SE522144C2 - Elektisk anordning och förfarande - Google Patents

Description

25 30 522 144 2 n- u.. men förbi kondensatorn som på detta sätt skyddas. Kända skyddsanordningar av detta slag beskrivs exempelvis i US 4 625 254, US 4 652 963, US 4 703 385, US 4 860 156, US 5325 259.

US 4 625 254 beskriver en anordning som innefattar en linjär resistor som är seriekopplad en spänningsberoende metalloxidvaristor (MOV). De seriekoppla- de resistorelementen är parallellkopplade med seriekondensatorn i ett högspän- ningsnät för att åstadkomma en överspänningsskyddskrets för seriekondensatorn.

Vidare är ett gnistgap parallellkopplat med de seriekopplade resistorelementen i händelse av överbelastning av dessa. Spänningen över den linjära resistorn trig- gar en anordning för att tända gnistgapet då spänningen över den linjära resistorn överskrider en förutbestämd spänning. Resistansen hos den linjära resistorn och hos varistorn är så dimensionerade att den förutbestämda spänningen utgör den mindre delen av spänningen över kondensatorn.

US 4 652 963 beskriver en seriekondensatorbank för anknytning till ett elnät varvid kondensatorbanken är försedd med utrustning för överspännings- skydd, vilken har två grenar parallellkopplade med kondensatorbanken. Den första grenen innehåller en zinkoxidvaristor i serie med en linjär resistor och den andra grenen innehåller en varistor med högre knäspänning än den första zinkoxid- varistorn. Den linjära resistorns resistans är företrädesvis av samma storleks- ordning som absolutvärdet av kondensatorbankens impedans vid en frekvens motsvarande nätets.

US 4 703 385 beskriver ett överspänningsskydd för en seriekondensator i ett högspänningsnät. En spänningsberoende resistor uppbyggd av ett antal MOV är parallellkopplade med kondensatorn. Parallellt med resistorn är gnistgapsorgan anordnat, vilket består av två seriekopplade gnistgap för shuntning av resistorn i händelse av överbelastning i denna. Energin för triggning av gnistgapsorganet er- hålls från en extra kondensator, som uppladdas under drift och tillförs ett av gnist- gapen via kopplingsorgan. Kopplingsorganet kontrolleras av en överspännings- detektor och en pulstransformator. En MOV är seriekopplad med transformatorns hogspänningslindning. Transformatorn är kopplad så att triggningspulsen är mot- riktad spänningen över seriekondensatorn.

US 4 860 156 beskriver ett överspänningsskydd för seriekondensatorer med hjälp av gnistgap. Skyddet innefattar en triggningskrets för en gnistgapskedja med minst två gnistgap, av vilka det ena är försett med minst en triggningselekt- 15 20 25 30 3 :" E':°-."*.:'..='*..*...*'*.".i « . a ~ -o rod. En resistorkedja är parallellkopplad med gnlstgapskedjan och innehåller minst två seriekopplade resistorgrupper. Den av resistorgrupperna som är parallellkop- plad med det av gnistgapen som har en triggningselektrod innehåller en spän- ningsberoende resistor uppbyggd av zinkoxidvaristorer som är seriekopplade med den linjära resistorn. Spänningen över den linjära resistorn tillförs gnistgapets triggningselektrod för att tända gnistgapet då denna spänning uppgår till ett förut- bestämt värde.

En nackdel med konventionell tändning av ljusbågen i huvudgnistgapet baserad på ett hjälpgnistgap dvs. där huvudgnistgapet triggas att tända via av en triggningskrets alstrad gnista är att det erfordrar en mycket hög spänning över hu- vudgnistgapet. Skälet här till är att verkningssättet är baserat på att hjälpgnistan i huvudsak fungerar att jonisera luften mellan huvudelektroderna. Joniseringen un- derlättar att en ljusbåge bildas mellan dessa men det förutsätter dock att spännin- gen är tillräcklig för att överslag skall uppstå. Spänningen över huvudgnistgapet måste uppgå minst till tiotals kV. Detta begränsar applikationsmöjligheterna_ Vida- re erfordrar det rekonditionering av gnistgapet redan efter några få urladdningar pga. att ljusbågens anfrätning av elektroderna medför att elektrodavståndet på- verkas, vilket vid dylikt konventionellt slag av gnistgapstriggning påverkar ut- lösningsnivån, dvs. vid vilken spänning över huvudgnistgapet som en ljusbåge bildas.

