SE516373C2

SE516373C2 - Electrical protective device has detector to sense false increase in current level transient increase in current level to activate current limiter

Info

Publication number: SE516373C2
Authority: SE
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2002-01-08
Also published as: WO2000038292A1; SE9804496L; AU2135700A; SE9804496D0; EP1149450A1; JP2002534043A

Abstract

A detector (102) senses a transient increase in current level and a false increase in current level. A current limiter (101) is activated, when there is an actual increase in current level. A circuit breaker (103) is arranged to open the circuit upon the detection of a fault current but kept closed when transient increase in current is detected. An independent claim is also included for method of short circuiting current.

Description

516 373 2 Behovet av att bryta felströmmen men å andra sidan undvika att bryta en hög lastström fordrar särskiljning mellan en felström och en hög lastström. Detta orsakar emellertid problem eftersom beslutet att bryta strömmen måste tas inom en kort tid innan strömnivån når den farliga nivån. Denna kan uppträda inom delar av en ms. Inom en så kort tid är det nästan omöjligt att bestämma om den förhöjda strömmen är en felström eller en stor last. 516 373 2 The need to break the fault current but on the other hand to avoid breaking a high load current requires a distinction between a fault current and a high load current. However, this causes problems because the decision to cut off the power must be made within a short time before the current level reaches the dangerous level. This can occur within parts of an ms. In such a short time, it is almost impossible to determine whether the elevated current is a fault current or a large load.

Mot denna bakgrund är ett ändamål med den föreliggande uppﬁnningen att erhålla en lösning på detta problem samt att åstadkomma en anordning och ett förfarande som kan skydda elektrisk utrustning i ett system från stora felströmmar, men som inte bryter strömmen om den förhöjda strömnivån är ett resultat en tem- porär hög lastström.Against this background, an object of the present invention is to obtain a solution to this problem and to provide a device and a method which can protect electrical equipment in a system from large fault currents, but which does not break the current if the elevated current level is a result of a temporary high load current.

Redogörelse för uppﬁnningen Detta ändamål har uppnåtts i det att en anordning av det slag som anges i patentkravets 1 ingress innefattar egenskaper som anges i den kännetecknande delen av detta patentkrav, i det att en elektrisk krets som den i ingressen till pa- tentkrav 7 innefattar egenskaperna enligt den kännetecknande delen av detta pa- tentkrav, i det att ett förfarande som det som anges i ingressen till patentkrav 9 in- nefattar åtgärderna som anges i den kännetecknande delen av detta patentkrav samt genom den användning som anges i patentkrav 13.DESCRIPTION OF THE INVENTION This object has been achieved in that a device of the type stated in the preamble of claim 1 comprises properties specified in the characterizing part of this claim, in that an electrical circuit such as that in the preamble of claim 7 comprises the properties according to the characterizing part of this patent claim, in that a procedure such as that stated in the preamble of claim 9 comprises the measures specified in the characterizing part of this patent claim and through the use specified in claim 13.

Vid uppträdandet av en förhöjd ström bryts inte strömmen omedelbart utan begränsas bara medelst felströmsbegränsaren (FCL). Begränsning av strömmen sker så snart som ett utlösningsförhållande, som indikerar den förhöjda strömni- vån, uppfylls och detta sker nästan omedelbart, dvs inom 1 ms. Därmed skyddas den elektriska utrustningen omedelbart, men strömmen är ännu inte bruten. Detta ger en möjlighet att senarelägga beslutet av om strömmen skall brytas eller inte till det att det är möjligt att bestämma om det är en felström eller en transient last- ström. En dylik bestämning görs inom 50 ms. inom denna tid har strömmen ge- nomlöpt minst en halv period och det är sedan enkelt att särskilja en felström från andra orsaker till den förhöjda strömnivån. I det första fallet bryts strömmen vid detta tillfälle, annars inte.When an elevated current occurs, the current is not cut off immediately but is limited only by the residual current current limiter (FCL). Limitation of the current occurs as soon as a tripping ratio, which indicates the elevated current level, is met and this occurs almost immediately, ie within 1 ms. This protects the electrical equipment immediately, but the power is not yet cut off. This provides an opportunity to postpone the decision of whether or not to cut off the current until it is possible to determine whether it is a fault current or a transient load current. Such a determination is made within 50 ms. within this time, the current has been through for at least half a period and it is then easy to distinguish a fault current from other causes to the increased current level. In the first case, the power is cut off at this time, otherwise not.

