SE518234C2 - Elektrisk anordning, strömbegränsare, elkraftnät samt användning av en strömbegränsare - Google Patents

Description

anno: 10 20 25 30 518 234 - 2 Under mycket kort tid är den aktiv och öppnar kretsen och bryter strömmen. På samma sätt ligger den sen passiv i öppet tillstånd för att senare åter bli aktiv under en mycket kort tid och sluta kretsen. Under tiden brytaren ligger i slutet tillstånd och leder ström utvecklar den effekt i form av förluster som måste kylas bort. l öp- pet tillstånd är strömmen noll därmed är också förlusterna noll.

Om en kommuteringskontakt kopplas in parallellt med halvledarbrytaren kommer kommuteringskontakten att leda all ström då brytaren är i slutet tillstånd.

När brytning av kretsen ska ske öppnar först kommuteringskontakten och kom- muterar över all ström till halvledarbrytaren. Strömmen i kommuteringskontakten blir noll och den äri öppet läge. Halvledarbrytaren kan nu bli aktiv och bryta ström- men i kretsen.

En brytare och en strömbegränsare har i princip samma funktion förutom hur snabbt de bryter strömmen. En brytare bryter vid strömmens nollgenomgång medan strömbegränsaren går in tidigare och bryter en mycket hög ström.

En kommuteringskontakt kan på samma sätt användas för fler tillämp- ningar där man har apparater med höga förluster men som är aktiva bara under korta tider. En strömbegränsare kan bestå av en elkopplare som är parallellkopp- lad till en kommuteringskrets, till vilken strömmen kommuteras då elkopplaren bryter. På så sätt tillåts strömmen flyta utan förluster genom elkopplaren under normala driftförhållanden. Vid någon form av fel som får till följd att strömmen ökar kraftigt kommuterar elkopplaren över strömmen till den parallella grenen. Detta måste ske mycket snabbt. Villkoret för att kunna kommutera ström från en gren till en annan är att alstra en spänning i den gren som leder strömmen. Amplituden på den spänning som krävs, beror på amplituden på strömmen i det ögonblicket kom- muteringen skall ske, och på impedansen iden parallella grenen till vilken ström- men skall kommuteras och på varaktigheten av kommuteringsförloppet. Kommute- ringsförloppet skall ske snabbt för att minimera effektutvecklingen i kommuterings- apparaten och därmed skadorna eller dimensioneringen av kommuteringsappa- raten. I de fall man kan vänta med kommuteringen till strömmens naturliga noll- genomgång i växelströmsnät, underlättar det kommuteringen. En mekanisk kon- takt ger låga förluster då den leder ström, däremot är den spänningen den kan bygga upp då kontakterna öppnar begränsad till spänningen över den ljusbåge som bildas mellan kontakterna. En förutsättning för snabb kommutering med en mekanisk kontakt är en hög ljusbågsspänning. ann-v 20 25 30 Redogörelse för uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är mot denna bakgrund att åstadkomma en elektrisk anordning som är lämplig att använda i en strömbegrän- sare och i andra sammanhang som kräver motsvarande egenskaper hos den elektriska anordningen, t.ex. en brytare som utnyttjar halvledare som brytande element eller annan elektrisk utrustning som utnyttjar halvledare. Detta ändamål har ur uppfinningens första aspekt ernåtts genom att en elektrisk anordning av det i patentkravets 1 ingress angivna slaget innefattar att drivorganet är anordnat att åstadkomma simultan rörelse av de rörliga kontaktparterna så att simultan bryt- ning uppnås vid samtliga brytställen, och av att en kommuteringskrets är parallell- kopplad med elkopplaren.

Tack vare att brytning sker samtidigt vid samtliga brytställen erhålls en hög ljusbågsspänning över elkopplaren, vilket möjliggör att denna kan användas vid applikationen där detta erfordras. Tack vare den höga ljusbågsspänningen sker en snabb kommutering till kommuteringskretsen, och kommuteringen blir dessutom säker. En hög ljusbågsspänning är en förutsättning för att kunna kommutera en stark ström.

En så utförd elkopplare förmår kommutera en stark ström från elkopplaren till kommuteringskretsen. Fördelaktigt är att förlusterna i det elektriska kraftsys- temet reduceras speciellt vid användning av apparater med stora förluster som sällan är aktiva. Låga förluster uppnås även då det är fråga om höga strömmar.

