SE515671C2 - Anordning och förfarande för att skydda ett objekt mot felrelaterade överströmmar (Fall 1) - Google Patents

Description

20 25 30 35 515 671 :šyišf- devis klumpig utformning med stor tröghet, något som åter- speglar sig i. en förhållandevis lång bryttid. Det påpekas därvid att den överström som här primärt avses är den kort- slutningsström som uppstår i. anslutning till det skyddade objektet, exempelvis såsom en konsekvens av fel i det skyd- dade objektets elektriska isolationssystem. Dylika fel med- för att det felström (kortslutningsström) kommer att tendera att flyta igenom externa nätets/utrustningens ljusbågen. Resultatet härav kan bli ett mycket stort haveri.

Det må nämnas att för det svenska kraftnätet den dimensione- rande kortslutningsströmmen/felströmmen är 63 kA. I verkli- genheten kan kortslutningsströmmen uppgå till 40-50 kA.

Ett problem med den nämnda effektbrytaren är dess långa bryttid. ständigt genomförd brytning är 150 millisekunder (ms).

Den dimensionerande bryttiden (IEC-norm) för full- Det är förenat med svårigheter att reducera denna bryttid till under 50-130 ms beroende på driftsfall. är att vid ett fel i det skyddade objektet en mycket hög ström kommer att flyta igenom densamma under hela den tid Konsekvensen härav som erfordras för att bringa effektbrytaren till brytning.

Under denna tid innebär det externa kraftnätets fulla fel- ström en betydande belastning på det skyddade objektet. För att undvika skador och totala haverier vad beträffar det skyddade objektet har man enligt hittills tillämpad teknik konstruerat objektet så att det skall kunna klara att utan nämnvärda skadeverkningar' utsättas för' kortslutningsström- men/felströmmen under effektbrytarens bryttid. Det påpekas därvid att en kortslutningsström (felström) i det skyddade objektet kan vara sammansatt dels av objektets eget bidrag till felströmmen, dels strömtillskottet emanerande från nä- tet/utrustningen. Objektets eget bidrag till felströmmen på- verkas ej av effektbrytarens funktion men bidraget till fel- strömmen från nätet/utrustningen är beroende av effektbryta- rens funktion. Behovet av att konstruera det skyddade objek- tet så att det uthärdar hög kortslutningsström/felström un- 10 15 20 25 30 35 der betydande tid innebär väsentliga nackdelar i form av dy- rare utförande och sämre prestanda.

H2BElNNlNQENS_SXEIE Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa utvägar att utforma anordningen och förfarandet så att ett bättre skydd för objektet uppnås och därmed en minskad belastning på det- samma, något som innebär att själva objektet ej längre behö- ver konstrueras för att motstå maximala kortslutningsström- mar/felströmmar under relativt långa tidsperioder.

SBMANEBIINlNG_AY_HEBElNNlNGEN Enligt uppfinningen uppfylles ovan skisserade syfte genom att ledningen mellan objektet och elkopplaren är ansluten till en överströmsreducerande inrättning, vilken är aktiver- bar för överströmsreduktion med bistånd av en överströmsbe- tingelser detekterande inrättning inom en tidsrymd som vä- sentligt underskrider elkopplarens bryttid.

Således baserar sig uppfinningen på principen att icke för- lita sig för brytändamål blott på en sist och slutligen gal- vanisk separation etablerande elkopplare utan i stället ut- nyttja en snabbt fungerande överströmsreducerande inrättning som utan att effektuera någon verklig brytning av överström- men ändock reducerar denna i sådan utsträckning att det skyddade objektet kommer att utsättas för väsentligt reduce- rade påfrestningar och därmed ett mindre mått av skador. Den reducerade överströmmen/felströmmen innebär således att när väl elkopplaren etablerar galvanisk separation så kommer den totala energiinjektionen i det skyddade objektet att ha bli- vit väsentligt mindre än i frånvaro av den överströmsreduce- rande inrättningen. 10 15 20 25 30 35 515 671 Enligt ett speciellt föredraget utförande av 'uppfinningen utformas den överströmsreducerande inrättningen såsom inne- fattande en överströmsavledare för avledning av överströmmar till jord eller eljest annan enhet med lägre potential än nätet/utrustningen.

Enligt ett speciellt föredraget utförande av uppfinningen är dessutom åtgärder vidtagna för att ombesörja en reduktion av den tidsrymd, under vilken den av den överströmsreducerande inrättningen redan reducerade strömmen kan flyta iJ1 i det skyddade objektet. För detta ändamål innefattar anordningen en i ledningen mellan kretsbrytaren och objektet anordnad ytterligare brytare, som är utformad för att bryta vid lägre spänning och ström än elkopplaren och därför kan utformas med kortare bryttid än denna som en konsekvens av mindre rö- relsebehov och mindre massa hos brytarens rörliga kon- takt(-er), bryta först när överströmmen mot eller från det skyddade ob- varvid den ytterligare brytaren är anordnad att jektet reducerats medelst den överströmsreducerande inrätt- ningen. Närmare bestämt är den erforderliga rörelsen hos den ytterligare brytarens nämnda rörliga kontakt(-er) mindre på grund av lägre spänning medan kontaktens(-ernas) massa kan hållas lägre på grund av att den lägre strömmen ej erfordrar så stora kontaktareor.