US 5 325 259 beskriver överspänningsskydd för en seriekondensator som har ett huvudgnistgap samt ett i anslutning därtill anordnat hjälpgnistgap för tänd- ning av huvudgnistgapet. Ett andra hjälpgnistgap är anordnat i anslutning till det första hjälpgnistgapet för tändning av detta. Hjälpgnistgapen är anslutna mellan huvudgnistgapets ena elektrod och en spänningsdelare som innehåller resistorer och en varistor. Vid överstigande av varistorns knäspänning tänds det andra hjälp- gnistgapet, vars ljusbåge l sin tur förflyttar sig mot och tänder huvudgnistgapet.

Under gnistgapets brinntid sker en kontrollerad urladdning av seriekondensatorn genom en resistor.

Vid triggningen enligt US 5325 259 är ljusbågsbildningen i huvudgnist- gapet ej uteslutande betingad av jonisering i gnistgapen. De första och andra gnistgapen är så anordnade att en viss ljusbågsvandringseffekt uppnås vid det första hjälpgnistgapets tändning av det andra hjålpgnistgapet och vid det andra hjälpgnistgapets tändning av huvudgnistgapet. Därmed har uppnåtts att den spän- 15 20 25 30 522 144 ø . ø . nu nn 4 ning som erfordras för att erhålla en ljusbåge över huvudgnistgapet är lägre än vid konventionella gnistgap. Detta reducerar i viss mån de ovan nämnda nackdelarna förknippade med den höga spänning som erfordras mellan huvudelektroderna vid konventionell teknik. Dock kvarstår behovet av en förhållandevis hög, om än mått- lig spänning mellan huvudelektroderna.

Därmed elimineras ej de nackdelar som följer av att luften har ett förhål- landevis kort överslagsavstånd och därmed lätt kan återtända. Vidare finns en risk att plasmat som bildas i huvudgnistgapet kan nå ut till hjälpelektroderna och skada dessa. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja de nackdelar som är förknippade med känd teknik för att tända en ljusbåge i ett gnistgap.

Redogörelse för uppfinningen Det uppställa ändamålet ernås ur uppfinningehs första aspekt genom att en anordning av det i patentkravets 1 ingress angivna slaget innefattar de speciel- la särdragen att vardera hjälpelektrod är försedd med en löpskena, så utformade att ljusbågen via löpskenorna och under inverkan av det alstrade egenmagnetfältet vandra in i huvudelektrodgapet, vilka båda löpskenor var och en har en längd som är större än hjälpgnistgapets vidd, att hjälpelektroderna är anordnade så att de är skyddade från inverkan avi huvudgnistgapet bildat plasma och att en hermetisk kapsling innesluter huvudgnistgapet och hjälpgnistgapet.

Alstrandet av ljusbågen i huvudgnistgapet åstadkommes med den upp- funna anordningen på ett sätt som är grundläggande fysikaliskt annorlunda än vid konventionell teknik. Vid konventionell teknik åstadkommes ljusbågen i huvud- gnistgapet genom en tändgnista från hjälpgnistgapet joniserar luften mellan huvudelektroderna så att överslag mellan dessa sker, vilket förutsätter en mycket hög spänning mellan dessa. Med det speciella utformandet av hjälpgnistgapet en- ligt uppfinningen är inte alstrandet av ljusbågen i huvudgnistgapet på motsvarande sätt betingad av en sådan jonisering. Löpskenorna medför att ljusbågen i hjälp- gnistgapet av de egenmagnetkrafter som uppkom kring denna bringas att succes- sivt vandra in mot huvudgnistgapet så att så småningom ljusbågen etableras mel- lan huvudgnistgapets elektroder.

En mycket viktig följd av denna skillnad är att det inte behövs någon förspänning över huvudgnistgapet utöver ljusbågsspänningsfallet och elektrod- 15 20 25 30 522 144 ~ | | v nu nu vn 5 spänningsfallen. Det kan därför här räcka med en spänning i storleksordningen 1 kV eller t.o.m. lägre.

Att någon hög spänning ej erfordras över huvudgnistgapet medför avse- värda fördelar. Funktionen hos gnistgapet blir relativt okänslig för variationen i dess vidd. Därmed behöver inte gnistgapet rekonditioneras efter urladdning.

Gnistgapet kan därmed aktiveras ett hundratal gånger utan krav på mellan- liggande service. Vidare kan gnistgapet användas för nya funktioner där någon högspänning inte föreligger då det ska aktiveras. Vidare blir gnistgapet okänsligt mot yttre miljö såsom fukt, is, snö, smuts och insekter. Genom att hjälpelektroder- na är skyddade från inverkan av plasma som bildas i huvudgnistgapet undvikes risk för att ljusbågen i huvudgnistgapet kan skada hjälpelektroderna.

