NO781561L - FIELD POWER DEVICE FOR OVERVOLTAGE PROTECTION - Google Patents

Abstract

effektanordning for beskyttelse mot overspenning.power device for protection against overvoltage.

Description

Oppfinnelsen angår en felteffektanordning for beskyttelse mot overspenning, omfattende minst to primærelektroder som er anordnet i en beholder med gass. Beholderen er lufttett og uten radioaktive stoffer. Anordningen er særlig beregnet på beskyttelse av radaranlegg, telekommunikasjonslinjer og lignende. The invention relates to a field effect device for protection against overvoltage, comprising at least two primary electrodes arranged in a container with gas. The container is airtight and without radioactive substances. The device is particularly intended for the protection of radar systems, telecommunications lines and the like.

Overspenning opptrer på linjer og apparater somOvervoltage occurs on lines and devices such as

er forbundet med disse som følge av atmosfæriske forstyrrels-er slik som lyn, statiske utladninger, osv., ved feilaktig kontaktslutning eller induksjon fra kraftlinjer eller andre årsaker. are connected with these as a result of atmospheric disturbances such as lightning, static discharges, etc., by faulty contact closure or induction from power lines or other causes.

Generelt opptrer de farligste overspenninger på telekommunikasjonslinjer: og når tilslutningskontakter vanligvis i form av telefonstasjoner, forsterkere, telefonapparater osv. Slike overspenninger resulterer i elektriske utladninger som kan ha farlige virkninger. In general, the most dangerous surges occur on telecommunication lines: and when connecting contacts usually in the form of telephone exchanges, amplifiers, telephone sets, etc. Such surges result in electrical discharges that can have dangerous effects.

For å unngå disse ulemper anbringes -vanligvis en gassutladningsbeskyttelsesinnretning på klemmen for hver linje og denne beskyttelsesinnretning jordes. Slike beskyttelsesinnretninger er konstruert for å gi en elektrisk utladning når en spenning overskrider en forhåndsbestemt terskelverdi på linjen. Disse beskyttelsesinnretninger hindrer at overspen-ningen når apparatene eller i det minste sikrer at overspen-ningen dempes til et slikt nivå at det ikke lenger er farlig hverken for personer eller apparater. Slike anordninger omfatter vanligvis to elektroder som er anordnet i en beholder som inneholder gass under lavt trykk. To avoid these disadvantages, a gas discharge protection device is usually placed on the terminal for each line and this protection device is earthed. Such protective devices are designed to provide an electrical discharge when a voltage exceeds a predetermined threshold value on the line. These protection devices prevent the overvoltage from reaching the devices or at least ensure that the overvoltage is attenuated to such a level that it is no longer dangerous for either people or devices. Such devices usually comprise two electrodes which are arranged in a container containing gas under low pressure.

Ved anordninger av kjent art anvendes vanligvis en isotop med Q emisjon for å frembringe ioner i gassen i be holderen for å lette starten av utladningen ved overspenning. In devices of a known kind, an isotope with Q emission is usually used to produce ions in the gas in the container to facilitate the start of the discharge in case of overvoltage.

Disse beskyttelsesinnretninger har den ulempe at hvis det går hull på beholderen, vil den radioaktive isotop unnslippe og .dermed forurense omgivelsen. Dette utgjør en farekilde for personer som arbeider i nærheten av apparatene som skal beskyttes. These protective devices have the disadvantage that if there is a hole in the container, the radioactive isotope will escape and thus contaminate the environment. This constitutes a source of danger for people working near the devices to be protected.

Det er også kjent andre løsninger som omfatter radioaktivt materiale som danner i det minste en del av beholderen eller at minst en del av beholderen er gjort radio-aktiv. Beskyttelsesinnretningene av ,dénne utforming kan også bety en risiko for personer selv om det radioaktive materiale har fast form. Other solutions are also known which include radioactive material that forms at least part of the container or that at least part of the container is made radioactive. The protective devices of this design can also pose a risk to people even if the radioactive material is solid.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en beskyttelsesanordning av den innledningsvis nevnte art hvor utladningen startes uten hjelp av radioaktivt stoff. The purpose of the invention is to provide a protective device of the type mentioned at the outset where the discharge is started without the aid of radioactive material.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et par sekundærelektroder for frembringelse av et elektrisk felt som er sterkere enn feltet mellom primærelektrodene og som er koplet parallelt med disse i samme beholder. This is achieved according to the invention by a pair of secondary electrodes for producing an electric field which is stronger than the field between the primary electrodes and which are connected in parallel with these in the same container.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-9. Further features of the invention will appear from claims 2-9.

