包括用于开关电源的火花隙的开关设备制造技术

开关电源设备包括至少一个电开关装置（５）。该开关装置包括至少一个包含电极间隙（２４）的开关元件（１０ａ）。该间隙可在基本电绝缘状态和导电状态之间变换。而且，开关元件包括造成或至少启动电极间隙或至少部分电极间隙呈现导电性的装置（２５）。该造成或至少启动电极间隙呈现导电性的装置（２５）适用于以辐射能量的形式向电极间隙提供能量，以通过该辐射能量将间隙或至少部分间隙带入等离子体形式。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及根据权利要求1前序部分所述的设备。本专利技术所述设备可以用于为开关目的而进行的任何连接中。本专利技术最好应用在开关大功率的地方。实际上涉及高压和电力输送应用。本专利技术所述设备最好的应用是在发电厂中保护电力对象免遭故障的影响，所述故障主要指电流，也包括电压，这种应用虽然是优选的，但本专利技术所述设备并不限于这种应用。此外，本专利技术还包括保护对象的方法。所讨论的电力对象可以具有任意的特性，只要该对象是包含在电力网中并且需要保护以免遭与过流有关的故障的影响，所述过流即实际上的短路电流。作为一个例子，可以指出对象可以由具有磁路的电力设备构成，例如发电机、变压器或电动机。其它对象也可以处于讨论中，例如电力线和电缆、配电装置等。本专利技术的应用将结合中压和高压。根据IEC标准，中压指1-72.5kv，而高压为＞72.5kv。这样，输电、中压输电和配电电平都包括在内。在具有该特性的现有发电厂中，为了保护所讨论的对象，人们已经使用了为断开提供电流分离的传统断路器(开关设备)。由于该断路器必须能够断开非常大的电流和电压，因此造成具有大惯性的较大容量设计，这种大惯性反映在较长的断开时间中。可以指出，所预期的过流主要是发生在与保护对象连接中的短路电流，例如由于故障而在保护对象的电绝缘系统中出现的短路电流。这种故障意味着外部电网/设备的故障电流(短路电流)将流过电弧。所造成的结果是出现非常严重的击穿。可以指出，对于瑞典的电力网来说，短路电流/故障电流的量度是63kA。实际上，短路电流可以等于40-50kA。所述断路器的问题在于其断开时间长。实现完全断开的断开时间量度(IEC标准)是150毫秒(ms)。将该断开时间减小到小于50-130ms(根据实际情况而定)是很困难的。其后果就是当保护对象中存在故障时，在启动断路器断开所需的全部时间内很大电流将流过同一对象。在这段时间内，外部电力网的全部故障电流使相当大的负载卷入到保护对象上。为了避免保护对象损坏和完全击穿，根据现有技术，人们已经将对象构造得使其能够承受断路器断开时间内的短路电流/故障电流而没有明显的损坏。可以指出，保护对象中的短路电流(故障电流)由对象本身对故障电流的影响和由电网/设备发出的附加电流组成。对象本身对故障电流的影响不受断路器功能的影响，但电网/设备对故障电流的影响却取决于断路器的操作。构造保护对象使其可以在相当长的时间区间内承受大的短路电流的要求，意味着实质性的缺陷，即设备费用更高且性能降低。正如以上本文所指出的，本专利技术不仅限于保护用途。在其它开关场合，当涉及到大功率时，为了实现所针对的开关功能而必须借助于如半导体元件组这样的相当昂贵的大容量开关设备是不利的。因此，期望得到具有优良效能的快速操作的开关设备来导通大电流。本专利技术的主要目的是提供一种开关设备，与目前所使用的开关设备相比，本专利技术的设备更适于快速开关大电功率，且费用更低。本专利技术的第二目的是提供设备的设计途径和方法以便对任意对象实现更好的保护并因此降低对象上的负载，这意味着对象本身的设计不必使其在相对较长的时间区间内承受最大短路电流/故障电流。根据本专利技术，根据权利要求1特征部分设计开关设备。由于为了在电极间隙中建立电离/等离子体而通过直接向电极间隙提供辐射能量使开关装置的电极间隙处于导电状态，根据本专利技术为开关设备的快速操作建立这些条件。电极间隙中的电离/等离子体造成/启动具有很高导电性的导电的等离子体通道，使得可以传送很大的电流，更具体地说是在相对拉长的时间区间内可以传送很大的电流而没有负面影响，这与传统半导体技术形成了鲜明的对照。在前述专利技术的改进过程中，已经表明，就辐射能量到电极间隙的方向来说，传统的光学透镜系统会带来不利影响。较大部分的辐射能量会聚在最好用于触发的面积或体积内并且位于欠电压的电极结构中，在更有效、更简单、具有统计可靠性的情况下实现触发。因此，重要的是，所使用的辐射会聚系统尽可能少地吸收辐射能量，该系统将入射辐射能量以尽可能高的准确性指向预期的触发区域。光学透镜系统已经表明在辐射能量的吸收和难于以光学方式会聚能量方面存在不足。根据本专利技术，向电极间隙提供触发能量的装置最好包括引导电磁波能量的系统，所述系统具有至少一个衍射元件(DE)或至少一个衍射光学元件(DOE)。