Den höga spänningen upprätthålls även efter det att kommuteringen skett. Genom att ha en simultan brytning vid ett flertal seriekopplade brytare uppstår flera ljusbå- gar, där spänningsfallet över ljusbågarna adderas till en hög total ljusbågsspän- ning, t.ex. 100V, vilket möjliggör den korta kommuteringstiden, dvs. i storleksord- ningen mindre än 1 ms. Den korta kommuteringstiden innebär att den energi som utvecklas endast ger upphov till att mycket små skador uppstår på elkopplaren, vilka ur funktionssynpunkt är acceptabla.

Den uppfunna anordningen är i första hand avsedd för men ej begränsad till högspänning. Typiska spänningsnivåer är 12 - 36 kV.

Enligt en föredragen utföringsform av den uppfunna elektriska anordning- en utgör vardera kontaktpart en del av ett kontaktelement, vilka kontaktelement är anordnade i serie där vardera kontaktelement anligger med en anliggningsyta mot -|=». 20 25 30 518 234 =..= .$.'=..= 4 vardera närmast intilliggande kontaktelement, vilka anliggningsytor är i huvudsak plana och parallella, och vardera kontaktelement innefattar minst ett ledande parti och minst ett isolerande parti. Vidare är kontaktelementen uppdelade i en första och andra grupp kontaktelement, så anordnade att vartannat kontaktelement tillhör den första gruppen och vartannat kontaktelement tillhör den andra gruppen, där den första gruppens kontaktelement och den andra gruppens kontaktelement är anordnade rörliga relativt varandra i med anliggningsytorna parallella plan mellan ett första läge i vilket vardera kontaktelements ledande parti/partier är i anliggning mot närmast intilliggande kontaktelements ledande parti/partier och ett andra läge i vilket det/de ledande parti/partierna hos den första gruppens kontaktelements exponerade uteslutande mot det/de isolerande partiet/partierna hos närmast intil- liggande kontaktelement i den andra gruppen, varvid drivorgan är anordnat för åstadkommande av relativrörelser hos kontaktelementen mellan nämnda första och andra lägen.

Denna utföringsform av den elektriska anordningen representerar en kon- struktivt ändamålsenlig realisering av densamma. Anordningen blir vid normal drift förlustfri och är dessutom säker, robust och i stort sett underhållsfri. Positionen mellan de båda grupperna av skivor är inte känslig varken i slutet eller öppet till- stånd. Det medför att kontaktstudsar eller mekaniska påkänningen på grund av hög retardation vid ändlägen elimineras.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av den uppfunna elektriska anordningen är drivorganet anordnat att bibringa den första gruppens kontaktele- ment en simultan rörelse och fasthållningsorgan är anordnat att hålla den andra gruppens kontaktelement stationära.

Att låta endast den ena gruppens kontaktelement utföra den simultana rö- relsen medan den andra fasthålls är ett alternativ som leder till en förhållandevis enkel och robust konstruktion.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är rörelsen en vridrörelse och vardera kontaktelement är utformat som en plan cirkulär skiva, vilka är koaxi- ella med varandra. En vridrörelse är ur flera aspekter att föredra. Det medför att drivmekanismen blir enklare, att anordningen blir kompaktare och att masskrafter- na blir förhållandevis låga.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är vart och ett i den första gruppen av kontaktelementen vid periferin mekaniskt förbundet med ett för dessa nwn-n 15 20 25 30 35 5 kontaktelement gemensamt drivorgan, och vart och ett av kontaktelementen i den andra gruppen vid centrum mekaniskt förbundet med ett för dessa kontaktelement gemensamt fasthållningsorgan.

Genom att driv- respektive fasthållningsorganet är utformat som ett för första respektive andra gruppen gemensamt organ säkerställs på ett enkelt sätt att brytrörelsen sker simultant vid alla brytställen. Positioneringen av driv- respektive fasthållningsorganet vid periferin respektive centrum medger en enkel och pålitlig drivförbindelse samtidigt som fasthållningen kan åstadkommas på enklast möjliga sätt.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är vridningsvinkeln mellan 180° i 20%. företrädesvis :t 5%. det första och det andra läget i intervallet I formeln är n antalet ledande partier i ett kontaktelement. En vridningsvinkel i detta intervall innebär att anordningen optimeras vad gäller dimensionering i för- hållande till erforderlig rörelsesträcka.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform innefattar det isolerande par- tiet/partierna hos vardera kontaktelement i den första och/eller andra gruppens kontaktelement en öppning som sträcker sig från den ena sidan av skivan till den andra.