Noen utførelseseksempler på oppfinnelsen skal neden-for forklares nærmere under henvisning til tegningene, Some embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings,

Fig. 1 viser i perspektiv og delvis i snitt en felteffektanordning ifølge oppfinnelsen og det tilhørende koplingsskj erna. Fig. 2 viser et diagram for anordningens virkemåte. Fig. 354 og 5 viser koplingsskj emae'r: for tre andre utførelsesformer av anordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser en anordning med en beholder 1 med to isolerte gjennomføringer 2. Gjennomføringene 2 er inne i beholderen forbundet med et par primærelektroder 3 som er parallellforbundet med et par sekundærelektroder 4, Sekundærelektrodene 4 er anordnet mellom primærelektrodene 3 for å starte en ionisering av gass mellom primærelektrodene 3. Fig. 2 viser et diagram med .dobbelt logaritmisk skala hvor abscissen representerer produktet av avstanden d mellom elektrodene og gasstrykket p, og ordinaten representerer spenningen V som opptrer mellom elektrodene. Fig. 1 shows in perspective and partly in section a field effect device according to the invention and the associated coupling core. Fig. 2 shows a diagram for the operation of the device. Fig. 354 and 5 show connection diagrams: for three other embodiments of the device according to the invention. Fig. 1 shows a device with a container 1 with two insulated penetrations 2. The penetrations 2 are inside the container connected to a pair of primary electrodes 3 which are connected in parallel with a pair of secondary electrodes 4. The secondary electrodes 4 are arranged between the primary electrodes 3 to start an ionization of gas between the primary electrodes 3. Fig. 2 shows a diagram with a double logarithmic scale where the abscissa represents the product of the distance d between the electrodes and the gas pressure p, and the ordinate represents the voltage V that occurs between the electrodes.

Det skal bemerkes at spenningen V gradvis avtarIt should be noted that the voltage V gradually decreases

når produktet p.d øker inntil et minimum nås i punktet A.when the product p.d increases until a minimum is reached at point A.

Ved ytterligere minskning av produktet p.d vil spenningen V øke igjen. If the product p.d is further reduced, the voltage V will increase again.

fDå elektrodene 3 og 4 er anordnet i samme beholderfWhen the electrodes 3 and 4 are arranged in the same container

1, vil trykket p være det samme for begge elektrodepar og det er da mulig å variere spenningen V ved å endre avstanden d mellom hvert elektrodepar. 1, the pressure p will be the same for both electrode pairs and it is then possible to vary the voltage V by changing the distance d between each electrode pair.

Hvis trykket pQ i beholderen er kjent og avstandenIf the pressure pQ in the container is known and the distance

dp mellom primærelektrodene 3 velges slik at.elektrodene reagerer på tilstanden i punktet A, vil reaksjonspunktet for sekundærelektrodene 4 i punktet B være bestemt av produktet PQ.d-^og spenningen V. dp between the primary electrodes 3 is chosen so that the electrodes react to the condition at point A, the reaction point for the secondary electrodes 4 at point B will be determined by the product PQ.d-^ and the voltage V.

Reaksjonspunktet A erkarakterisert vedat Æet harThe reaction point A is characterized by the fact that Æet has

en ubetydelig felteffekt og liten startspenning V, Reaksjonspunktet B har imidlertid stor.'felteffekt og en - start spenning som er større enn spenningen i punktet A. Hvis en overspenning opptrer langsomt, vil beskyttelsesanordningen reagere under de forhold som hersker i punktet A .og starte en utladning mellom primærelektrodene 3. a negligible field effect and small starting voltage V, The reaction point B, however, has a large field effect and a starting voltage that is greater than the voltage at point A. If an overvoltage occurs slowly, the protective device will react under the conditions prevailing at point A and start a discharge between the primary electrodes 3.

I tilfelle av en hurtig økning av overspenning vil primærelektrodene som ikke har ioner som kan starte utladningen bli forsinket slik at overspenningspulsene ville passere og dette kunne resultere i ødeleggelse av tilsluttede apparater. In case of a rapid increase of overvoltage, the primary electrodes which do not have ions that can start the discharge will be delayed so that the overvoltage pulses would pass and this could result in the destruction of connected devices.

