專利名稱：包括用于開關(guān)電源的火花隙的開關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的設(shè)備。本發(fā)明所述設(shè)備可以用于為開關(guān)目的而進(jìn)行的任何連接中。本發(fā)明最好應(yīng)用在開關(guān)大功率的地方。實際上涉及高壓和電力輸送應(yīng)用。本發(fā)明所述設(shè)備最好的應(yīng)用是在發(fā)電廠中保護(hù)電力對象免遭故障的影響，所述故障主要指電流，也包括電壓，這種應(yīng)用雖然是優(yōu)選的，但本發(fā)明所述設(shè)備并不限于這種應(yīng)用。此外，本發(fā)明還包括保護(hù)對象的方法。
所討論的電力對象可以具有任意的特性，只要該對象是包含在電力網(wǎng)中并且需要保護(hù)以免遭與過流有關(guān)的故障的影響，所述過流即實際上的短路電流。作為一個例子，可以指出對象可以由具有磁路的電力設(shè)備構(gòu)成，例如發(fā)電機(jī)、變壓器或電動機(jī)。其它對象也可以處于討論中，例如電力線和電纜、配電裝置等。本發(fā)明的應(yīng)用將結(jié)合中壓和高壓。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，中壓指1-72.5kv，而高壓為＞72.5kv。這樣，輸電、中壓輸電和配電電平都包括在內(nèi)。
在具有該特性的現(xiàn)有發(fā)電廠中，為了保護(hù)所討論的對象，人們已經(jīng)使用了為斷開提供電流分離的傳統(tǒng)斷路器(開關(guān)設(shè)備)。由于該斷路器必須能夠斷開非常大的電流和電壓，因此造成具有大慣性的較大容量設(shè)計，這種大慣性反映在較長的斷開時間中?？梢灾赋?，所預(yù)期的過流主要是發(fā)生在與保護(hù)對象連接中的短路電流，例如由于故障而在保護(hù)對象的電絕緣系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流。這種故障意味著外部電網(wǎng)/設(shè)備的故障電流(短路電流)將流過電弧。所造成的結(jié)果是出現(xiàn)非常嚴(yán)重的擊穿?？梢灾赋?，對于瑞典的電力網(wǎng)來說，短路電流/故障電流的量度是63kA。實際上，短路電流可以等于40-50kA。
所述斷路器的問題在于其斷開時間長。實現(xiàn)完全斷開的斷開時間量度(IEC標(biāo)準(zhǔn))是150毫秒(ms)。將該斷開時間減小到小于50-130ms(根據(jù)實際情況而定)是很困難的。其后果就是當(dāng)保護(hù)對象中存在故障時，在啟動斷路器斷開所需的全部時間內(nèi)很大電流將流過同一對象。在這段時間內(nèi)，外部電力網(wǎng)的全部故障電流使相當(dāng)大的負(fù)載卷入到保護(hù)對象上。為了避免保護(hù)對象損壞和完全擊穿，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，人們已經(jīng)將對象構(gòu)造得使其能夠承受斷路器斷開時間內(nèi)的短路電流/故障電流而沒有明顯的損壞?？梢灾赋觯Ｗo(hù)對象中的短路電流(故障電流)由對象本身對故障電流的影響和由電網(wǎng)/設(shè)備發(fā)出的附加電流組成。對象本身對故障電流的影響不受斷路器功能的影響，但電網(wǎng)/設(shè)備對故障電流的影響卻取決于斷路器的操作。構(gòu)造保護(hù)對象使其可以在相當(dāng)長的時間區(qū)間內(nèi)承受大的短路電流的要求，意味著實質(zhì)性的缺陷，即設(shè)備費(fèi)用更高且性能降低。
正如以上本文所指出的，本發(fā)明不僅限于保護(hù)用途。在其它開關(guān)場合，當(dāng)涉及到大功率時，為了實現(xiàn)所針對的開關(guān)功能而必須借助于如半導(dǎo)體元件組這樣的相當(dāng)昂貴的大容量開關(guān)設(shè)備是不利的。因此，期望得到具有優(yōu)良效能的快速操作的開關(guān)設(shè)備來導(dǎo)通大電流。
