jäänyt vioittunut ylijännitesuoja (2), 5 jonka kautta kulkee vikavirta, ja mainittu erotuslaite (1) käsittää ainakin ensimmäisen liittimen (11) ylijännitesuojaan yhdistämiseksi ja toisen liittimen (12) maadoituspotentiaaliin (4) yhdistämiseksi, tunnettu siitä, että erotuslaite (1) käsittää ainakin ensimmäisen liittimen (11) ja toisen liittimen (12) väliin 10 järjestetyn siltarakenteen (13), joka on muodostettu sähköä johtavasta materiaalista, jonka rakenne hajoaa vikavirran vaikutuksesta, ja kipinävälin (14) ylijännitepulssien purkamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että erotuslaite (1) on koteloitu.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että erotuslaiteen (1) kotelo on alaosasta avoin maadoituspotentiaalin (4) 20 puoleisen liittimen (12) putoamisen mahdollistamiseksi.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen erotuslaite (1), tun- y. nettu siitä, että siltarakenne (13) on materiaalia, jonka vetolujuus heik- kenee sähkövirran materiaalissa aiheuttaman lämpötilan nousun vaiku- » # • . 25 tuksesta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että siltarakenne (13) on muodostettu polymeerimateriaalista, joka hajoaa lämpenemisen vaikutuksesta. 30

:***: 6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, : v. että siltarakenne (13) on sähköä johtavaa muovia. * » * I

,··’ 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että .,.: 35 sähköä johtava muovi käsittää johtavia hiukkasia polymeerimatriisissa. 116429

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että polymeerimatriisi on lämpömuovailtavaa polymeeriä.

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että 5 siltarakenne (13) on itseisjohtavaa materiaalia.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että siltarakenne (13) on asetettu vetojännityksen alaiseksi. 10

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen erotuslaite (1), tunnettu siitä, että ainakin osa erotuslaitteesta (1) on muodostettu materiaalista, joka absorboi itseensä ympäröivää valoa ja emittoi valoa pimeässä. 15 116429