Med detta utförande erhålls på ett enkelt sätt en ljusbågssträcka mellan de ledande partierna i den ena gruppens kontaktelement när elkopplaren vridits till det brytande läget, ivilket dessa ledande partier är exponerade mot respektive öppning.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är antalet kontaktelement minst 5.

Som redogjorts ovan uppnås högre total ljusbågsspänning ju större antal brytställen som ingår i elkopplaren. Det är därför ur denna synpunkt fördelaktigt ju fler brytställen som finns, medan naturligtvis andra aspekter sätter praktiska grän- ser för antalet.

En effektiv kommutering förutsätter som nämnts ovan att elkopplaren bry- ter snabbt, helst i storleksordningen <1ms.

Enligt ytterligare en fördragen utföringsform är därför drivorganet förbun- det med en drivkraftkälla anordnad att åstadkomma rörelser från det första till det andra läget på mindre än 1 ms. aiiin 20 25 30 518 2 3, 4 - 6 Lämpliga drivkällor för att uppnå en så snabb manövrering är en mekanisk fjäder, företrädesvis en torsionstjäder, eller alternativt en Thomson-spole. Dessa båda slag av drivkraftkällor utgör därför föredragna utföringsformer. Vid ytterligare en föredragen utföringsform är drivkraftkällan en konventionell elektrisk motor, vil- ket kan vara lämpligt vid sådana applikationer där en snabb rörelse inte är nöd- vändig.

Ovan angivna föredragna utföringsformer av den uppfunna elektriska an- ordningen anges i de av kravet 1 beroende patentkraven.

Ett andra ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en strömbegränsare som möjliggör eliminering av förluster i form av värme.

Detta ändamål har ur uppfinningens andra aspekt ernåtts genom att en strömbegränsare av det i patentkravet 12 angivna slaget innefattar en elektrisk anordning enligt uppfinningens första aspekt.

Såsom inledningsvis redogjorts för är den uppfunna elektriska anordning- en speciellt, om än ej uteslutande, avsedd för och anpassad till att ingå i en ström- begränsare. Den uppfunna strömbegränsaren uppvisar därför motsvarande för- delar som beskrivits ovan avseende den uppfunna elektriska anordningen och de olika föredragna utföringsformerna av densamma.

Enligt en föredragen utföringsform av den uppfunna strömbegränsaren in- nefattar kommuteringskretsen en säkring.

Detta är ett enkelt, säkert och robust alternativ som uppfyller de krav som erfordras på kommuteringskretsen hos strömbegränsaren. Nackdelen är förstås att det är en engångskomponent, en nackdel som dock kan reduceras genom att anordna ett flertal säkringar i ett revolverarrangemang. Tack vare att elkopplaren normalt leder strömmen uppstår ej några förluster under drift i säkringen. Endast vid kortslutning kommuteras strömmen över till säkringen.

Enligt en alternativ föredragen utföringsform av den uppfunna strömbe- gränsaren innefattar kommuteringskretsen krafthalvledarkomponenter. Detta al- ternativ är lämpligt i kraftsystem som utsätts för ett stort antal kortslutningar såsom i distributionssystem med luftledningar. Det är naturligtvis mer komplicerat än att säkringsalternativet men medger i stället ett upprepat antal operationer.

Ovan angivna föredragna utföringsformer av den uppfunna strömbegrän- saren anges i de av kravet 13 beroende patentkraven. »plan 20 25 30 518 234 ' 7 Ett tredje ändamål med uppfinningen är att utnyttja den elektriska anord- ningens fördelar i en dynamisk spänningsåterställare (DVR). Detta ändamål har ur uppfinningens tredje aspekt ernåtts genom att en dynamisk spänningsåterställare enligt patentkravets 17 ingress innefattar en elektrisk anordning enligt uppfinning- ens första aspekt. j Ett fjärde ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett elkraftnät med små förluster.