Utan att begränsa strömmen skulle en felström ha förstört utrustningen in- nan det skulle ha varit möjligt att utvärdera om det var en felström eller inte. 20 25 30 516 373 3 Huvudfördelarna med att begränsa felströmmarnas amplitud vid kortslut- ningar i matningssystem är: o Den mekaniska och termiska påkänningen på anordningen och komponenter- na reduceras. o Brytare och annan utrustning med lägre kortslutningsmärkström kan användas. o Utökad matningskvalitet tack vare en reducerad varaktighet av spänningsfall.Without limiting the current, a fault current would have destroyed the equipment before it would have been possible to evaluate whether it was a fault current or not. 20 25 30 516 373 3 The main advantages of limiting the amplitude of fault currents in the event of short circuits in the supply system are: o The mechanical and thermal stress on the device and its components is reduced. o Switches and other equipment with lower short-circuit rated current can be used. o Increased supply quality due to a reduced duration of voltage drops.

Grundprincipen för felströmsbegränsning är att utöka impedansen i kret- sen mellan källan och läget för felet. Ett stort antal felströmbegränsare (FCL) har diskuterats i litteraturen, även om det inte finns några produkter för medium- och högspänningssystem som har flerskottsfunktion, som kan återställas för repetitiv funktion. Det föreligger att antal möjliga skäl: o Relationen mellan kostnad och uppnådd funktion. o Användningen av en teknik som ännu ej är fullbordad. o Storleken på anordningen. o Den önskade funktionen kan inte uppnås.The basic principle for fault current limitation is to increase the impedance in the circuit between the source and the position of the fault. A large number of fault current limiters (FCL) have been discussed in the literature, although there are no products for medium and high voltage systems that have multi-shot function, which can be reset for repetitive function. There are a number of possible reasons: o The relationship between cost and function achieved. o The use of a technology that has not yet been completed. o The size of the device. o The desired function cannot be achieved.

En viktig synpunkt är att kostnaden för en felströmbegränsare måste jäm- föras med kostnadsfördelarna med ett komplett system som är dimensionerat för en lastström och inte bara kostnadsfördelen med en enda komponent.An important point of view is that the cost of a fault current limiter must be compared with the cost advantages of a complete system that is dimensioned for a load current and not just the cost advantage of a single component.

Mycket stora strömmar kan uppnås när en kortslutning uppträder i ett mat- ningssystem. Strömmens amplitud beror av systemets kortslutningsimpedans vid läget för felet och typen av fel (enkelt linjejordfel, tvåfas linje-till-linjefel eller ett tre- fasfel).Very large currents can be achieved when a short circuit occurs in a supply system. The amplitude of the current depends on the system's short-circuit impedance at the fault position and the type of fault (single-line earth fault, two-phase line-to-line fault or a three-phase fault).