Nytten ved sekundærelektrodene 4 består i at når overspenningspulsen har nådd en verdi V slik at V/d^over-skrides, vil emisjonsterskelen for elektrodematerialet over-skrides slik at det opptrer elektronemisjon. The benefit of the secondary electrodes 4 is that when the overvoltage pulse has reached a value V such that V/d^ is exceeded, the emission threshold for the electrode material will be exceeded so that electron emission occurs.

I dette tilfellet vil det som følge av akselerasjon som skyldes det elektriske felt dannes et tilstrekkelig antall ioner til øyeblikkelig å starte en utladning mellom sekundærelektrodene eller å lette en utladning mellom primærelektrodene, In this case, as a result of acceleration due to the electric field, a sufficient number of ions will be formed to instantly start a discharge between the secondary electrodes or to facilitate a discharge between the primary electrodes,

Sekundærelektrodene utfører derfor funksjonen som ellers radioaktive stoffer utfører ved. kjente konstruksjoner. The secondary electrodes therefore perform the function that radioactive substances otherwise perform. known constructions.

Por å oppnå at elektronemisjonen fra sekundærelektrodene opptrer ved lavere spenning V hvis avstanden mellom elektrodene er den samme, kan elektrodene belegges med et materiale med høy emisjon som f.eks. cesium eller rubidium. In order to achieve that the electron emission from the secondary electrodes occurs at a lower voltage V if the distance between the electrodes is the same, the electrodes can be coated with a material with a high emission such as e.g. cesium or rubidium.

Det samme resultat dvs. en xLk elektronemisjon kan også oppnås ved å øke feltstyrken ved å gi sekundærelektrodene 4 en egnet utforming f.eks. en tilspisset f orm-.:og/eller en egnet overflatebehandling som f.eks. sandblåsing. The same result, i.e. an xLk electron emission, can also be achieved by increasing the field strength by giving the secondary electrodes 4 a suitable design, e.g. a pointed form-.: and/or a suitable surface treatment such as e.g. sandblasting.

Ved den ovenfor beskrevne utførelsesform skyldes utladningen som følge av en overspenningspuls, skjer.utladningen mellom sekundærelektrodene 4. Når pulsenergien er meget stor, særlig når sekundærelektrodene er belagt med eller fremstillet av et lavtsmeltende materiale, kan sekundærelektrodene bli ødelagt. In the above-described embodiment, the discharge is due to an overvoltage pulse, the discharge occurs between the secondary electrodes 4. When the pulse energy is very large, especially when the secondary electrodes are coated with or made of a low-melting material, the secondary electrodes can be destroyed.

For å unngå dette, kan sekundærelektrodene 4 for-bindes med primærelektrodene 3 ved hjelp av kondensatorer 5 som vist på fig. 3- Eventuelt kan den kapasitive forbindelse skje med; bare en av sekundærelektrodene 4. Ved utførelses-eksemplet på fig. 3 vil kondensatorene 5 begrense energien i den elektriske krets som ligger parallelt m&d- primærelektrodene 3. To avoid this, the secondary electrodes 4 can be connected to the primary electrodes 3 by means of capacitors 5 as shown in fig. 3- Optionally, the capacitive connection can be made with; only one of the secondary electrodes 4. In the embodiment example in fig. 3, the capacitors 5 will limit the energy in the electrical circuit which lies parallel to the primary electrodes 3.

For ikke å bevirke at" startutladningen mellom primærelektrodene 3 svekkes, er det nødvendig å tilveiebringe en kapasitiv forbindelse på sådan måte at verdien av kondensatorene 5 er meget større enn verdien av kapasiteten mellom sekundærelektrodene 4. In order not to cause the initial discharge between the primary electrodes 3 to weaken, it is necessary to provide a capacitive connection in such a way that the value of the capacitors 5 is much greater than the value of the capacity between the secondary electrodes 4.

Spenningen mellom gjennomføringene 2 er fordelt omvendt proporsjonalt med kapasiteten mellom elektrodene 4 og kondensatorene 5. Hvis kondensatorene 5 har 100 ganger større kapasitet enn kapasiteten mellom elektrodene 4, vil spenningen over sekundærrelektrodene 4 vær:e ca. 98% av spenningen mellom gjennomføringene 2. The voltage between the bushings 2 is distributed inversely proportional to the capacity between the electrodes 4 and the capacitors 5. If the capacitors 5 have a capacity 100 times greater than the capacity between the electrodes 4, the voltage across the secondary electrodes 4 will be approx. 98% of the voltage between the bushings 2.