Detta ändamål har ur uppfinningens fjärde aspekt ernåtts genom att ett el- kraftnät innefattar en strömbegränsare enligt uppfinningens andra aspekt och/eller en dynamisk spänningsåterställare enligt uppfinningens tredje aspekt. Ur uppfin- ningens femte aspekt har detta vidare ernåtts genom användning av en sådan strömbegränsare och/eller dynamisk spänningsåterställare i ett elkraftnät. l ett så utformat Kraftnät respektive vid en sådan användning tillgodogörs de fördelar som beskrivits ovan i anslutning till uppfinningens första och andra as- pekter.

Dessa fördelar kan vara av speciellt intresse vid sådana tillämpningar som distribuerad generering i elnät, såsom industrinät eller i vindkraftsparker, ävensom elnät där distribuerad energi genereras av solcellspaneler, gasturbiner, bränsle- celler eller andra energikällor.. Sådana tillämpningar utgör därför föredragna utfö- ringsformer av den uppfunna användningen.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskriv- ning av såsom exempel tjänande utföranden av densamma under hänvisning till medföljande figurer.

Sammanfattning av figurerna Figur 1 är en principskiss av en elektrisk anordning enligt uppfinningen.

Figur 2 är ett axialsnitt genom en elkopplare enligt ett första exempel av uppfinningen, med elkopplaren i slutande läge.

Figur 3 och 4 är vyer från ovan av en första respektive en andra detalj i elkopp- laren enligt figur 2.

Figur 5-7 visar i motsvarande snitt/vyer elkopplaren i figur 2-4 i ett brytan- de läge.

Figur 8-13 visar i motsvarande snitt/vyer som i figur 2-7 ett andra utförings- exempel av elkopplaren. :in-u 20 25 30 518 234 8 Figur 14 illustrerar ett första utföringsexempe| på en drivkraftkälla för el- kopplaren.

Figur 15 och 16 illustrerar ett andra utföringsexempe| på en drivkraftkälla enligt uppfinningen.

Figur 17 illustrerar ett första utföringsexempe| på en strömbegränsare en- ligt uppfinningen.

Figur 18 illustrerar ett andra utföringsexempe| på en strömbegränsare en- ligt uppfinningen.

Figur 19 illustrerar ett utföringsexempe| på ett elkraftnät enligt uppfinning- en.

Figur 20 illustrerar ett alternativt utföringsexempel på ett elkraftnät enligt uppfinningen.

Redogörelse för föredragna utföringsformer av uppfinníngen Figur 1 visar en elektrisk ledning 1 försedd med en strömbegränsare som innefattar en elektrisk anordning enligt uppfinning. Den elektriska anordningen består av en elkopplare 3 och en parallellt med denna anordnad kommuterings- krets 2. I anslutning till figurerna 2-13 kommer nu olika utföringsexempe| av el- kopplaren 3 att beskrivas närmare. Sålunda visas i figurerna 2-7 ett första utfö- ringsexempe| på en sådan, där figurerna 2-4 visar elkopplaren i ett första läge och figurerna 5-7 densamma i ett andra läge.

Figur 3 visar elkopplaren i ett axialsnitt genom densamma då den är i ett första, slutande läge. Elkopplaren består av ett antal cirkulära plana skivor 5,6 som pressas mot varandra i en stapel. Antalet skivor i det visade exemplet är sju styck- en. Skivorna är uppdelade i en första grupp 5 och en andra grupp 6 skivor och så att varannan skiva tillhör respektive grupp. Vardera skiva 5 i den första gruppen är försedd med två periferiellt motstående utskott 7a, 7b. De båda utskotten skjuter in i varsin respektive slits i en skivorna omslutande cylinder 8. Vardera skiva 6 i den andra gruppen är fast förbunden med en centrisk förlöpande stång 9 med kvadra- tiskt tvärsnitt.

I figur 3 visas en av skivorna 5 i den första gruppen i en sidovy från ovan.