Ytterligare fördelar och särdrag hos uppfinningen, i synner- het vad beträffar det uppfinningsenliga förfarandet, framgår av följande beskrivning och patentkraven.

KQBI_BESKBl¥NlNG_A¥_BlINlNQABNA Under hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av ett såsom exempel anfört utförande av uppfinningen.

På ritningarna: 10 15 20 25 30 35 51516271 Fig 1 är en rent schematisk vy illustrerande grundtanken bakom den uppfinningsenliga lösningen, Fig Za- 2d är diagram som i schematisk form illustrerar på jäm- förande vis felströmsförlopp och energiutveckling med och utan den uppfinningsenliga anordningen, Fig 3 är en schematisk vy illustrerande en tänkbar utform- ning av den uppfinningsenliga anordningen, Fig 4 är en schematisk vy illustrerande ett möjligt utfö- rande av den överströmsreducerande inrättningen, och Fig 5 är en schematisk vy illustrerande den uppfinningsen- liga anordningen tillämpad vid en elkraftanläggning en transformator samt ett därtill kopplat elkraftnät. omfattande en generator, n n I fig 1 illustreras en elkraftanläggning i vilken ingår ett skyddat objekt 1. Detta skulle exempelvis kunna bestå av en generator. Detta objekt är via en ledning 2 i förbindelse I stället för ett dylikt nät skulle den med 3 betecknade enheten kunna utgöras av en med ett externt försörjningsnät 3. annan i elkraftanläggningen ingående utrustning. Den här ak- tuella elkraftanläggningen tänkes vara av sådan art att det är själva objektet 1 som primärt avses bli skyddat mot fel- strömmar från nätet/utrustningen 3 när i själva objektet 1 uppstår ett fel som ger upphov till en felström från nä- tet/utrustningen 3 mot objektet 1 så att felströmmen kommer att flyta igenom detta. Nämnda fel kan bestå i att en kort- slutning har bildats i objektet 1. Med kortslutning menas en icke avsedd ledande strömbana mellan två eller flera punk- 10 15 20 25 30 35 s1s 671 ter. Kortslutningen kan till exempel bestå av en ljusbåge.

Denna kortslutning och resulterande strömrusning kan föror- saka betydande skador eller t o m totalt haveri hos objektet 1.

Det påpekas redan här att vid åtminstone vissa typer av skyddade elektriska objekt 1, för objektet ifråga skadliga kortslutningsströmmar/felströmmar kan komma att flyta från det skyddade objektet mot nätet/utrustningen 3. Inom ramen för uppfinningen avses således denna komma till tillämpning för skyddsändamål icke endast för skydd av objektet från ex- ternt härrörande felströmmar flytande till objektet utan också från interna felströmmar i objektet flytande i motsatt riktning. Detta kommer att närmare behandlas i det följande.

I det följande kommer i beskrivningsunderlättande syfte be- teckningen 3 att städse benämnas såsom bestående av ett ex- ternt elkraftnät. Det bör emellertid hållas i åtanke att det i stället för ett dylikt nät kan vara fråga om annan utrust- ning som vid uppstående av fel förorsakar strömrusning genom objektet 1.

I ledningen 2 mellan objektet 1 och nätet 3 är anordnad en konventionell effektbrytare 4. Denna effektbrytare inbegri- per åtminstone en egen sensor för avkännande av omständighe- ter indikativa för att i ledningen 2 flyter en överström.

Sådana omständigheter kan vara strömmar/spänningar, men också andra som anger att ett fel föreligger. Till exempel kan sensorn vara en ljusbågsvakt eller en kortslutningsljud registrerande sensor' mm. När sensorn indikerar att över- strömmen överskrider en viss nivå aktiveras effektbrytaren 4 för brytning av förbindelsen mellan objektet 1 och nätet 3.

Effektbrytaren 4 har emellertid att bryta den totala kort- Effektbrytaren måste därför utformas att uppfylla högt ställda fordringar, slutningsströmmen/felströmmen. något som i praktiken medför att den kommer att fungera relativt lång- 10 15 20 25 30 35 515 671 samt. I Fig 2a illustreras i ett ström/tiddiagram hurusom vid uppkomsten av ett fel, t ex en kortslutning i objektet l, vid tidpunkten tfel felströmmen i den i Fig 1 med 2 be- tecknade ledningen snabbt antar värdet il. Denna felström il brytes medelst effektbrytaren 4 vid tl, som är åtminstone inom 150 ms efter tfel. I Fig 2d illustrerar det där visade diagramet i2~t och därmed den energi som utvecklas :L det skyddade objektet 1 som en konsekvens av kortslutningen där- i. Den uppstående energiinjektionen i objektet som en kon- sekvens av kortslutningsströmmen representeras följaktligen av den sammanlagda ytan av den yttre rektangeln i Fig 2d.