根据本专利技术，上述第二目的的实现在于具有过流减小装置形式的开关装置，它适于借助于过流状态检测装置减小过流，连接到发电厂以保护对象。根据最佳实施例，开关装置可以构成过流转向器以便将过流转向到地或具有相对较低电势的另一元件。因此，就保护方面来说，本专利技术是基于原理利用快速操作的开关装置即本文所述的开关装置，它并不真的断开过流，但却同样将电流减小到使受保护的对象只经受实质上减小了的疲劳，从而使对象受到的损坏更小。因此，过流/故障电流的减小意味着注入受保护对象的总能量实质上将小于没有根据本专利技术所述开关装置的时候。根据本专利技术基于开关装置的解决方法隐含着可以有利地满足需要以实现另人满意的保护功能。因此，通过开关装置可以实现非常快速的触发，使得一旦电极间隙已经处于导电状态，就经开关装置将出现的与过流有关的故障以非常小的延迟及时转向。可以指出，在该连接中术语“触发”意味着将开关装置引入导电状态。通过开关装置的布置，所述开关装置的尺寸很容易加工成能够导通非常大的电流。为了得到满意的保护功能，希望通过开关装置建立起的电流导通通道具有很低阻抗。这意味着最大可能地缓解了对象的过度疲劳，所述对象受到保护以免遭故障电流的影响。此外，用很小的努力就可以使根据权利要求1所述的开关装置具有很高触发安全性的功能。为了尽可能快地使出现的故障电流转向，触发必须不会在紧急情况下失败。另一方面，根据本专利技术的开关装置提供了尺寸加工上的可能性以便在非触发状态下实现很高的抗电强度。这样，自然击穿的可能性最小。从而，最好是使用至少一个用于触发的激光器。根据a.o.的最好改进，用于向电极间隙提供辐射能量的装置在所附权利要求中作了限定。根据一个实施例，为了实现使电极间隙呈现导电状态的最大可能确定性，在两个或多个点或区域向电极间隙提供辐射能量。根据一种可替代的设计方式，能量提供装置可以在电极间所针对的导通路径上沿细长区域提供辐射能量。根据最佳实施例，该细长区域完全或基本完全桥接电极之间的间隙。尽管这是可能的，即，在具有两个或多个提供辐射的点或区域的情况下，对这些点或区域的连续应用对应于辐射以如下方式在电极间的导电路径上传播，即以一时间延迟连续应用于这些点和区域，但根据本专利技术，通常最好基本同时应用于这些点或区域以便使电极间隙瞬间导通。再者，根据本专利技术，提供触发能量的装置可以以筒形体积施加辐射能量。当其中一个电极包括提供辐射能量的开口以及当以筒形体积提供的辐射能量相对接近于设有开口的电极时，效果尤其好。根据另一可替代实施例，能量提供装置可设计为在电极间延伸的多个基本平行的细长电极区域中提供辐射能量。辐射能量也可以在位于电极间的一个或多个点中垂直于电极轴提供给电极间隙。衍射在光学中不是一个统一定义的术语。也可以说成是波传播现象，通过电磁波的电磁场分布和物质之间的相互作用，所述物质例如为不透光孔孔隙或具有变相结构的表面，在光或电磁辐射之后在三维空间中改变电磁波的电场分布。A.Somm本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于开关电源的设备，包括至少一个电开关设备，其特征在于，开关设备（５）包括至少一个开关装置（１０），它包括一个电极间隙（２４），它在基本电绝缘状态和导电状态之间是可以转换的，造成或者至少启动电极间隙或至少部分电极间隙呈现导电性的装置（２５），以及所述用于造成或至少启动电极间隙呈现传导性的装置（２５）适于以辐射能量的方式向电极间隙提供能量，以使所述间隙或至少部分间隙形成等离子体。

【技术特征摘要】
SE 1996-12-17 9604631-31.用于开关电源的设备，包括至少一个电开关设备，其特征在于，开关设备(5)包括至少一个开关装置(10)，它包括一个电极间隙(24)，它在基本电绝缘状态和导电状态之间是可以转换的，造成或者至少启动电极间隙或至少部分电极间隙呈现导电性的装置(25)，以及所述用于造成或至少启动电极间隙呈现传导性的装置(25)适于以辐射能量的方式向电极间隙提供能量，以使所述间隙或至少部分间隙形成等离子体。2.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，通过导致或至少启动电极间隙或部分电极间隙呈现导电性的所述装置(25)包括至少一个激光器(25)。3.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，开关装置(10)的形成方式是在其电极(23)之间以隔离状态表现电场，一旦导致或启动电极间隙呈现导电性，该电场在电极之间激励或产生电飞弧。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，处于电极间隙(24)隔离状态的电场的电场强度实质上小于发生自然击穿的电场强度。