NO781561L - Felteffektanordning for beskyttelse mot overspenning - Google Patents

Abstract

effektanordning for beskyttelse mot overspenning.

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.

Overspenning opptrer på linjer og apparater som

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en beskyttelsesanordning av den innledningsvis nevnte art hvor utladningen startes uten hjelp av radioaktivt stoff.

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.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-9.

Noen utførelseseksempler på oppfinnelsen skal neden-for forklares nærmere under henvisning til tegningene,

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.

Det skal bemerkes at spenningen V gradvis avtar

når produktet p.d øker inntil et minimum nås i punktet A.

Ved ytterligere minskning av produktet p.d vil spenningen V øke igjen.

fDå elektrodene 3 og 4 er anordnet i samme beholder

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.

Hvis trykket pQ i beholderen er kjent og avstanden

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.

Reaksjonspunktet A erkarakterisert vedat Æet har

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.

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.

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.

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,

Sekundærelektrodene utfører derfor funksjonen som ellers radioaktive stoffer utfører ved. kjente konstruksjoner.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

En variant av denne utførelse er vist på fig. 5 hvor et dielektrisk element 7 er anordnet som en forlengelse på

den ene primærelektrode 3 og denne forlengelse strekker seg mot den andre elektrode uten å berøre denne.

Tilstedeværelsen av forlengelsen 7 med en dielektrisitetskonstant og dielektrisk fasthet som er større enn for gassen, vil lokalt ionisere feltet mellom elektrodene 3 og

derved kunne starte utladning.

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.

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.