Det påpekas i detta sammanhang att felströmmen i Fig 2a-c och strömmarna i Fig 2d representerar enveloppen av toppvär- det. enkelhets skull.

Endast ena polariteten har utritats i diagrammen för Effektbrytaren 4 är av sådant utförande att den etablerar galvanisk separation genom att metalliska kontakter skiljs.

Följaktligen uppvisar effektbrytaren 4 :i regel erforderlig hjälputrustning för ljusbågssläckning.

Enligt uppfinningen är ledningen 2 mellan objektet 1 och el- kopplaren 4 ansluten till en överströmmar mot apparaten 1 Den är akti- verbar för överströmsreduktion med bistånd av en överströms- reducerande inrättning generellt betecknad 5. betingelser detekterande inrättning inom en tidsrymd som Vä- sentligt understiger effektbrytarens 4 bryttid. Denna in- rättning 5 är följaktligen så utförd att den icke behöver etablera någon galvanisk separation. Förutsättningar skapas därför att mycket snabbt etablera en strömreduktion utan att för den skull någon total eliminering av den ström som fly- ter från nätet 3 till det skyddade objektet 1 behöver effek- tueras. I Fig 2b illustreras som kontrast till fallet enligt Fig 2a hurusom den överströmsreducerande inrättningen 5 en- ligt uppfinningen vid uppkomst av en kortslutningsström vid 10 15 20 25 30 35 515671 tidpunkten tfel aktiveras för överströmsreduktion till nivån i2 vid tidpunkten t2. Tidsintervallet tfel-t2 representerar således den överströmsreducerande inrättningens 5 reaktions- tid. Genom inrättningens 5 uppgift att icke bryta utan blott reducera felströmmen kan inrättningen fås att reagera syn- nerligen snabbt, vilket kommer att diskuteras närmare i det följande. nivån il till nivån i2 avses bli effektuerad inom någon el- Såsom exempel kan nämnas att strömreduktion från ler några ms efter att oacceptabla överströmsbetingelser de- tekterats. Därvid eftersträvas att strömreduktionen effek- tueras på kortare tid än 1 ms, och företrädesvis snabbare än på 1 mikrosekund.

Såsom framgår av fig 1 innefattar anordningen vidare en i ledningen 2 mellan effektbrytaren 4 och objektet 1 anordnad ytterligare brytare generellt betecknad 6. Denna är utformad att bryta lägre spänning och ström än effektbrytaren 4 och kan såsom en konsekvens därav utformas att fungera med kor- tare bryttider än effektbrytaren. Den ytterligare brytaren 6 är anordnad att bryta först när överströmmen från nätet 3 mot objektet 1 reducerats medelst den överströmsreducerande inrättningen 5 men väsentligt tidigare än effektbrytaren 4.

Av det sagda framgår att den ytterligare brytaren 6 skall vara inkopplad på ledningen 2 på sådant sätt att det är den medelst den överströmsreducerande inrättningen 5 reducerade strömmen som kommer att flyta genom den ytterligare brytaren och som således skall brytas medelst denna.

I fig 2b illustreras inverkan av den ytterligare brytaren 6.

Denna är närmare bestämt anordnad att bryta vid tidpunkten t3, vilket innebär att varaktigheten av den medelst den överströmsreducerande inrättningen 5 reducerade strömmen i2 väsentligt begränsas, nämligen till tidsrymden tz-t3. Kon- sekvensen är att den energiinjektion från nätet 3 som en felström kommer att medföra i det skyddade objektet 1 repre- senteras av de i Fig 2d med streckade linjer utmärkta ytor- 10 15 20 25 30 35 515 571 na. Det framgår hurusom en drastisk reduktion av energiin- jektionen uppnås. I detta sammanhang påpekas att eftersom, enligt en specifik modell, energin växer med kvadraten på strömmen, en halvering av strömmen reducerar energiinjektio- nen till en fjärdedel. I Fig 2c illustreras hur felströmmen kommer att flyta genom inrättningen 5.

I realiteten tänkes dimensioneringen av inrättningen 5 och den ytterligare brytaren 6 utföras så att inrättningen 5 re- ducerar felströmmen och spänningen som skall brytas medelst den ytterligare brytaren 6 till väsentligt lägre nivåer. En realistisk bryttid vad gäller den ytterligare brytaren 6 är 1 ms varvid dock dimensioneringen bör göras så att brytaren 6 bringas att bryta först när inrättningen 5 reducerat den genom brytaren 6 flytande strömmen i åtminstone väsentlig grad.