Skivan 5 är i huvudsak av isolerande material 11. Ett parti 12 av skivan är av le- dande material. Det ledande partiet 12 sträcker sig från den ena sidan av skivan till den andra med sina ändar i samma plan som skivans båda ändplan. l det visa- :vara 20 25 30 518 254 9 de exemplet har det ledande partiet 12 formen av en delsektor med något mindre än 90° utsträckning. De båda utskotten 7a, 7b är diametralt anordnade vid skivans periferi. I centrum har skivan ett cirku|ärt hål 10 av tillräcklig diameter för att den centriska fyrkantstången 9 ska kunna vrida sig fritt i hålet. l figur 4 visas en av skivorna 6 i den andra gruppen i en sidovy från ovan. Även den består i huvudsak av ledande material 13 och har ett parti 14 av isole- rande material, vilket parti är likadant som motsvarande parti 12 i den första grup- pens skivor. Skivan 6 har dessutom ett delsektorformat genomgående hål 15 med en utsträckning av något mer än 90°. Skivan 6 har ett centrumhål 16 med kvadra- tisk form med dimension motsvarande stångens 9 så att en formbunden förbind- ning erhålls mellan stången 9 och vardera skiva 6. l figur 2 har samtliga skivor de i figur 3 och 4 visade vridningslägena, var- vid de ledande partierna 12,14 i vardera grupp anligger med sina ändytor mot var- andra i samma plan som skivorna anligger mot varandra och bildar en strömbana som representeras av pilarna B.

Den centrala stången 9 är förbunden med en (icke visad) drivkraftkälla anordnad att kunna vrida stången 9. Vid vridning av stången 9 utgör denna drivor- gan för att driva den andra gruppens skivor 6 i en vridrörelse, såsom markeras med pilen A i figur 4. Drivkraftkällan är anordnad att vid behov såsom t.ex. då kort- slutningsström uppträder initiera vridrörelse. Utlösning av drivkraftkällan kan ske som följd av avkänning av förhöjd strömstyrka. Sådan avkänning och åtföljande utlösning av drivorganet kan ske på konventionellt sätt och torde i detta samman- hang ej erfordra någon närmare beskrivning.

Vid aktivering av drivorganet 9 är drivkraftkällan anordnad att vrida detta till att bibringa elkopplaren det i figurerna 5-7 visade brytande läget vilket motsva- rar en vridning av ca 90°. Såsom framgår av figur 7 kommer då hålet 15 i vardera skiva 6 att vara beläget mitt för det isolerande partiet 12 i vardera skiva 5, så att det isolerande partiet 12 helt exponerat mot hålet 15.

Därvid kommer strömbanan B att brytas. Vardera anliggningsplan mellan skivor ur olika grupper kommer därvid att utgöra ett brytställe där det ledande par- tiet 12,14 hos respektive skiva utgör varsin kontaktpart. Varje skiva utgör således ett kontaktelement som uppvisar två kontaktparter, ett för brytstället på vardera si- da. De två yttersta skivorna har förstås bara en kontaktpart vardera. »ø-»n 20 25 30 10 l det brytande läget bildas som framgår tydligast av figur 5 en ljusbåge C i vardera av hålen 15 i den andra gruppens skivor 6 där vardera ljusbåge sträcker sig mellan de ledande partierna 12 i vardera av den första gruppens skivor 5.

I figurerna 8-13 visas ett alternativt utföringsexempel på elkopplaren. Hu- vuduppbyggnaden äri stor utsträckning densamma som i det första exemplet, varför här i huvudsak endast beskrivs det som skiljer utförandena åt. En skillnad här är att vardera skiva har två ledande partier 112a, 112b respektive 114a, 114b, vilka i det slutande läget enligt figurerna 8-10 skapar två parallella strömbanor, re- presenterande av pilarna D och E.

En annan skillnad är att drivorganet utgörs av den med den första grup- pens skivor samverkande cylindern108, medan fasthållningsorganet utgörs av den centriska fyrkantstången 109.

En tredje skillnad är att vardera ledande parti 112a, 112b, 114a, 114b har avsevärt mindre vinkelutsträckning än vardera ledande parti vid utföringsexemplet enligt figurerna 2-4.

En fjärde skillnad är att ingen av grupperna uppvisar något hål genom det isolerande partiet av respektive skiva. I brytande läge såsom illustreras i figurerna 11-13 kommer därför de ledande partierna i vardera skiva att anlígga mot isole- ringsmaterialet i de intilliggande skivorna. Vid detta utföringsexempel tvingas ljus- bågarna att gå mellan isolerytorna på skivorna. Ljusbågarna blir på detta sätt "tunna" och "breda". Ljusbågarna kommer att kylas mycket väl p.g.a. att ljusbågar- nas ytor blir mycket stora och kommer att ligga mot ett fast material som kan ta upp värme betydligt bättre än en omgivande gas.