En begränsad felström har en konstant amplitud. Vid inkoppling av en transformator eller annan last kan det förekomma en stor transient ström med minskande amplitud. Om denna ström begränsas kommer tidkonstanten att mins- ka på grund av den ökande resistansen. Det är alltså möjligt att skilja mellan en felström och en rusström. Resultatet blir att det föreligger tillräcklig tid för en skyddskrets att besluta om kretsbrytaren skall utlösas eller ej. Den mängd energi som går förlorad genom FCL kommer även att bli mycket mindre eftersom FCL begränsar strömmen under enbart en kort period tills stabila förhållanden har nåtts. En FCL kommer inte bara att begränsa strömmen utan även medge att sta- bila förhållanden kan återtagas mycket snabbare. 20 25 30 516 373 4 Enligt en föredragen utföringsform av uppﬁnningen utgör utlösningsförhål- landet strömnivån i sig. Därmed uppnås ett tillförlitligt och enkelt sätt att aktivera FCL.A limited fault current has a constant amplitude. When connecting a transformer or other load, there may be a large transient current with decreasing amplitude. If this current is limited, the time constant will decrease due to the increasing resistance. It is thus possible to distinguish between a fault current and an intoxication current. The result is that there is sufficient time for a protection circuit to decide whether the circuit breaker should be triggered or not. The amount of energy lost through FCL will also be much smaller as FCL limits the current for only a short period until stable conditions have been reached. An FCL will not only limit the current but also allow stable conditions to be regained much faster. 20 25 30 516 373 4 According to a preferred embodiment of the invention, the trip ratio is the current level itself. This achieves a reliable and easy way to activate FCL.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform innefattar FCL ett variabelt motstånd som snabbt kan växla mellan ett läge med liten och hög resistans.According to a further preferred embodiment, the FCL comprises a variable resistor which can quickly switch between a position of low and high resistance.

Tack vare att motståndet med de angivna egenskaperna ingår som en vä- sentlig komponent i FCL, kan strömmen begränsas avsevärt när motståndet styrs till sitt läge med mycket stor resistans. Eftersom detta sker mycket snabbt kan strömmen begränsas innan den orsakar någon skada på den anslutna elektriska utrustningen. Motståndets ökning möjliggör även att svängningar i kretsen snabbt kan dämpas. En FCL av detta slag kan även göras extremt liten, enkel och prisbil- lig samt utan elektriska ljusbågar.Due to the fact that the resistor with the specified properties is included as an essential component in FCL, the current can be considerably limited when the resistor is controlled to its position with very high resistance. As this happens very quickly, the current can be limited before it causes any damage to the connected electrical equipment. The increase in resistance also enables oscillations in the circuit to be attenuated quickly. An FCL of this kind can also be made extremely small, simple and inexpensive and without electric arcs.

Enligt ännu en ytterligare föredragen utföringsform är motståndet av en typ som har tryckberoende resistans, så att resistansen minskar med ökande tryck och vice versa. Med ett motstånd av detta slag är det lätt att snabbt växla från motståndets extremlägen. Detta utgör därför en föredragen utföringsform av upp- ﬁnningen.According to yet another preferred embodiment, the resistor is of a type which has pressure-dependent resistance, so that the resistance decreases with increasing pressure and vice versa. With a resistor of this kind, it is easy to quickly switch from the extreme positions of the resistor. This therefore constitutes a preferred embodiment of the invention.

Vid en särskilt föredragen utföringsform är det tryckberoende motståndet av en typ som omfattar ett pulver, där pulvret i komprimerad form uppför sig som en homogen ledare och i icke komprimerat läge har ett stort antal kontaktpunkter och följaktligen en stor total resistans. Ett pulverbaserat variabelt motstånd be- skrivs i PCT/SE 98100679, vars innehåll härmed inbegrips i denna ansökan genom denna hänvisning. Motståndet som användes vid den föreliggande ansökan är lämpligen av den typ som beskrivs i nämnd PCT-ansökan.In a particularly preferred embodiment, the pressure-dependent resistor is of a type comprising a powder, where the powder in compressed form behaves like a homogeneous conductor and in non-compressed position has a large number of contact points and consequently a large total resistance. A powder-based variable resistor is described in PCT / SE 98100679, the contents of which are hereby incorporated into this application by this reference. The resistor used in the present application is suitably of the type described in said PCT application.

Vid en föredragen utföringsform av uppﬁnningen innefattar anordningen organ för återställning av FCL efter avkänningen av en förhöjd strömnivå. FCL återställs oberoende av om den avkända förhöjda nivån föreligger på grund av en felström eller en rusström. Företrädesvis är kretsbrytaren anordnad att slutas på nytt efter dess brytning och efter återställningen av FCL.In a preferred embodiment of the invention, the device comprises means for resetting the FCL after sensing an elevated current level. FCL is reset regardless of whether the sensed elevated level is due to a fault current or an intoxication current. Preferably, the circuit breaker is arranged to be closed again after its breaking and after the reset of the FCL.