I fig 3 illustreras mer i detalj hurusom anordningen kan realiseras. Det påpekas därvid att uppfinningen är tillämp- bar både i likströms- (även HVDC = High Voltage Direct Cur- rent) och växelströmssammanhang. I det senare fallet kan i ett flerfasarrangemang den med 2 betecknade ledningen be- traktas såsom utgörande en av faserna i ett flerfasigt väx- elströmssystem. Det är emellertid därvid att beakta att den uppfinningsenliga anordningen kan vara realiserad så att an- tingen samtliga faser underkastas den uppfinningsenliga skyddsfunktionen i händelse av detekterat fel eller att en- bart den eller de faser där en felström uppstår underkastas strömreducering.

I fig 3 framgår hurusom den generellt med 5 betecknade över- strömsreducerande inrättningen innefattar en överströmsavle- dare 7 för avledning av överströmmar till jord 8 eller el- jest annan enhet med lägre potential än nätet 3. Därmed kan överströmsavledaren betraktas såsom bildande en strömdelare som snabbt etablerar en kortslutning till jord eller eljest 10 15 20 25 30 35 5154671 10 lägre potential 8 i ändamål att avleda åtminstone en väsent- lig del av den i ledningen 2 flytande strömmen så att den icke når objektet l som skall skyddas. Om i objektet l före- ligger ett fel av allvarlig natur, exempelvis en kortslut- ning, som är av sanuna dignitet som den kortslutning som överströmsavledaren 7 förmår etablera kan sägas att i stora drag en halvering av strömrusningen till objektet l från nä- tet 3 uppstår som en konsekvens av överströmsavledaren 7 om felet ligger nära den senare. Vid jämförelse med fig 2b framgår således att den där illustrerade strömnivàn i2 som antydes utgöra i storleksordningen hälften av il kan sägas representera det värsta förekommande fallet. Under normala betingelser är avsikten att överströmsavledaren 7 skall förmå etablera en kortslutning som har bättre ledningsförmå- ga än den som motsvaras av kortslutningsfelet i objektet 1 som skall skyddas så att följaktligen huvuddelen av fel- strömmen avleds till jord eller eljest lägre potential via Av detta framgår att således i ett normalt felfall energiinjektionen in i objektet 1 vid ett överströmsavledaren 7 . uppstått fel blir väsentligt mindre än vad som antydes av fig 2d som en konsekvens av såväl lägre strömnivå i2 som kortare tid t2-t3. Överströmsavledaren 7 innefattar en mellan jord 8 eller nämnda lägre potential och ledningen 2 mellan objektet l och nätet 3 kopplad slutare. Denna innefattar dels ett styrdon 9, dels ett slutarorgan 10. Detta slutarorgan kan exempelvis utgöras av åtminstone en halvledarkomponent, t ex en tyris- tor, som i normaltillstånd är öppen, d v s isolerar relativt jord, till ett ledande tillstånd på mycket kort tid för att etab- lera strömreduktion genom avledning till jord. men i aktivt tillstånd via styrdonet 9 kan bringas I fig 3 illustreras också hurusom en överströmsbetingelser detekterande inrättning kan uppvisa åtminstone en och lämp- ligen flera sensorer 11-13 ägnade att avkänna sådana över- 10 15 20 25 30 35 515671 11 strömssituationer som tarvar aktivering av skyddsfunktionen.

Såsom också framgår av fig 3 kan dessa sensorer inbegripa en med 13 betecknad sensor lokaliserad i själva objektet 1 el- ler i dess närhet. Dessutom uppvisar detektorinrättningen en sensor 11 anordnad att avkänna överströmsbetingelser i led- ningen 2 uppströms den överströmsreducerande inrättningens 5 förbindning med ledningen 2. Såsom också kommer att förkla- ras i det följande är det lämpligt att en ytterligare sensor 12 finns för att avkänna den ström som flyter i ledningen 2 mot objektet l som skall skyddas, d v s den ström som redu- cerats med hjälp av den överströmsreducerande inrättningen 5. Det påpekas dessutom att sensorn 12 liksom eventuellt sensorn 13, ledningen 2 i riktning från objektet 1, där i objektet 1 magnetiskt lagrad energi ger upphov till en bort från objektet 1 gående ström. är kapabel att avkänna den ström som flyter i exempelvis i. fall Det påpekas att sensorerna ll-13 icke nödvändigtvis behöver utgöras av blott ström- och/eller spänningsavkännande senso- rer. Inom ramen för uppfinningen avses sensorerna kunna vara av sådan art att de överhuvudtaget förmår avkänna betingel- ser indikativa för förekomsten av ett fel av den arten att en skyddsfunktion skall initieras.

I fall där ett sådant fel uppstår att en felström kommer att flyta i riktning bort från objektet 1 är anordningen så ut- förd att dess styrenhet 14 kommer att styra den ytterligare brytaren 6 till slutning, om den skulle vara öppen, och dessutom den överströmsreducerande inrättningen 5 aktiveras så att kcrtslutningsströmmen kan avledas medelst densamma.