Den hermetiska inkapslingen :nedför ytterligare fördelar. Genom denna elimineras inverkan av yttre miljö i än högre grad. Luft- eller gasdensiteten hålls uppe, vilket ger möjlighet till snabb återinkoppling av den anläggning som gnist- gapet skall skydda. Dessutom kan gapet utföras kompakt, dvs. med liten gapvidd.

Tack vare den hermetiska inkapslingen kan trycket i denna anpassas. Det medför att anordningen enligt uppfinningen kan utföras med enhetligt avstånd mel- lan huvudelektroderna för olika applikationer genom att anpassa gastrycket för respektive applikation.

Enligt en föredragen utföringsform av den uppfunna anordningen är löp- skenorna i huvudsak parallella och riktade mot den första huvudelektroden och har en längd som är flera gånger större än hjälpgnistgapets vidd. Parallelliteten och den angivna riktningen medför gynnsamma betingelser för att åstadkomma att hjälpljusbågen vandrar in och övergår till att ljusbågen etableras mellan huvud- elektroderna. Det är därvid även fördelaktigt att löpskenorna har en förhållandevis stor längd.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsforrn av uppfinningen är hjälp- elektroderna skyddade från inverkan av plasmati huvudgnistgapet genom att de är anordnade i en skyddad position relativt gnistgapet. Med detta utförande upp- nås skyddandet av hjälpelektroderna på ett mycket enkelt sätt genom att utnyttja att plasmats verkansområde är begränsat i avstånd och riktning. l många appli- kationer kan detta vara tillräckligt för att uppnå att hjälpelektroderna är skyddade.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsfonn är denna position sådan att hjälpgnistgapet är anordnat vid sidan om den andra huvudelektroden och beläget 20 25 30 522 144 6 o Q c a a: a en for förskjutet ett stycke från huvudgnistgapet sett i huvudgnistgapets riktning. En så- dan position kombinerar optimalt de båda motstridiga kraven på att löpskenorna dels ska vara belägna så nära huvudgnistgapet som möjligt dels hjälpelektroderna vara skyddade från inverkan av plasmat. I den angivna positionen uppnås ”lä” från plasmat och de krafter som påverkar dess utbredning.

Med riktningen för ett gnistgap avses i denna ansökan riktningen för en linje som utgör det kortaste avståndet mellan gnistgapets elektroder.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är en avskärmningsanord- ning anordnad mellan löpskenorna och huvudgnistgapet. Detta är ett alternativt eller komplementärt sätt att skydda hjälpelektroderna från plasmat. Genom av- skärmningsanordningen kan löpskenorna anordnas närmare huvudgnistgapet än eljest. Detta är mycket fördelaktigt i fråga om hjälpljusbågens förmåga att vandra över till huvudgnistgapet.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform när avskärmningsanordning används är denna försedd med en öppning. Därmed kan ljusbågen genom denna öppning vandra in mot huvudgnistgapet på ett sådant sätt att avskämningsanord- ningen utgör så litet hinder som möjligt.

Enligt ytterligare en utföringsform är huvudgnistgapet utformat för rörlig ljusbågsbana via egenmagnetfältet. På det sättet undviks att ljusbågen punktvis ansluter till respektive elektrod varigenom elektrodernas exponering mot skadlig åverkan från ljusbågen fördelas och blir skonsam.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform är därvid vardera huvud- elektrod ringforrnad. Detta är ett praktiskt ändamålsenligt sätt att realisera att ljusbågsbanan blir rörlig och skapar naturliga gynnsamma betingelser för ljus- bàgens rörlighet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är den ena av triggnings- anordningens löpskenor på samma potential som huvudgnistgapets nämnda and- ra huvudelektrod. Därmed möjliggörs att utan krav på isolering anordna nämnda löpskena i nära anslutning till den andra huvudelektroden. Detta underlättar vidare att ljusbågen från hjälpelektrodgapet bringas att vandra in och alstra ljusbågen i huvudelektrodgapet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsforrn innefattar anordningen en med huvudgnistgapet parallellkopplad mekanisk kontaktanordning. Därigenom kan strömmen snabbt shuntas över till ledningen med den mekaniska kontaktanord- 15 20 25 30 522 144 7 a. u» ningen så att ljusbågen släcks. Det kan, med känd konventionell teknik ske med en brytare som har en snabb tillslagstid t.ex. 20 ms. Ljusbågstiden i huvudgnist- gapet blir därmed kort, vilket ger möjlighet till mycket snabb âterinkoppling av huvudgnistgapet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är därvid den mekaniska kontaktanordningen innesluten i en hermetisk kapsling. Därmed skyddas även denna från yttre miljö och ett kompakt utförande uppnås.