Fördelaktiga utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen innefattar åtgärder som motsvarar de angivna föredragna utföringsformerna av anordningen enligt uppﬁnningen.Advantageous embodiments of the method according to the invention comprise measures which correspond to the stated preferred embodiments of the device according to the invention.

Ovan angivna och andra fördelaktiga utföringsformer av uppﬁnningen an- ges i de självständiga patentkraven. 20 25 30 - ~ c ø u: o u « c n a n av 516 373 5 felström eller en rusström. Företrädesvis är kretsbrytaren anordnad att slutas på nytt efter dess brytning och efter återställningen av FCL.The above and other advantageous embodiments of the invention are set out in the independent claims. 20 25 30 - ~ c ø u: o u «c n a n of 516 373 5 fault current or an intoxication current. Preferably, the circuit breaker is arranged to be closed again after its breaking and after the reset of the FCL.

Fördelaktiga utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen innefattar åtgärder som motsvarar de angivna föredragna utföringsformerna av anordningen enligt uppfinningen.Advantageous embodiments of the method according to the invention comprise measures which correspond to the stated preferred embodiments of the device according to the invention.

Ovan angivna och andra fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen an- ges i de självständiga patentkraven.The above and other advantageous embodiments of the invention are set out in the independent claims.

Kort redogörelse för ritningarna Figur 1 visar en schematisk representation av principen för uppfinningen.Brief description of the drawings Figure 1 shows a schematic representation of the principle of the invention.

Figur 2 visar en kurva som illustrerar felström och rusström utan strömbe- gränsning.Figure 2 shows a curve illustrating fault current and intoxication current without current limitation.

Figur 3 visar en kurva i likhet med den i fig. 2, men med strömbegränsning.Figure 3 shows a curve similar to that in Figure 2, but with current limitation.

Figur 4 visar en schematisk vy av ett matningsnät vid uppkomsten av en kortslutning.Figure 4 shows a schematic view of a supply network at the occurrence of a short circuit.

Figur 5 visar en kurva över strömmen som funktion av tiden när uppﬁnningen är applicerad på nätet enligt fig. 4.Figure 5 shows a curve of the current as a function of time when the invention is applied to the network according to Figure 4.

Figur 6 visar en liknande kurva, men utan strömbegränsning.Figure 6 shows a similar curve, but without current limitation.

Figur 7 visar en schematisk vy av matningsnätet enligt ﬁg. 4 vid magnetise- ring av en transformator.Figure 7 shows a schematic view of the supply network according to ﬁ g. 4 when magnetizing a transformer.

Figur 8 visar en kurva liknande den i fig. 5 när uppfinningen är applicerad på nätet enligt fig. 7.Figure 8 shows a curve similar to that of Figure 5 when the invention is applied to the network according to Figure 7.

Figur 9 visar en liknande kurva, men utan strömbegränsning.Figure 9 shows a similar curve, but without current limitation.

Figur 10 visar schematiskt ett motstånd enligt en utföringsform av uppﬁnning- en i sammanpressat tillstånd.Figure 10 schematically shows a resistor according to an embodiment of the invention in a compressed state.

Figur 11 visar schematiskt motståndet enligt fig. 10 i expanderat tillstånd.Figure 11 schematically shows the resistor according to Figure 10 in an expanded state.

Beskrivning av föredragna» utföringsformer av uppﬁnningen I fig. 1 illustreras funktionsprincipen för uppﬁnningen i ett blockschema.Description of preferred embodiments of the invention Fig. 1 illustrates the operating principle of the invention in a block diagram.