När exempelvis objektet l tänkes bestå av en transformator skulle funktionen vid uppstående av en kortslutning i den- samma kunna bli sådan att först kortslutningen ger upphov till en strömrusning in i transformatorn, något som detekte- ras och ger upphov till aktivering av inrättningen 5 i och för strömavledning. När väl strömmen som flyter mot trans- 10 15 20 25 30 35 515 671 12 formatorn 1 reducerats i erforderlig grad bringas brytaren 6 att bryta men, styrt av styrenheten 14, icke tidigare än att i förekommande fall den i transformatorn 1 magnetiskt lag- rade energin hinner flyta bort från transformatorn 1 och av- ledas via inrättningen 5.

Anordningen innefattar vidare en generellt med 14 betecknad styrenhet. Denna är förbunden med sensorerna 11-13, med den överströmsreducerande inrättningen 5 och med den ytterligare brytaren 6. Funktionen är därvid sådan att när styrenheten 14 via en eller flera av sensorerna 11-13 erhåller signaler indikativa för förekomst av oacceptabla felströmmar mot ob- jektet 1 styrs omgående den överströmsreducerande inrätt- ningen 5 för att snabbt åstadkomma den erforderliga strömre- duktionen. Styrenheten 14 kan vara så anordnad att den när sensorn 12 avkänt att strömmen eller spänningen reducerats i erforderlig grad styr brytaren 6 för att åstadkomma manövre- ring av denna för brytning när överströmmen befinner sig un- der en förutbestämd nivå. Ett sådant utförande säkerställer att brytaren 6 icke bringas att bryta förrän strömmen verk- ligen reducerats i sådan grad att icke brytaren 6 föreläggs uppgiften att bryta en så hög ström att den icke är adekvat dimensionerad för detta ändamål. Alternativt kan emellertid utförandet också vara sådant att brytaren 6 styrs till att bryta en viss förutbestämd tid efter att den överströmsredu- cerande inrättningen styrts till att ombesörja strömreduk- tion.

Effektbrytaren 4 kan uppvisa en egen detektorinrättning för att detektera överströmssituationer eller så kan den styras via styrenheten 14 på grundval av informationer från samma sensorer ll-13 som också styr den överströmsreducerande in- rättningens funktion.

I fig 3 illustreras hurusom den ytterligare brytaren 6 inne- fattar en kopplare 15 med metalliska kontakter. Denna kopp- 10 15 20 25 30 35 515 671 Qflgš 13 lare 15 är manövrerbar mellan brytande och slutande lägen medelst ett manöverdon 16, som i sin tur styrs av styrenhe- ten 14. Över denna kopplare 15 är parallellkopplad en shunt- ledning 17 uppvisande en eller flera komponenter 18 avsedda att undvika ljusbàgar vid separation av kopplarens 15 kon- takter genom att bringa shuntledningen 17 att övertaga strömledningen från kontakterna, Dessa komponenter är be- skaffade så att de förmår bryta eller begränsa strömmen. Så- ledes är avsikten att komponenterna 18 normalt skall hålla ledningsbanan i shuntledningen 17 bruten men sluta shuntled- ningen när kopplaren 15 skall öppnas så att följaktligen strömmen shuntas förbi kopplaren 15 och därigenom några ljusbågar icke uppstår eller eventuellt uppståndna ljusbågar effektivt släcks. tillhörande styrdon 19 anslutna till styrenheten 14 för styrändamål.

Komponenterna 18 uppvisar ett eller flera Enligt ett utförande av uppfinningen utgörs nämnda komponenter 18 av styrbara halvledarkomponenter, t ex släckbara tyristorer, 30. med erforderliga överspänningsskydd I serie med sagda ena eller flera komponenter 18 är anordnad en frànskiljare 20 för galvanisk separation i den medelst shuntledningen 17 skapade strömledningsvägen till objektet 1 som skall skyddas. Denna frànskiljare 20 är via ett manöver- don 21 styrd av styrenheten 14. I fig 3 illustreras från- skiljaren 20 såsom varande placerad i själva shuntledningen 17. Detta är givetvis icke nödvändigt. Frànskiljaren 20 skulle också kunna placeras i själva ledningen 2 så länge som den genom seriekoppling med sagda ena eller flera kompo- nenter 18 säkerställer reell galvanisk separation i den ge- nom seriekopplingen etablerade ledningsbanan så att således icke någon strömflytningsmöjlighet genom komponenterna 18 föreligger.

Sådan anordningen hittills beskrivits fungerar den på föl- jande vis: I frånvaro av fel är effektbrytaren 4 sluten lik- 10 15 20 25 30 35 5125 671 14 som också den ytterligare brytarens 6 kopplare 15. Komponen- terna 18 i shuntledningen 17 är i icke-ledande tillstånd.