Lämpligtvis kan den mekaniska kontaktanordningen vara av ett speciellt utförande anpassat för att genom ett mycket snabbt tillslag t.ex. 5 ms ytterligare förkorta ljusbågstiden i huvudgnistgapet. Detta ger låg energiutveckling i huvud- gnistgapet och möjliggör mycket snabb âterinkoppling av huvudgnistgapet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform innesluter vardera kapsling ett gasformigt medium av övertryck.

Trycksättningen ger hög spänningshållfasthet samt god värmekapacitet och snabb återhämtning av spänningslsolationen. Det medför att gapvidden för huvudgnistgapet kan hållas mindre så att införseln av ljusbågen från hjälpgnist- gapet går fortare och därmed ger snabbare genomtändning i huvudgnistgapet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är en elektrisk drivkrets anordnad att alstra ljusbågen i hjälpgnistgapet i vilken drivkrets en spole för manövrering av den mekaniska kontaktanordningen är seriekopplad. Genom att seriekoppla triggningen av ljusbågen i hjälpgnistgapet och manövreringen av den mekaniska kontaktanordningen uppnås en perfekt synkronisering av dessa.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform är anordningen utformad som ett högspänningsskydd för ett elektriskt system och trigggningsanordningen anordnad att matas med energi direkt från linjens felström. Därmed elimineras behovet av separat energimagasin. Tack vare att triggningen därmed drivs direkt av linjens felström blir huvudgnistgapets genomtändning snabbare ju högre fel- strömmens amplitud är.

Enligt en alternativ föredragen utföringsform till den närmast ovan nämnda innefattar anordningen ett energimagasin anordnat att matas med energi från linjen under dess normala drift. En sådan lösning kan vara ändamålsenlig i vissa applikationer och medför att man har tillgång till en väldefinierad energimängd 15 20 25 30 1 n. v» u . .e 8 33 : _: ' :__: ~ :__: . ~ . . .v anpassad till den energi som behövs för triggningen av hjälpgnistgapet och i förekommande fall till spolen för tillslag av den mekaniska kontaktanordningen.

Enligt ytterligare en alternativ utföringsform är triggningsanordningen anordnad att matas med energi från en från linjen oberoende energikälla. Detta skapar ökad flexibilitet vad gäller appllkationsmöjligheterna_ Ovan beskrivna föredragna utföringsformer av den uppfunna anordningen anges i de av kravet 1 beroende patentkravet.

Det uppställda ändamålet har ur uppfinningens andra aspekt ernåtts ge- nom att ett förfarande av det i patentkravets 17 ingress angivna slaget innefattar de speciella åtgärderna att ljusbågen i hjälpgnistgapet via löpskenor under in- verkan av egenmagnetkrafter bringas att vandra in i huvudgnistgapet, att hjälp- elektroderna skyddas från inverkan av i huvudgnistgapet bildat plasma och att huvudgnistgapet och hjälpgnistgapet är inneslutna i en hermetisk kapsling.

Enligt föredragna utföringsforrner av det uppfunna förfarandet utövas detta under utnyttjande av den uppfunna anordningen enligt något av patentkraven 1- 16. Detta anges i det av kravet 17 beroende patentkravet.

Det uppfunna förfarandet och de föredragna utföringsformerna av detta medför fördelar av motsvarande slag av de som vinnes med den uppfunna anord- ningen och de föredragna utföringsformerna av denna, vilka fördelar har redogjorts för ovan.

De uppfunna anvåndningarna utgör applikationer av den uppfunna anord- ningen där utnyttjandet av dess fördelar är av stort värde. Dessa användningar anges i krav 19 och 20.

Det uppfunna överspänningsskyddet för en seriekondensator, uppvisar särdraget att det är försett med en anordning enligt något av patentkraven 1-16.

Eftersom den uppfunna anordningen är av speciellt intresse som komponent i ett sådant överspänningsskydd erbjuder det uppfunna överspänningsskyddet tillvara- tagande av den uppfunna anordningeus fördelar på ett område där dessa i hög grad nyttiggjorts. Överspänningsskyddet anges i krav 21.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskriv- ning av fördelaktiga utföringsexempel av densamma under hänvisning till med- följande ritningsfigurer. l5 20 25 30 522 144 9 . . ~ . a; n. u.

Kort beskrivning av ritningsfigurer Fig. 1 är en principillustration av uppfinningen.

Fig. 2 är en sektion genom en detalj av fig. 1.

Fig. 3 är en sektion genom ett första fördelaktigt utföringsexempel enligt uppfinningen.