Block 104 representerar mätning av en eller flera parametrar som direkt eller indi- rekt indikerar en hög ström Detta kan vara strömnivån som sådan, spänningsnivån eller någon annan parameter eller kombination av parametrar. Om det i block 104 avkänns att utlösningsförhållandet har uppfyllts, exempelvis att strömnivån är mer än tre gånger den normala strömnivån, aktiveras FCL 101 för att begränsa ström- 20 25 516 373 6 men. Avkänningen av om utlösningsförhållandet har uppfyllts och aktiveringen av FCL utförs mycket snabbt, inom mindre än en ms. Därigenom begränsas ström- men innan den förhöjda strömmen orsakar någon skada på den elektriska utrust- ningen nedströms skyddsanordningen. Detta ger tid för analys av om denförhöjda strömmen är en felström eller ej.Block 104 represents the measurement of one or more parameters that directly or indirectly indicate a high current. This can be the current level as such, the voltage level or some other parameter or combination of parameters. If in block 104 it is sensed that the trip condition has been met, for example that the current level is more than three times the normal current level, FCL 101 is activated to limit the current. The sensing of whether the trip condition has been met and the activation of the FCL is performed very quickly, in less than one ms. This limits the current before the increased current causes any damage to the electrical equipment downstream of the protection device. This provides time for analysis of whether the elevated current is a fault current or not.

Block 102 representerar detekteringsorgan för att utvärdera om den för- höjda strömmen är en felström eller en transient Iastström. Eftersom strömmen nu är begränsad är det inte längre bråttom att göra det mycket snabbt. Normalt kan denna utvärdering ske inom en hel period, dvs 20 ms.Block 102 represents detection means for evaluating whether the increased current is a fault current or a transient Iast current. As the current is now limited, it is no longer urgent to do so very quickly. Normally, this evaluation can take place within an entire period, ie 20 ms.

Om det avkänns att den förhöjda strömnivån orsakats av en transient last- ström, dvs inte något fel, följer processen linje I, varvid FCL återställs och ström- matningen fortsätter såsom representeras av block 105.If it is sensed that the elevated current level is caused by a transient load current, i.e. no fault, the process follows line I, whereby the FCL is reset and the current supply continues as represented by block 105.

Skulle en felström avkännas så följes linje ll, varvid kretsbrytaren (CB) 103 bryter för att stoppa strömmen. CB:s funktionstid är ca. 30 ms. Felhävningstiden, varaktigheten från det tillfälle då fel uppstår till det att felströmmen bryts, kommer således att vara ca. 50 ms (summan av avkänningstiden och felhävningstiden).Should a fault current be detected, line ll is followed, whereby the circuit breaker (CB) 103 switches to stop the current. CB's operating time is approx. 30 ms. The fault rectification time, the duration from the time when a fault occurs until the fault current is interrupted, will thus be approx. 50 ms (sum of the detection time and the error recovery time).

Fig. 2 visar en kurva som illustrerar skillnaden mellan en felström (kurva Fj) och en rusström (Tj), när det inte förekommer någon strömbegränsning.Fig. 2 shows a curve illustrating the difference between a fault current (curve Fj) and an intoxication current (Tj), when there is no current limitation.

Fig. 3 visar en kurva som på motsvarande sätt illustrerar strömmarna när strömbegränsning är applicerad, där F2 är felströmmen och T2 är rusströmmen.Fig. 3 shows a curve which correspondingly illustrates the currents when current limitation is applied, where F2 is the fault current and T2 is the intoxication current.

Aktiveringen av strömbegränsaren är anordnad att ske vid ca. 3 kA i det visade exemplet. Såsom är uppenbart från fig. 3 kan felströmmen klart särskiljas från rusströmmen redan under den första perioden efter begränsningen av strömmen, dvs inom 20 ms. Genom utvärdering av informationen såsom den ges i ﬁg. 3, kan det bestämmas om FCL var aktiverad på grund av felström eller inte och följaktli- gen bryts kretsbrytaren i motsvarighet därtill eller bibehålls sluten.The activation of the current limiter is arranged to take place at approx. 3 kA in the example shown. As is apparent from Fig. 3, the fault current can be clearly distinguished from the intoxication current already during the first period after the limitation of the current, i.e. within 20 ms. By evaluating the information as it is given in ﬁ g. 3, it can be determined whether the FCL was activated due to a fault current or not and consequently the circuit breaker is broken accordingly or is kept closed.