Frånskiljaren 20 är sluten. Slutligen är den överströmsredu- cerande inrättningens 5 slutare 10 öppen, d v s den är i icke-ledande tillstånd. I denna situation måste givetvis slutaren 10 ha en adekvat elektrisk hållfasthet så att den icke oavsiktligt bringas till ledande tillstånd. Överspän- ningsförhållanden uppstående i ledningen 2 som en konsekvens av atmosfäriska (blixtnedslag) omständigheter eller kopp- lingsåtgärder får således icke komma att medföra att spän- ningshållfastheten hos slutaren 10 i dess icke-ledande till- stånd. överskrides. För detta ändamål är det lämpligt att koppla åtminstone en överspänningsavledare 22 parallellt över slutaren 10. I exemplet illustreras sådana överspän- ningsavledare på ömse sidor om slutaren 10. Överspänningsav- ledarna har följaktligen till uppgift att avleda sådana överspänningar som eljest skulle kunna riskera att medföra oavsiktligt genomslag i slutaren 10.

När nu ett överströmstillstånd registreras av någon av sen- sorerna ll-13 eller effektbrytarens 4 egen sensor (det inses givetvis att information från kretsbrytarens 4 egen sensor kan utnyttjas som grundval för styrning av den överströmsre- och .detta överströmstillstånd är av sådan dignitet att ett allvarligt fel hos objektet J. kan förväntas föreligga, ducerande inrättningen 5 enligt uppfinningen) inleds bryt- ningsfunktion. vad gäller effektbrytaren 4. Dessutom styr styrenheten 14 den överströmsreducerande inrättningen 5 att effektuera sådan reduktion, och detta närmare bestämt genom att via styrdonet 9 bringa slutaren 10 i elektriskt ledande tillstånd. snabbt, brytning av effektbrytaren 4, Såsom tidigare beskrivits kan detta ske mycket d v s på en bråkdel av den tid som erfordras för varför objektet 1 som skall skyddas omgående befrias från den fulla kortslutningsström- men från nätet 3 genom att slutaren 10 avleder åtminstone en väsentlig del och i praktiken huvuddelen av strömmen till 10 15 20 25 30 35 515 671 af 15 jord eller eljest lägre potential. Sá snart den ström som flyter mot objektet 1 via den ytterligare brytaren 6 reduce- rats i erforderlig grad, vilket kan fastställas rent tids- mässigt genom en tidsdifferens mellan aktivering av slutaren 10 och brytarens 6 manövrering, eller genom avkänning av den ström som flyter i ledningen 2 næflelst exempelvis sensorn 12, styrs via styrenheten 14 kopplarens 15 manöverorgan 16 För ljusbågsutsläck- ning eller undvikande av ljusbågar styrs i anslutning där- till öppnande av kopplarens kontakter. till via styrdonen 19 komponenterna 18, t ex släckbara ty- ristorer eller gasswitchar, till att etablera ledningsförmá- ga hos shuntledningen 17. När väl kopplaren 15 öppnats och således ombesörjt galvanisk separation styrs komponenten 18 ånyo 'till att bringa shuntledningen 17 till icke-ledande tillstànd. Därmed har strömmen från nätet 3 mot objektet 1 effektivt brutits. Efter att shuntledningen 17 bragts till icke-ledande tillstånd kan dessutom galvanisk separation ef- fektueras med hjälp av frånskiljaren 20 genom styrning av dess manöverdon 21 från styrenheten 14. När väl alla dessa incidenter inträffat sker som sista moment brytning med hjälp av effektbrytaren 4. Det är viktigt att notera att så- väl den överströmsreducerande inrättningen 5 som den ytter- ligare brytaren 6 enligt ett första utförande företer repe- titiv funktion. fastställts att effektbrytaren 4 brutit återställs slutaren 10 till icke-ledande tillstånd och sluts ånyo kopplaren 15 När således med hjälp av sensorerna 11-13 samt frànskiljaren 20 så att nästa gång effektbrytaren 4 sluter, skyddsanordningen är i. fullständig funktionsbered- skap. Enligt ett annat utförande inbegripes emellertid att den överströmsreducerande inrättningen 5 kan erfordra utbyte av en eller flera delar för att ånyo fungera.

Det påpekas att enligt ett alternativt utförande av uppfin- ningen komponenten eller komponenterna 18 skulle kunna bringas i ledande tillstånd så snart den överströmsreduce- rande inrättningen 5 bragts i slutande tillstànd, och detta 10 15 20 25 30 35 515 671 ¿:-_'j;_ 'än 5-- 16 oberoende av att kopplaren 15 till äventyrs ej därefter öpp- nas. Styrningen av komponenterna 18 skulle därvid såsom ti- digare beskrivits kunna ske via styrenheten 14 eller alter- nativt genom en styrfunktion innebärande slaviskt följande av inrättningens 5 slutande.