Fig. 4 är en perspektiwy av en detalj i fig. 4 Fig. 5 är en perspektivvy av ett andra fördelaktigt utföringsexempel enligt uppfinningen.

Fig. 6 är en perspektivvy av utföringsexemplet i fig. 5 och försedd med kapslingen.

Fig. 7 är en sektion genom en detalj i fig. 6.

Fig. 8 är ett kopplingsschema för triggningskretsen enligt ett utförings- exempel av uppfinningen.

Fig. 9 är ett kopplingsschema för ett överspänningsskydd utnyttjande ett gnistgap enligt uppfinningen.

Beskrivning av fördelaktiga utföringsexempel Fig. 1 är en schematisk illustration av anordningen enligt uppfinningen avsedd att förklara principen för hur triggningsanordningen åstadkommer en ljus- båge i huvudgnistgapet.

En första 2 och en andra 3 huvudelektrod bildar mellan sig ett huvudgnist- gap 1. l anslutning till den andra huvudelektroden 3 är en triggningsanordning 10 anordnad. Triggningsanordningen innefattar en första 5 och en andra 6 hjälp- elektrod som mellan sig bildar ett hjälpgnistgap 4. Mellan hjälpelektroderna 5 och 6 är anordnade ett paket 11 av mellanelektroder. Hjälpelektroderna 5, 6 utgör en del av en krets 7 där den första hjälpelektroden 5 via en normalt öppen slutnings- kontakt 9 är ansluten till den ena sidan av kondensatorbatteriet 8 och den andra hjälpelektroden 6 är ansluten till den andra sidan av kondensatorbatteriet 8.

Vid behov av att alstra en ljusbåge i huvudgnistgapet 1, manövreras slut- ningskontakten 9 att sluta kretsen 7. Manövreringen initieras av en kontrollenhet 12 påverkad av parametrar som definierar nämnda behov. Då kretsen 7 sluts ur- laddas kondensatorbatteriet 8 mellan hjälpelektroderna 5, 6 så att en ljusbåge bildas i gnistgapet 4 mellan dessa. 20 25 30 522 144 10 .s ms: .- u.

Vardera hjälpelektrod 5, 6 är ansluten till en löpskena 13, 14. Löpskenorna 13, 14 kan i praktiken utgöras av en förlängning uppåt av respektive hjälpelektrod 5, 6. Då en ijusbåge a bildats i hjälpgnistgapet 4 kommer denna att till följd av de uppträdande egenmagnetkrafterna att vandra utåt mellan de båda löpskenorna 13, 14. Därvid kommer ljusbågen att successivt anta en alltmer utbuktande form b, c, d och som i tilltagande grad bildar bågar e, f upp mot den första huvudelektroden 2. Så småningom kommer ljusbågen att vandra över till och överbrygga huvud- gnistgapet 1 och bilda en ijusbåge A mellan huvudelektroderna 2, 3. Det beskrivna förloppet utgör naturligtvis en idealisering av det verkliga förloppet. Hjälpljusbågen följer i verkligheten ej strikt de utritade kurvorna, speciellt ej i dess senare skeden e, f. l själva verket bildas ett plasma med tämligen obestämd och svårdefinierbar utbredning, men som i huvudsak förlöper såsom indikerats med bågarna i figuren.

Hjälpelektroderna 5, 6 och deras förlängning i löpskenorna 13, 14 är skyd- dade från inverkan från det plasma som bildas i huvudelektrodgapet 1. Detta dels genom att de är belägna något skymda från huvudgnistgapet 1 av den andra huvudelektroden 3 och dels genom att en avskärmningsanordning 15 är anordnad mellan löpskenorna 13, 14 och huvudgnistgapet 1. Avskärmningsanordningen 15 utgörs av en platta av teflon, vilken är försedd med en öppning 16 för att medge hjälpljusbågen a-f att vandra upp mot huvudgnistgapet 1.

Hjälpgnistgapet 4 är lämpligtvis av lågspänd ytöverslagstyp. Ett sådant illustreras i fig. 2. Mellan dess hjälpelektroder 5 och 6 är ett antal, i detta fall åtta stycken, mellanelektroder i forrn av metallfolier eller tunna metallplåtar anordnade och betecknade med 322a-322h. Mellanelektroderna skiljs åt av elektriskt isole- rande skikt 321a-321j. Mellanelektroderna är indelade i två grupper. Elektroderna 322a-322d är förbundna med varandra och med hjälpelektroden 5 med hjälp av motstånd Ra, Rb, Rc och Rd. På motsvarande sätt är mellanelektroderna 322e- 322h förbundna med varandra och med hjälpelektroden 5 med hjälp av motstånd Rf-Rj. Mellanelektroderna och de isolerade mellanläggen bildar vid sin i figuren övre ände en plan yta Z, utefter vilken vid aktivering av gnistgapet överslag kan ske mellan de olika elektroderna. Vid sin i figuren nedre ände är elektrodpaketet så utformat att dess elektriska hållfasthet där är större än vid ytan Z för att säkerställa att överslag sker vid den senare ytan.