De båda situationerna illustreras ytterligare i fig. 4 - 9. Fig. 4 visar ett schema för en del av ett elektriskt nät på vilket uppfinningen är applicerad. I gre- nen 15 av nätet visas tre elektriska komponenter 11, 12, 13, av vilka 12 är en transformator och 13 är en motor. Med hänvisningsbeteckningen 14 betecknas en kortslutning. l grenen 15 är en skyddsanordning 10 enligt uppfinningen anordnad uppströms utrustningen.The two situations are further illustrated in Figs. 4-9. Fig. 4 shows a diagram of a part of an electrical network to which the invention is applied. Branch 15 of the network shows three electrical components 11, 12, 13, of which 12 is a transformer and 13 is a motor. The reference numeral 14 denotes a short circuit. In the branch 15, a protection device 10 according to the invention is arranged upstream of the equipment.

Fig. 5 visar situationen i fig. 4. Vid punkt A avkänns en förhöjning av strömmen som överstiger utlösningsförhållandet. Nästan omedelbart (inom 1 ms) 20 25 Q o | u o. 5.16 373 7 e o ø - | a .- begränsas strömmen. Vid punkt B, som uppträder en period senare, är den förhöj- da strömmen identifierad som en felström och vid punkt C, ytterligare 30 ms se- nare, bryts strömmen.Fig. 5 shows the situation in Fig. 4. At point A, an increase in the current exceeding the trip ratio is detected. Almost immediately (within 1 ms) 20 25 Q o | u o. 5.16 373 7 e o ø - | a .- the current is limited. At point B, which occurs a period later, the elevated current is identified as a fault current and at point C, a further 30 ms later, the current is interrupted.

Fig. 6 visar vad som skulle ha hänt om skyddsanordningen 10 inte före- kom, dvs vid användning av tekniken med direkt brytning av strömmen så fort en felström är identifierad. Den mycket stora strömmen på grund av kortslutningen skulle vara under den tid som det tar för att identiﬁera en felström och den tid det tar för att aktivera CB. Såsom visas i figuren sträcker sig denna tid från A' till C' över mer än två perioder, kanske även tre perioder.Fig. 6 shows what would have happened if the protection device 10 did not occur, ie when using the technique of direct interruption of the current as soon as a fault current is identified. The very large current due to the short circuit would be during the time it takes to identify a fault current and the time it takes to activate CB. As shown in the figure, this time from A 'to C' extends over more than two periods, perhaps even three periods.

Fig. 7 visar samma nät som i ﬁg. 4 i en situation när transformatorn 12 skall magnetiseras genom slutning av kontakten 16. Någon kortslutning föreligger inte.Fig. 7 shows the same net as in ﬁ g. 4 in a situation where the transformer 12 is to be magnetized by closing the contact 16. There is no short circuit.

Fig. 8 visar ett diagram liknande det enligt ﬁg. 5 och åskådliggörande funk- tionsförloppet under magnetiseringen av transformatorn. Så fort kretsbrytaren 16 sluts höjer magnetiseringsströmmen strömnivån över utlösningsnivån, som av- känns vid A" och följaktligen begränsas strömmen. Vid punkt B", en period senare, avkänns att strömmen inte är någon felström. Därför återställs strömbegränsaren och strömmatningen fortsätter utan avbrott.Fig. 8 shows a diagram similar to that of ﬁ g. 5 and illustrating the course of operation during the magnetization of the transformer. As soon as the circuit breaker 16 is closed, the excitation current raises the current level above the trip level, which is sensed at A "and consequently the current is limited. At point B", a period later, it is sensed that the current is not a fault current. Therefore, the current limiter is reset and the power supply continues without interruption.