I figur 14 visas ett första utföringsexempel på hur drivorganet är anslutet till en drivkraftkälla. Drivorganet är i detta exempel fyrkantstången 9 i figur 2. Den är vid sin ena ände vridfast kopplad till en torsionsfjäder 17 via ett mekaniskt kopp- lingsorgan 18. Torsionsfjädern är i normalt tillstånd förspänd och låst i sitt förspän- da läge av en låsanordning 19. Låsanordningen är anordnad att på signal lösgöra fastlåsning så att torsionstjädern vrider sig snabbt, dvs på ca 1 ms eller mindre ca 90° och därmed via stången 9 vrider den första gruppens skivor motsvarande vin- kel. Torsionstjäderledningen kan naturligtvis appliceras även på utförandet enligt figurerna 8-13 och anbringas att verka via cylindern 108. nina» 15 20 25 30 518 234 11 l figurerna 15 och 16 visas ett andra utföringsexempel på hur drivorganet är anslutet till en drivkraftkälla. Drivkraftkällan äri detta sammanhang baserad på s.k. Thomson-spolar.

Figur 15 visar drivorganet, dvs i detta exempel fyrkantstången 9 vid sin ena ände ansluten till drivkraftkällan 21. Principen för drivkraftkällan illustreras i fi- gur 16 som är en vy från ovan av figur 15. Drivkraftkällan innefattar två elektriska spolar 22,23 fast monterade vid en stationär cylinderformad kropp 24. Koaxiellt med den cylinderformade kroppen är en axel 20 anordnad, vilken utgör en för- längning av fyrkantstången 9. En platta 25 av ledande material är vridfast förbun- den med axeln 20. Figuren visar hur spolarna 22,23 och plattan 25 i huvudsak sträcker sig längs ett diametralplan genom den cylinderformade kroppen 24 vid normal drift. Skulle en kortslutningsström detekteras, energisätts spolarna 22,23 så att en ström flyter genom dessa. Detta skapar en kraftig repulserande kraft mellan spolarna 22,23 och plattan 25 vilket får till följd att den senare med stor hastighet vrids medurs i figuren en vinkel på ca 90°. Därmed vrids axeln 24 och med denna fyrkantstången 9 så att elkopplaren aktiveras för brytning. Som driv- kraftkälla kan alternativt användas en konventionell elektrisk motor.

Det torde förstås att de i figurerna 14 - 16 visade drivanordningarna kan anordnas att i stället vrida vid periferin såsom visas i figurerna 8 - 13.

Figur 17 visar ett exempel på en strömbegränsare enligt uppfinningen där kommuteringskretsen innefattar en säkring. Elkopplaren 3 leder strömmen under normala förhållanden. Vid kortslutning öppnar elkopplaren och strömmen kommu- teras över till säkringen 4. ytterligare säkringar 4a,4b etc. är anordnade i ett revol- verarrangemang så att när den första säkringen 4 gått och förbindelsen genom el- kopplaren därefter återställts så vrids en andra säkring 4a in i dess ställe. Därmed är strömbegränsaren i operationsberedskap igen. Uppfinningen är naturligtvis till- lämplig även vid en fast säkring.

Figur 18 visar ett exempel på en strömbegränsare enligt uppfinningen där kommuteringskretsen innefattar halvledarkomponenter 26, i detta exempel dioder och tyristorer. Dimensioneringen av halvledare är beroende på amplituden hos den ström som ska brytas. System med höga kortslutningsströmmar erfordrar halvledare som har förmåga att bryta höga strömmar, vilket påverkar storleken och kostnaden för halvledarna. Halvledarna är vanligtvis dimensionerade för den be- gränsade strömmen och inte för tänkbara kortslutningsströmmar i syfte att reduce- al... 20 25 30 12 ra kostnaden för halvledarströmbegränsaren. Detta kräver att den begränsade strömmen inte i något fall når högre värden, vilket ställer stora krav på kortslut- ningsdetekteringen och kommuteringskontakten.