Den snabbt stigande spänningen vid triggning lägger sig mellan mellan- elektroderna 322d och 322e i hjälpgnistgapet 4. När spänningen når en viss nivå 15 20 25 30 522 144 11 .e :nu de nu sker ett överslag a mellan dessa. Strömmen i ljusbågen ger upphov till spännings- fail i mdtetånden Rd den Rj den därmed iiii en utbredning av ljusbågen e" tiil mel- lanelektroderna 322c och 322f. På detta sätt sprider sig ljusbågen mycket snabbt utefter ytan Z från mellanelektrod till mellanelektrod till dess att urladdningen äger rum direkt mellan elektroderna 5 och 6.

Då ljusbågen a på detta sätt etablerats mellan hjälpelektrodema 5, 6 vidtar det i anslutning till fig. 1 beskrivna förloppet i det att ljusbågen a vandrar uppåt i fig. 2 längs löpskenorna 13, 14 (ej utritade i fig. 2).

Medan fig. 1 mer principiellt illustrerar gnistgapet enligt uppfinningen visas i fig. 3 ett exempel på hur det i praktiken kan utformas.

Vardera huvudelektrod 2, 3 är utformad som en cirkulär ring av koppar, och huvudgnistgapet 1 som är i storleksordningen 50 mm bildas mellan de båda ringarna. Vardera kopparring är galvaniskt förbunden med ett respektive elektrod- stöd 17, 18 av aluminium. Vardera elektrodstöd har en urtagning 19, 20 med en diameter motsvarande respektive rings innerdiameter. I urtagningen 20 i den andra huvudelektrodens 3 elektrodstöd 18 är hjälpgnistgapet 4 och dess löpskenor anordnade strax intill urtagningens periferiella vägg. Hela anordningen är inne- sluten i en hermetisk kapsling. Inne i kapslingen råder ett övertryck och mediet är luft. Övertrycket är i storleksordningen 1-10 bar, t.ex. 6 bar. Alternativt kan det vara kvävgas eller en elektronegativ gas såsom SFS. Den icke-ledande delen av inkapslingen, dvs. huvuddelen av mantelytan utgörs av ett epoxirör som är klätt med teflon på insidan. lfig. 4 illustreras i en perspektiwy ett exempel på hur hjälpelektrodema kan vara utformade. Vardera hjälpelektrod 5, 6 är anordnad på en respektive me- tallist, Iämpligtvis en koppar-wolfram-legering vilka är ingjutna i en monterings- platta 22 av isolerande material. Den list som bildar den första hjälpelektroden 5 sträcker sig ut genom plattans motsatta ände. Listens där utskjutande ände 23 är ansluten till den ena sidan av ett kondensatorbatteri 8 (se fig. 1). Den list som bildar den andra hjälpelektroden 6 är förbunden med ett på monteringsplattans ena sida anordnat metallstycke 24 som är förbundet med den andra huvud- elektrodens 3 elektrodstöd 18 (se fig. 1 och 3) och via detta med kondensatorbat- teriets andra sida. Mellan de båda hjälpelektroderna är paketet 11 med mellan- elektroder anordnat och utformat som en laminerad platta. Löpskenorna 13, 14 15 20 25 30 522 144 12 .- :un bildas av respektive metallists förlängning förbi det ställe där hjälpgnistgapet är beläget, dvs. där paketet 11 med mellanelektroder slutar.

Löpskenorna 13, 14 har en längd utanför hjälpgnistgapet som är storleks- ordningen 20 mm. Hjälpgnistgapets 4 vidd, tillika avståndet mellan löpskenorna är i storleksordningen 2 mm.

Fig. 5 illustrerar ett utföringsexempel där gnistgapet 1 är parallellkopplat en mekanisk kontaktanordning 25 för bildande av ett överspänningsskydd som t.ex. är avsett att bära en hög ström under en relativt lång tid. Vid överspänning triggas först gnistgapet såsom ovan beskrivits och kort därefter sluter kontaktanordningen 25 varvid ljusbågen släcks. l fig. 6 illustreras utförandet enligt fig. 5 där båda enheterna är försedda med en respektive kapsling 21, 26. l fig. 7 illustreras mer i detalj ett utföringsexempel av den i fig. 5 illustre- rade kontaktanordningen 25. Kontaktanordningen är utformad som en snabb slutare och utgör i sig ej någon nyuppfunnen komponent. Slutaren har en fast kontaktpart 27 och en rörlig kontaktpart 28. Den rörliga kontaktparten är utformad som ett rör anordnat att vid aktivering förskjutas uppåt och tränga in i ett ringfor- migt spår i den fasta kontaktparten 27. Aktivering sker med hjälp av en (icke visad) drivspole. En slutare av det i fig. 7 illustrerade slaget beskrivs närmare i WO 00/67271, vilken härmed refereras till.