I fig 4 illustreras ett alternativt utförande av den över- I stället för att som i fig 3 förlita sig på en halvledarslutare avses vid utföran- det enligt fig 4 ett i ett gap 24 mellan elektroder 23 be- fintligt medium kunna bibringas elektrisk ledningsförmåga strömsreducerande inrättningen 5. med hjälp av ett styrdon 9a. Detta styrdon är anordnat att styra funktionen av organ 25 för att bringa eller åtminstone initiera mediet eller en del därav i gapet 24 till ledande tillstånd. bringa mediet i gapet 24 att antaga elektrisk ledningsförmå- Nämnda organ 25 är i exemplet anordnade att ga genom att bringa eller åtminstone bistå med att bringa mediet till jonisering/plasma. Det föredrages att organen 25 innefattar minst en laser, som genom energitillförsel till mediet i gapet 24 ombesörjer joniseringen. Såsom framgår av fig 4 kan därvid en spegel 26 nyttjas för erforderlig av- länkning av laserstrålknippet. Det påpekas i detta samman- hang att utförandet enligt Fig 4 kan vara sådant att organen 25 icke ensamma ger upphov till jonisering/plasma i. hela elektrodgapet. Således kan avsikten vara att ett över gapet pålagt elektriskt fält skall ringen/plasmabildningen, varvid med hjälp av organen 25 bidraga vid jonise- blott en del av mediet i gapet joniseras så att därefter det elektriska fältet i gapet ger upphov till etablering av plasma i hela gapet. Det påpekas i detta sammanhang att i elektrodgapet kan finnas icke blott ett medium bestående av olika gaser eller gasblandningar utan också vakuum. I fallet med vakuum sker initiering medelst laser vid åtminstone en av elektroderna, som således kommer att fungera såsom elek- tron- och jongivare för etablering av en joniserad miljö/ett plasma i elektrodgapet. 10 15 20 25 30 35 515 571 'iv 17 I Fig 5 illustreras ett utförande där en generator lb via en transformator la är kopplad till ett elkraftnät 3a. De ob- jekt som skall skyddas representeras följaktligen av trans- formatorn la och generatorn lb. Den överströmsreducerande inrättningen 5a och den ytterligare brytaren 6a samt den or- dinarie effektbrytaren 4a är som synes anordnade i likhet med vad som framgår av Fig l för det fall att det där visade objektet 1 tänkes bilda objektet la enligt Fig 5. I detta avseende hänvisas följaktligen till de beskrivningar som le- vereras med avseende på Fig 1. Detsamma gäller för den över- strömsreducerande inrättningens 5c och den ytterligare bry- I detta fall skulle följaktligen generatorn lb kunna likställas med tarens 6c skyddsfunktion gentemot generatorn lb. objektet 1 i Fig 1 medan transformatorn la skulle kunna lik- ställas med utrustningen 3 i Fig 1. Följaktligen kommer den överströmsreducerande inrättningen 5c och den. ytterligare brytaren 6c att i kombination med den konventionella effekt- brytaren 4b kunna skydda generatorn lb mot strömrusning i riktning från transformatorn la.

Som tillkommande inslag i Fig 5 förekommer den ytterligare överströmsreducerande inrättningen 5b med tillhörande ytter- ligare brytare 6b. Som synes kommer följaktligen på ömse si- dor' om transformatorn la att finnas överströmsreducerande inrättningar 5a och 5b. Det påpekas därvid att respektive ytterligare brytare 6a och 6b är förlagda i förbindelserna mellan nämnda överströmsreducerande inrättningar 5a och 5b och transformatorn la. Den ytterligare överströmsreducerande inrättningen 5b avses skydda transformatorn la från ström- rusningar mot transformatorn från generatorn lb. Som synes kommer effektbrytaren 4b att kunna bryta oberoende av i vil- ken riktning mellan objekten la och lb skyddsfunktion öns- kas. 515 671 18 Det bör noteras att ovan presenterade beskrivning enbart bör betraktas såsom exemplifierande för den uppfinningstanke, varpå uppfinningen bygger. Det är således uppenbart för fackmännen inom området att detaljmodifieringar kan göras utan att för den skull lämna uppfinningens ram. Såsom exem- pel kan påpekas att som slutare 10 också skulle kunna använ- das en mekanisk slutare.

Claims (21)

10 15 20 25 30 35 ; | « | « a ; . » « || 515 671 19 f. w. mun- Patentkrav

1. Anordning för' att vid. en elkraftanläggning skydda ett till ett elkraftnät (3) eller annan i. elkraftanläggningen ingående utrustning anslutet objekt (1) fràn felrelaterade överströmmar, varvid anordningen, innefattar en elkopplare (4) i en ledning (2) mellan objektet och nätet/utrustningen, varvid ledningen (2) till en mellan objektet och elkopplaren är (5), vilken är aktiverbar för överströmsreduktion med bistånd av detekterande (ll-13) inonl en tidsrymd som 'väsentligt understiger elkopplarens ansluten överströmsreducerande inrättning en överströmsbetingelser inrättning bryttid, varvid anordningen innefattar en till den överströmsreducerande inrättningen (5) och till den överströmsbetingelser detekterande inrättningen (11-13) ansluten styrenhet (14) anordnad att med ledning av information fràn den överströmsbetingelser detekterande inrättningen (ll-13) styra den överströmsreducerande inrättningen (5) så av pàkallat, till slutning när skyddsskäl är och varvid anordningen innefattar en i ledningen mellan elkopplaren (4) och objektet anordnad ytterligare brytare (6), som är anordnad mellan den överströmsreducerande inrättningen (5) och objektet (l), kännetecknad därav, en och samma styrenhet (14) är anordnad att pà grundval av informationer från den överströmsbetingelser detekterande inrättningen (ll-13) styra både den överströmsreducerande inrättningen (5) cmh den, ytterligare brytaren. (6) och. att styrenheten (14) är anordnad att styra den ytterligare brytaren (6) att bryta först när överströmmen mot eller fràn objektet (1) reducerats medelst den överströmsreducerande inrättningen (5) men väsentligt tidigare än elkopplaren (4).