Ved en ytterligere utførelsesform kan i det minste den ene av primærelektrodene 3 være utstyrt med forlengelser. Forlengelsene danner sekundærelektroder 4 og utfør/er den ovenfor nevnte funksjon for slike elektroder. Fig. 4 viser en slik utførelse med forlengelser 6. In a further embodiment, at least one of the primary electrodes 3 can be equipped with extensions. The extensions form secondary electrodes 4 and perform/are the above-mentioned function for such electrodes. Fig. 4 shows such an embodiment with extensions 6.

En variant av denne utførelse er vist på fig. 5 hvor et dielektrisk element 7 er anordnet som en forlengelse på A variant of this embodiment is shown in fig. 5 where a dielectric element 7 is arranged as an extension of

den ene primærelektrode 3 og denne forlengelse strekker seg mot den andre elektrode uten å berøre denne. one primary electrode 3 and this extension extends towards the other electrode without touching it.

Tilstedeværelsen av forlengelsen 7 med en dielektrisitetskonstant og dielektrisk fasthet som er større enn for gassen, vil lokalt ionisere feltet mellom elektrodene 3 og The presence of the extension 7 with a dielectric constant and dielectric strength greater than that of the gas will locally ionize the field between the electrodes 3 and

derved kunne starte utladning.thereby being able to start discharging.

Utførelseseksemplene har vist et elektrodepar, men idét er klart at det kan anordnes flere elektrodepar for fler-dobbelt utladning eller .i forbindelse med'"j"ordlngselektrodepar. The design examples have shown an electrode pair, but the idea is clear that several electrode pairs can be arranged for multiple discharge or in connection with "j"ordlng electrode pairs.

1. Felteffektanordning for beskyttelse mot overspenning, omfattende minst to primær.elektroder som er anordnet i en beholder med gass,karakterisert vedet par sekundærelektroder (14) for frembringelse av et elektrisk felt som er sterkere enn feltet mellom primærelektrodene (3) og som er koplet parallelt med .disse i samme beholder (1). 2. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at sekundærelektrodene (4) har en innbyrdes avstand (d-^) som er mindre enn den innbyrdes avstand mellom primærelektrodene (3) 3. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at sekundærelektrodene (4) er forbundet med primærelektrodene (3) ved hjelp av kondensatorer (5). 4. Anordning ifølge krav 1,karakterisertved at minst én av primærelektrodene (3) har en eller flere forlengelser (6) som danner sekundærelektroder. 5. Anordning ifølge krav 4,karakterisertved at forlengelsen (7,6) består av et stivt materiale med stø rre dielektrisitetskonstant enn gassens dielektrisitetskonstant. 6. Anordning ifølge kravene 1,3 og 4,karakterisertvedat elektrodene er belagt med et elektrisk positivt materiale. 7. Anordning ifølge kravene 1,3 og 4, k ar: a k - terisert ved at elektrodene består av et materiale med stor emisjon. 8. Anordning ifølge kravene 1,3 og 4,karakterisert vedat sekundærelektrodene (4) har en utforming som øker det elektriske felt. 9. Anordning ifølge kravene 1,3 og 4, omfattende et antall par jordingselektroder,karakterisertved at hvert par sekundærelektroder er forbundet parallelt med hvert jordingspar. 1. Field effect device for protection against overvoltage, comprising at least two primary electrodes which are arranged in a container with gas, characterized by a pair of secondary electrodes (14) for producing an electric field which is stronger than the field between the primary electrodes (3) and which are connected parallel to these in the same container (1). 2. Device according to claim 1, characterized in that the secondary electrodes (4) have a mutual distance (d-^) which is smaller than the mutual distance between the primary electrodes (3) 3. Device according to claim 1, characterized in that the secondary electrodes (4) are connected with the primary electrodes (3) by means of capacitors (5). 4. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the primary electrodes (3) has one or more extensions (6) which form secondary electrodes. 5. Device according to claim 4, characterized in that the extension (7,6) consists of a rigid material with a greater dielectric constant than the dielectric constant of the gas. 6. Device according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the electrodes are coated with an electrically positive material. 7. Device according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the electrodes consist of a material with high emission. 8. Device according to claims 1, 3 and 4, characterized in that the secondary electrodes (4) have a design that increases the electric field. 9. Device according to claims 1, 3 and 4, comprising a number of pairs of grounding electrodes, characterized in that each pair of secondary electrodes is connected in parallel with each grounding pair.