Fig. 9 visar den i fig. 7 återgivna situationen, men utan strömbegränsare.Fig. 9 shows the situation shown in Fig. 7, but without current limiter.

Såsom framgår därav är huvudskillnaden att med strömbegränsare (fig. 8) be- gränsas strömmen under ungefär en halvperiod, vilket är fördelaktigt eftersom transformatorn snabbare når stationärt tillstånd.As can be seen, the main difference is that with current limiters (Fig. 8) the current is limited for about half a period, which is advantageous because the transformer reaches steady state more quickly.

Fig. 10 och 11 visar principen för ett variabelt motstånd enligt en utfö- ringsform av uppfinningen. Fig. 10 visar motståndet i ett läge med mycket liten re- sistans och i fig. 11 är resistansen mycket stor. Anordningen kan enkelt beskrivas som en behållare 1 av icke ledande material med en vägg 2, 3 av ledande material vid vardera änden, varvid varje ändvägg 2, 3 är förbunden med en ledare 4, 5. I behållaren finns ett pulver, exempelvis TiB2, med en partikelstorlek av ungefär 10 pm. Ändväggen 3 är förskjutbar sidledes i figuren och är i ett läge i ﬁg. 10 där den starkt trycker mot pulvret. I fig. 11 är ändväggen tillbakadragen så att den inte trycker samman pulvret.Figs. 10 and 11 show the principle of a variable resistor according to an embodiment of the invention. Fig. 10 shows the resistor in a position with very little resistance and in Fig. 11 the resistance is very large. The device can easily be described as a container 1 of non-conductive material with a wall 2, 3 of conductive material at each end, each end wall 2, 3 being connected to a conductor 4, 5. In the container there is a powder, for example TiB2, with a particle size of about 10 μm. The end wall 3 is displaceable laterally in the figure and is in a position in ﬁ g. Where it strongly presses against the powder. In Fig. 11, the end wall is retracted so that it does not compress the powder.

I det i fig. 10 visade tillståndet är pulvret hårt sammanpressat så att det får elektriska egenskaper som liknar de för motsvarande form i solid form. När ett ma- 20 Q . ~ n nu 516 373 8 - . . ø n .- terial som TiBZ med god Iedningsförmåga användes, kommer pulvret därför att va- ra en god ledare med en resistivitet i närheten av mQcm. Sammanpressnings- kraften är några få Mpa.In the state shown in Fig. 10, the powder is tightly compressed so that it has electrical properties similar to those of the corresponding form in solid form. When a ma- 20 Q. ~ n nu 516 373 8 -. . ø n .- material that TiBZ with good conductivity is used, the powder will therefore be a good conductor with a resistivity close to mQcm. The compressive force is a few MPa.

I det i fig. 11 visade expanderade tillståndet har kornen 6 fått utrymme att separera från varandra så att kornen kommer att nudda varandra med små kon- taktytor. Varje kontaktyta ger upphov till en kontaktresistans och pulvret som hel- het bildar ett stort antal kedjekopplade dylika resistanser, som tillsammans alstrar en avsevärd resistans mellan ändväggarna 2 och 3. l detta fluffiga eller uppluckra- de tillstånd kommer pulvret att ha en resistivitet i storleksordningen MQcm eller högre, dvs 109 gånger högre än i sammanpressat tillstånd. Pulvret blir därvid en isolant.In the expanded state shown in Fig. 11, the grains 6 have been given space to separate from each other so that the grains will touch each other with small contact surfaces. Each contact surface gives rise to a contact resistance and the powder as a whole forms a large number of chain-connected such resistors, which together produce a considerable resistance between the end walls 2 and 3. In this fluffy or relaxed state, the powder will have a resistivity of the order of MQcm or higher, ie 109 times higher than in the compressed state. The powder then becomes an insulator.