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad därav, att elkopp- laren (4) utgörs av en effektbrytare. 10 l5 20 25 30 35 1 = \ . _ | » . 1 - . - . . > . s ;

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, gågnetegknad därav, att den överströmsreducerande inrättningen (5) innefattar en överströmsavledare (7) jord (8) tet/utrustningen. för avledning av överströmmar till eller eljest annan enhet med lägre potential än nä-

4. Anordning enligt krav 3, .kännetecknad därav, att över- strömsavledaren (7) innefattar en mellan jord eller nämnda lägre potential och ledningen nellan objektet (1) och nät- et/utrustningen (3) kopplad slutare (10). att slutaren

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav, (10) innefattar åtminstone en halvledarkomponent. att slutaren (25)

6. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav, (ioa) (24) bringa eller åtminstone initiera elektrodgapet eller åtmins- uppvisar ett elektrodgap och organ för att tone en del därav att antaga elektrisk ledningsförmåga.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav, (25) att antaga elektrisk ledningsförmåga är anordnade att bringa att organen för att bringa eller åtminstone initiera elektrodgapet gapet eller en del därav till formen av ett plasma.

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad därav, (25) eller en del därav att antaga elektrisk ledningsförmága in- att organen för att bringa eller åtminstone initiera elektrodgapet nefattar minst en laser. kännetecknad är anordnad att manövrera den

9. Anordning enligt något föregående krav, (14) brytaren till brytning när överströmmen mot därav, att styrenheten ytterligare eller från objektet (l) av' den. detekterande inrättningen (ll-13) anges vara under en förutbestämd nivà. 10 15 20 25 30 35 1. men ,| w»- 515 571 :ïafïß-f v - - . . - 1 n . v q 21

10. Anordning enligt något föregående krav, kännetegknad innefattar en kopp- (17) för undvikande av ljusbågar (15) att övertaga strömledningen från därav, att den ytterligare brytaren (6) (15), en eller flera komponenter lare över vilken är kopplad en shuntledning med (18) vid. separation, av' kontakter' hos kopplaren genonx att bringa shuntledningen (17) kontakterna.

11. Anordning enligt krav 10, kännetecknad därav, att sagda ena eller flera komponenter (18) i shuntledningen (17) är slutbara till ledning genom styrning via styrenheten (14).

12. Anordning enligt krav 10 eller 11, kännetecknad därav, att sagda ena eller flera komponenter (18) utgörs av styrba- ra halvledarkomponenter.

13. Anordning enligt något av' kraven 10-12, kännetecknad därav, att sagda ena eller flera komponenter (18) är försed- da med minst ett överspänningsskydd (30).

14. Anordning enligt något av kraven 10-13, kännetegknag därav, att i serie med sagda ena eller flera komponenter (18) är anordnad en fränskiljare (20) för galvanisk separa- tion.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad därav, att från- för att sty- (15) till att ha brutit och sagda ena eller flera komponenter brytande tillstånd. skiljaren (20) är kopplad till styrenheten (14) ras av denna till öppnande efter att kopplaren styrts (18) bragts i shuntledningen (17) känneteçknad (22) är kopp-

16. l6. Anordning enligt nàgot föregående krav, därav, att åtminstone en överspänningsavledare lad. parallellt med den överströmsreducerande inrättningen (5)- 10 15 5'l5 6:71 H.n .. .KA. ..~q ...H .,,.'.; .; '.. . .. . -. _..H;; . = . i .. . .. . . - .. 22 kännetecknad (1) utgörs av en elektrisk

17. Anordning enligt något föregående krav, att det skyddade objektet apparat med magnetkrets. därav,

18. Anordning enligt krav 17, kännetecknad därav, att objek- tet utgörs av en generator, transformator eller motor. kännetegknad t ex en ka-

19. Anordning enligt något av kraven l-16, därav, att objektet utgörs av en kraftledning, bel.

20. Anordning enligt något föregående krav, kågnegegknag därav, att tvä överströmsreducerande inrättningar är anord- nade på ömse sidor av' objektet för att tväsidigt skydda detta.

21. Användning av en anordning enligt något föregående krav för skydd av ett objekt mot felrelaterade överströmmar.