Fig. 8 är ett schema som illustrerar triggningen av det i fig. 5 - 7 visade utföringsexemplet. I en drivkrets 7 innefattande ett kondensatorbatteri 8, en slu- tarenhet 9 utformad som en tyristor är anordnade i serie gnistgapet 4 och en driv- spole 29. Vid aktivering av tyristorn 9 sluts kretsen varvid en ljusbåge etableras i hjälpelektrodgapet 4 mellan hjälpelektroderna 4-6. Efter ca 0,5 ms har ljusbågen tänt en ljusbåge i huvudelektrodgapet på ett sätt som närmare beskrivits i anslut- ning till fig. 1.

Drivspolen 29 är anordnad att förskjuta kontaktanordningen 25 (se fig. 7) rörliga kontaktpart 28 i riktning mot den fasta för att sluta strömmen genom kon- taktanordningen. Detta sker efter ca 4 ms och varvid ljusbågen i huvudgnistgapet släcks.

Med ett huvudgnistgap med gapvidden 50 mm och spänningen 3 kV över gapet och 6 bars övertryck i luft blir triggtiden ca 0,5 ms. Gapet självtänder vid ca 250 kV AC rrns. Triggtiden minskar med ökande spänning över gapet. 15 20 25 522 144 13 I fig. 9 visas ett schema där anordningen tillämpas som överspännings- skydd till en seriekondensator. I en kraftledning 30 med en seriekondensator 31 är anordnad ett överspänningsskydd innefattande en varistor 32, ett huvudgnistgap 1 och en mekanisk kontaktanordning 25, vilka tre komponenter är parallellkopplade. l serie med varistorn är ett strömmätningsdon 12 anordnat.

Vid överström i kraftledningen 30, t.ex. till följd av kortslutning i nätet, upp- träder en överspänning över kondensatorn 31. Med strömmätningsdonet mäts strömmen genom varistorn 32. Mätningen integreras under en tid av några ms till några tiotal ms och den uppmätta energimängden utgör kriterium för om över- spänningsskyddet ska aktiveras. Tröskelvärdet vid vilken aktivering sker kan vara i storleksordningen några tiotal MJ. Strömmätningsdonet 12 utgör således den i fig. 1 anordnade kontrollenheten 12 och definierar när behov att alstra en ljusbåge är för handen.

Då detta är fallet sänder strömmätningsdonet/kontrollenheten 12 en signal till en slutare 9 i den krets 7 i vilket hjälpgnistgapet 4 ingår. Slutaren 9 kan vara en tyristor. Därvid alstras en ljusbåge i hjälpgnistgapet 4, vilken ljusbåge tänder en ljusbåge i huvudgnistgapet 1, vilket närmare beskrivits i anslutning till fig. 1 ovan.

Samtidigt aktiveras kontaktanordningen 25 att sluta, såsom beskrivits i anslutning till fig. 8 ovan.

Kontrollfunktionen kan utövas med andra kontrollparametrar än vad som beskrivits ovan. Exempelvis kan strömmen i linjen 30 ingå som en ytterligare parameter. Ändamålet med att skapa en ljusbåge i huvudgnistgapet kan vara annat än för överspänningsskydd

Claims (21)

15 20 25 30 522 144 14 PATENTKRAV

1. Anordning för snabb slutning av en elektrisk högspänningskrets vilken anordning innefattar ett med en första (2) och en andra (3) huvudelektrod försett huvudgnistgap och en triggningsanordning (10), vilken triggningsanordning (10) innefattar ett med en första (5) och en andra (6) hjälpelektrod försett hjälpelektrod- gap (4) och är anordnad att vid behov alstra en ljusbåge (a) i hjälpgnistgapet (4) för tändande av en ljusbåge (A) i huvudgnistgapet (1) kännetecknad av - att vardera hjälpelektrod (5, 6) är försedd med en löpskena (13, 14), så utformade så att ljusbågen (a) via löpskenorna (13, 14) och under inverkan av det alstrade egenmagnetfältet vandrar in i huvudgnistgapet (1), vilka båda löpskenor (13, 14) var och en har en längd som är större än hjälpgnistgapets (a) vidd, - att hjälpelektroderna (5, 6) är anordnade så att de är skyddade från inverkan av i huvudgnistgapet (1) bildat plasma, - och att en hermetisk kapsling (21) innesluter huvudgnistgapet (1) och hjälpgnistgapet (4).

2. Anordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av att löpskenorna (13, 14) är i huvudsak parallella och riktade mot nämnda första huvudelektrod och har en längd som är flera gånger större än hjälpgnistgapets (4) vidd.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknad av att hjälpelektro- derna (5, 6) år skyddade från inverkan av plasmat i huvudgnistgapet (1) genom att de är anordnade i en skyddad position relativt huvudgnistgapet (1).

4. , Anordning enligt patentkravet 3, kännetecknad av att hjälpgnistgapet (4) är anordnat vid sidan om nämnda andra huvudelektrod (3) och beläget ett stycke från huvudgnistgapet (1) sett i huvudgnistgapets riktning.

5. Anordning enligt något av patentkraven 1-4, kännetecknad av att en avskärmningsanordning (15) är anordnad mellan löpskenorna (13, 14) och huvudgnistgapet (1). 20 25 30 522 144 15 u o..

6. Anordning enligt patentkravet 5, kännetecknad av att avskärmnings- anordningen (15) är försedd med en öppning (16).

7. Anordning enligt något av patentkraven 1-6, kännetecknad av att huvud- gnistgapet (1) är utformat för rörlig ljusbågsbana via egenmagnetfält.

8. Anordning enligt patentkravet 7, kännetecknad av att vardera huvud- elektrod (2, 3) är ringformad.

9. Anordning enligt något av patentkraven 1-8, kännetecknad av att den ena av triggningsanordningens löpskenor (13, 14) är på samma potential som huvud- gnistgapets nämnda andra huvudelektrod (3).

10. Anordning enligt något av patentkraven 1-9, kännetecknad av att den innefattar en med huvudgnistgapet (1) parallellkopplad mekanisk kontaktanordning (25).

11. kapsling (26) innesiuter den mekaniska kontaktanordningen (25). Anordning enligt patentkravet 10, kännetecknad av att en hermetisk

12. Anordning enligt något av patentkraven 1-11, kännetecknad av att var- dera kapsling (21, 26) innesiuter ett gasforrnigt medium av övertryck.

13. Anordning enligt något av patentkraven 1-10, kännetecknad av att en elektrisk drivkrets (7) är anordnad att alstra ljusbågen (a) i hjälpgnistgapet (4) i vilken drivkrets en drivspole (29) för manövrering av den mekaniska kontakt- anordningen (25) är seriekopplad.

14. Anordning enligt något av patentkraven 1-13, kännetecknad av att den är utformad som högspänningsskydd för ett elektriskt system och att triggnings- anordningen är anordnad att matas med energi på direkt från linjens felström. 15 20 25 30 522 144 16

15. Anordning enligt något av patentkraven 1-13, kännetecknad av att triggningsanordningen är anordnad att matas med energi från ett energimagasin som i sin tur matas med energi från linjen under dess normala drift.

16. Anordning enligt något av patentkraven 1-13, kännetecknad av att triggningsanordningen är anordnad att matas med energi från en från linjen oberoende energikälla.

17. Förfarande för att snabbt sluta en elektrisk högspänningskrets genom att alstra en ljusbåge mellan en första och en andra huvudelektrod hos ett huvud- gnistgap med hjälp av en triggningsanordning, varvid vid behov alstras en ljusbåge mellan en första och en andra hjälpelektrod i ett triggningsanordningen tillhörande hjälpgnistgap, varvid en ljusbåge i huvudgnistgapet tänds med hjälp av ljusbågen i hjälpgnistgapet, kännetecknat av - att ljusbågen i hjälpgnistgapet via löpskenor under inverkan av egen- magnetfält bringas att vandra in i huvudgnistgapet, - att hjälpelektroderna skyddas från inverkan avi huvudgnistgapet bildat plasma, - och att huvudgnistgapet och hjälpgnistgapet är inneslutna i en hermetisk kapsel.

18. Förfarande enligt patentkravet 17, kännetecknat av att förfarandet utövas under utnyttjande av en anordning enligt något av patentkraven 1-16.

19. Användning av en anordning enligt patentkraven 1-16 för att snabbt sluta en elektrisk högspänningskrets.

20. Användning enligt patentkravet 19 som överspänningsskydd för en serie- kondensator.

21. överspänningsskydd för en seriekondensator kännetecknat av att över- spänningsskyddet innefattar en anordning enligt något av patentkraven 1-16.