De i figurerna 17 och 18 illustrerade positionerna av strömbegränsaren är endast exempel. En strömbegränsare av uppfunnet slag kan naturligtvis sättas in i andra ställen i nätet, t.ex. direkt efter transformatorn före samlingsskenan. Ett så- dant utförande visas i figur 20.

Om man jämför säkringar med halvledare, såsom tyristorer, så är den pro- spektiva kortslutningsströmmen, dvs den kortslutningsström som fås om ingen strömbegränsning sker, inte dimensionerande på samma sätt för en säkring som för en krafthalvledare. Detta eftersom den alltid begränsar strömmen, till skillnad mot tyristorer som kan fallera att bryta, vilket förstör tyristorerna. Konsekvensen blir en full icke-begränsad kortslutningsström.

I figur 19 illustreras hur ett elkraftnät kan vara försett med strömbe- gränsare enligt uppfinningen. l exemplet visas en huvudledning 30 och tre gren- ledningar 31 ,32,33. Vardera grenledning är ansluten till en generator 34,35,36.

Huvudledningen är försedd med en strömbegränsare 37 enligt uppfinningen.

Strömbegränsare 38,39,40 är även anordnade vid vardera grenledning. Generato- rerna 34,35,36 kan t.ex. vara generatorer i ett industrlnät, vindkraftgeneratorer el- ler generatorer drivna av solcellspaneler, gasturbiner, bränsleceller etc.

Ytterligare en applikation är anslutning av stora motorer till ett högspän- ningsnät, där kortslutningseffekten redan ligger på gränsen. En installation av en ny motor kommer att höja kortslutningseffekten på högspänningsnätet över vad det är dimensionerad för, eftersom motorn kommer att mata ut ström på högspän- ningsnätet vid en kortslutning på högspänningsnätet. Det är i princip samma pro- blem som vid distribuerad generering, där generatorer installeras i ett kraftnät tidi- gare dimensionerat för en viss kortslutningseffekt. De nya generatorerna höjer kortslutningseffekten över den tillåtna nivån. Distribuerad generering förutsätter i många fall att strömbegränsare installeras eller att ställverken byggs om för den nya kortslutningseffekten, vilket kan bli mycket kostsamt. Det äri de fallen ofta lämpligt att samla ihop ett antal generatorer till en strömbegränsare, eftersom ef- fekten på varje generator är liten.

Claims (21)

ro ut 518 22.4 = = 13 PATENTKRAV

1. Elektrisk anordning innefattande en elkopplare (3) med ett flertal kontakt- parter anordnade i serie för bildande av ett flertal i serie anordnade brytställen, där åtminstone den ena kontaktparten vid vardera brytställe är rörlig, och drivorgan (9. 108) är anordnat för manövrering av vardera rörlig kontaktpart, vilket drivorgan (9, 108) är anordnat att åstadkomma simultan rörelse av de rörliga kontaktparterna så att simultan brytning uppnås vid samtliga brytställen, kännetecknad av ~ att en kommuteringskrets (2) är parallellkopplad med elkopplaren (3), ~ att vardera kontaktpart utgör en del av ett kontaktelement, vilka kontaktelement (5, 6, 105, 106) är anordnade i serie där vardera kontaktelement anligger med en anliggningsyta mot vardera närmast intilliggande kontaktelement, vilka an- liggningsytor är i huvudsak plana och parallella, ø att vardera kontaktelement (5, 6, 105, 106) innefattar minst ett ledande parti (12, 14, 112a, 112b, 114a, 114b) och minst ett isolerande parti (11, 13, 16), - att kontaktelementen (5, 6, 105, 106) är uppdelade i en första och andra grupp kontaktelement, så anordnade att vartannat kontaktelement (5, 106) tillhör den första gruppen och vartannat kontaktelement (6, 105) tillhör den andra grup- Den, ø att den första gruppens kontaktelement och den andra gruppens kontaktele- ment är anordnade rörliga relativt varandra i med anliggningsytorna parallella plan mellan ett första läge i vilket vardera kontaktelements ledande parti/partier är i anliggning mot närmast intilliggande kontaktelements ledande parti/partier och ett andra läge i vilket det/de ledande partiet/partierna hos den första grup- pens kontaktelement är exponerade uteslutande mot det/de isolerande parti- et/partierna hos närmast intilliggande kontaktelement i den andra gruppen, och att drivorganet (9, 108) är anordnat för åstadkommande av relativrörelse hos kontaktelementen mellan nämnda första och andra lägen .