Förflyttningen av den rörliga ändväggen 3 från det i ﬁg. 10 visade läget till det i fig. 11 sker på ca. 10 ps och volymökningen är ca. 20%. Den negativa tryck- våg som den snabba volymökningen innebär medför, tillsammans med den inne- boende ﬁädringskraften hos pulvrets partiklar, som utöses vid volymökningen, att pulverkornen sprider sig över den tillgängliga volymen, så att det uppluckrade till- ståndet inträder.The movement of the movable end wall 3 from that in ﬁ g. The position shown in Fig. 11 takes place at approx. 10 ps and the volume increase is approx. 20%. The negative pressure wave caused by the rapid increase in volume, together with the inherent ﬁ force of force of the powder particles, which are released during the increase in volume, causes the powder grains to spread over the available volume, so that the relaxed state enters.

Uppfinningen är emellertid inte begränsad till användning den beskrivna tekniken för strömbegränsning. Andra operationsprinciper för FCL, såsom meka- niska brytare med ljusbågskamrar, LC-resonansbegränsare, halvledarbegränsare, säkringar med ökande impedans och superledare, faller inom den föreliggande uppﬁnningens område.However, the invention is not limited to using the described current limiting technique. Other operating principles for FCL, such as mechanical switches with arc chambers, LC resonant limiters, semiconductor limiters, fuses with increasing impedance and superconductors, fall within the scope of the present invention.

Claims

15 20 25 30 5.16 373 7 PATENT REQUIREMENTS

Electrical protection device comprising a circuit breaker (103) for breaking the current in the event of a fault current, which device further comprises a current limiter (101) and detection means (102) characterized in that the current limiter (101) is arranged to be activated at a current level which is a multiple of the normal current level in the range 2-5, preferably about 3, the detecting means (102) being arranged to detect if the elevated current level is a fault current or a transient load current, the detecting means (102) being arranged to perform the sensing within 50 ms, preferably within 20 ms, and in that the circuit breaker (103) is arranged to break the circuit if a fault current is sensed by the detecting means (102), but remains closed if a transient load current is sensed by the detecting means (102).

An electrical protection device according to claim 1, wherein the tripping ratio is a predetermined current level above the normal current level.

Electrical protection device according to one of Claims 1 to 2, in which the current limiter comprises a variable resistor (6) with a resistance which is variable, between a very low value corresponding to a conductive state and a very high value corresponding to a substantially insulating state, which resistor (6) is arranged to be able to continuously switch between the states and in a short time.

Electrical protection device according to claim 3, wherein the resistance of the resistor (6) is pressure dependent.

Electrical protection device according to claim 4, wherein the resistor (6) comprises a powder (6).

An electrical protection device according to any one of claims 1 to 5 and further comprising resetting means (105) for the current limiter and the resetting means for the circuit breaker. 20 25 30 516 373/0

Electrical circuit (108 - 112), characterized in that it is provided with at least one electrical protection device (10) according to any one of claims 1 - 6.

An electrical circuit according to claim 7 and comprising a plurality of conductor branches (15) having a plurality of loads (11, 12, 13), said at least one electrical protection device (10) being arranged in one or ﬂ era of the conductor branches (15).

Method for breaking the current in an electrical system, characterized in that the current is limited at a current level which is a multiple of the normal load current in the range 2 - 5 and preferably about 3, after which it is determined whether the increased current level is a fault current. or a transient low current current where the determination takes place within 50 ms from the activation of the current limiter, preferably within 20 ms, the current being interrupted if a fault current is detected but remains uninterrupted if a transient load current is detected.

A method according to claim 9, wherein the current limiter comprises a variable resistor which is activated by bringing the resistor to a substantially insulating state with very high resistance from a conductive state with very little resistance.

Properties according to any one of claims 4 to 5. A method according to claim 10, wherein the variable resistor comprises the

Method according to one of Claims 9 to 11, in which the current limiter is reset after sensing and, in the event that the current has been interrupted, after the interruption of the current.

Claims 1 - 7 to prevent damage caused by fault current and to avoid use of the electrical protection device according to any of the patent-breaking breaks when the elevated current level has been reached due to other causes.