5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，处于电极间隙(24)绝缘状态的电场的电场强度不大于发生自然击穿的电场强度的30％，不大于20％比较适当，最好不大于10％。6.根据权利要求3-5中任一权利要求所述的设备，其特征在于，处于电极间隙(24)绝缘状态的电场的电场强度至少为发生自然击穿的电场强度的0.1％，至少1％比较适当，最好至少5％。7.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，导致或至少启动电极间隙(24)呈现导电性的所述装置(25)的设置是为了通过使最低电场强度最小化的方式提供辐射能量，在该电场强度下，可以触发电极间隙呈现导电性。8.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，导致或至少启动电极间隙(24)呈现导电性的所述装置(25)的设置是为了以这样的方式向电极间隙提供辐射能量使到达的辐射能量和形成电极间隙导电能力之间的时间延迟最小化。9.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，造成或至少启动电极间隙呈现导电性的开关装置(10)和装置(25)的设置是使得电极间隙中导电性的建立实质上不取决于在绝缘状态下的开关装置的电极之间出现的电场强度。10.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的开关装置(25)的设置是为了将辐射能量应用在电极(23)的至少其中一个电极上或者至少应用在电极(23)的至少其中一个电极的附近。11.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的开关装置(25)的设置是为了将辐射能量定位在电极(23)之间间隙(24)中的的一个点或区域。12.根据任一前述权利要求所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的构件(25，27)的设置是为了将辐射能量应用于电极之间的两个或多个点或区域(28)。13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的装置的设置是为了沿着电极之间延伸的线定位所述辐射能量的两个或多个点或区域，所述线对应于电极之间期望的导电路径的延伸。14.根据任何前述权利要求所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的装置(25)的设置是为了将辐射能量应用于一个或多个细长区域(28i，k，m，n)，其纵轴基本沿电极间期望的导电路径方向延伸。15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的装置(27)适用于将细长聚焦区形成为筒形。16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的装置适用于形成细长区域，使得它桥接电极之间的整个或基本整个空间。17.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的装置(27)适用于在电极间隙内形成两个或多个细长聚焦区(28)，所述聚焦区在彼此沿电极间期望的导电路径之后纵向定位。18.根据权利要求1和10中任一项所述的设备，其特征在于，为电极间隙提供触发能量的装置适用于将辐射能量施加在至少其中一个电极上或施加在电极之间。19.根据权利要求10-18中任一项所述的设备，其特征在于，在电极间隙内的至少其中一个电极上有开口，用于提供触发能量的装置(25)通过该开口引导辐射能量。20.根据权利要求15和19所述的设备，其特征在于，向电极间隙提供触发能量的装置(27)位于具有开口(29)的那个电极附近的筒形辐射能量区域(28)，使得筒形辐射能量区域的轴基本与电极中开口的轴同心。21.根据权利要求10-20中任一项所述的设备，其特征在于，向电极间隙提供触发能量的装置包括控制电磁波能量的系统。22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，控制系统包括至少一个衍射元件。23.根据权利要求22所述的设备，其特征在于，衍射元件由开诺全息照片构成。24.根据权利要求21-23中任一项所述的设备，其特征在于，控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：M贝里奎斯特，H贝恩霍夫，M埃克贝里，T福格贝里，J伊斯贝里，M莱永，黎明，A苏内松，D温德马，
申请(专利权)人：瑞典通用电器勃朗勃威力公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]