2. Elektrisk anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att drivorganet (9, 108) är anordnat att bibringa den första gruppens kontaktelement (5, 106) en simultan rörelse och att fasthållningsorgan (8, 109) är anordnat att hålla den andra gruppens kontaktelement stationära. IJ YJI 30 « - - ~ - o I I 0 v I' 518 234 14

3. Elektrisk anordning enligt patentkrav 2, kännetecknad av att rörelsen är en vridrörelse och att vardera kontaktelement (5, 6, 105, 106) är utformat som en plan cirkulär skiva, vilka är koaxiella med varandra.

4. Elektrisk anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att vart och ett av kontaktelementen (5) i den första gruppen vid periferin är mekaniskt förbundet med ett för dessa kontaktelement gemensamt drivorgan (8) och vart och ett av kontaktelementen (6) i den andra gruppen vid centrum är mekaniskt förbundet med ett för dessa kontaktelement gemensamt fasthållningsorgan (9).

5. Elektrisk anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att vridningsvin- 180° keln mellan det första och det andra läget är i intervallet i 20%, företrä- desvis i 5%, där n = antalet ledande partier (12, 14, 112a, 114a, 114b) i ett kon- taktelement.

6. Elektrisk anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att det isoleran- de partiet/partierna (13,15) hos vardera kontaktelement (6) i den första och/eller andra gruppens kontaktelement innefattar en öppning (15) som sträcker sig från den ena sidan av skivan till den andra.

7. Elektrisk anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad av att antalet kon- taktelement (5, 6, 105, 106) är minst 5.

8. Elektrisk anordning enligt patentkrav 4, kännetecknad av att drivorganet (9, 107, 108) är förbundet med en drivkraftkälla (17, 21).

9. Elektrisk anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att drivkraftkäl- lan är en mekanisk fjäder (17), företrädesvis en torsionsfiäder.

10. Elektrisk anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att drivkraftkäl- lan är en elektrisk motor. 30 4 » o . . . . - - » .a 5,8 254 15

11. Elektrisk anordning enligt patentkrav 8, kännetecknad av att drivkraftkäl- Ian är anordnad att åstadkomma rörelsen från det första till det andra läget på mindre än 1 ms, och företrädesvis utgörs av en Thomson-spole (21, 23).

12. Strömbegränsare kännetecknad av att den innefattar en elektrisk anord- ning enligt något av patentkraven 1-11.

13. Strömbegränsare enligt patentkrav 12, kännetecknad av att kommute- ringskretsen innefattar en säkring (4).

14. Strömbegränsare enligt patentkrav 13, kännetecknad av att säkringen är anordnad i ett magasin med ett flertal säkringar, vilket magasin är anordnat att au- tomatiskt ersätta en utbrunnen säkring med en oanvänd säkring.

15. Strömbegränsare enligt patentkrav 12, kännetecknad av att kommute- ringskretsen innefattar kraft- halvledarkomponenter (26).

16. Dynamisk spänningsåterställare, kännetecknad av att den innefattar en elektrisk anordning enligt något av patentkraven 1-11.

17. Elkraftnät, kännetecknat av att det innefattar en strömbegränsare (37-40) enligt något av patentkraven 12-15 och/eller en dynamisk spänningsåterställare enligt patentkrav 16.

18. Elkraftnät enligt patentkrav 17, kännetecknat av att det utgörs av ett nät med distribuerad generering av elkraft.

19. Elkraftnät enligt patentkrav 18, kännetecknat av att nätet är ett industri- nät.

20. Elkraftnät enligt patentkrav 18, kännetecknat av att det innefattar ett fler- tal vinddrivna generatorer, solcellspaneler, gasturbiner eller bränsleceller. Q ~ n . ~ u n - o o oc 3 Iífi' '.'.... 16

21. Användning av en strömbegränsare enligt något av patentkraven 12-15 och/eller en dynamisk spänningsåterställare enligt patentkrav 16 i ett elkraftnät, företrädesvis i ett elkraftnät enligt något av patentkraven 17-20.