本發(fā)明的主要目的是提供一種開關(guān)設(shè)備，與目前所使用的開關(guān)設(shè)備相比，本發(fā)明的設(shè)備更適于快速開關(guān)大電功率，且費(fèi)用更低。
本發(fā)明的第二目的是提供設(shè)備的設(shè)計途徑和方法以便對任意對象實現(xiàn)更好的保護(hù)并因此降低對象上的負(fù)載，這意味著對象本身的設(shè)計不必使其在相對較長的時間區(qū)間內(nèi)承受最大短路電流/故障電流。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)權(quán)利要求1特征部分設(shè)計開關(guān)設(shè)備。由于為了在電極間隙中建立電離/等離子體而通過直接向電極間隙提供輻射能量使開關(guān)裝置的電極間隙處于導(dǎo)電狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明為開關(guān)設(shè)備的快速操作建立這些條件。電極間隙中的電離/等離子體造成/啟動具有很高導(dǎo)電性的導(dǎo)電的等離子體通道，使得可以傳送很大的電流，更具體地說是在相對拉長的時間區(qū)間內(nèi)可以傳送很大的電流而沒有負(fù)面影響，這與傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)形成了鮮明的對照。
在前述發(fā)明的改進(jìn)過程中，已經(jīng)表明，就輻射能量到電極間隙的方向來說，傳統(tǒng)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)會帶來不利影響。較大部分的輻射能量會聚在最好用于觸發(fā)的面積或體積內(nèi)并且位于欠電壓的電極結(jié)構(gòu)中，在更有效、更簡單、具有統(tǒng)計可靠性的情況下實現(xiàn)觸發(fā)。因此，重要的是，所使用的輻射會聚系統(tǒng)盡可能少地吸收輻射能量，該系統(tǒng)將入射輻射能量以盡可能高的準(zhǔn)確性指向預(yù)期的觸發(fā)區(qū)域。光學(xué)透鏡系統(tǒng)已經(jīng)表明在輻射能量的吸收和難于以光學(xué)方式會聚能量方面存在不足。
根據(jù)本發(fā)明，向電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置最好包括引導(dǎo)電磁波能量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有至少一個衍射元件(DE)或至少一個衍射光學(xué)元件(DOE)。
根據(jù)本發(fā)明，上述第二目的的實現(xiàn)在于具有過流減小裝置形式的開關(guān)裝置，它適于借助于過流狀態(tài)檢測裝置減小過流，連接到發(fā)電廠以保護(hù)對象。根據(jù)最佳實施例，開關(guān)裝置可以構(gòu)成過流轉(zhuǎn)向器以便將過流轉(zhuǎn)向到地或具有相對較低電勢的另一元件。
因此，就保護(hù)方面來說，本發(fā)明是基于原理利用快速操作的開關(guān)裝置即本文所述的開關(guān)裝置，它并不真的斷開過流，但卻同樣將電流減小到使受保護(hù)的對象只經(jīng)受實質(zhì)上減小了的疲勞，從而使對象受到的損壞更小。因此，過流/故障電流的減小意味著注入受保護(hù)對象的總能量實質(zhì)上將小于沒有根據(jù)本發(fā)明所述開關(guān)裝置的時候。
根據(jù)本發(fā)明基于開關(guān)裝置的解決方法隱含著可以有利地滿足需要以實現(xiàn)另人滿意的保護(hù)功能。因此，通過開關(guān)裝置可以實現(xiàn)非?？焖俚挠|發(fā)，使得一旦電極間隙已經(jīng)處于導(dǎo)電狀態(tài)，就經(jīng)開關(guān)裝置將出現(xiàn)的與過流有關(guān)的故障以非常小的延遲及時轉(zhuǎn)向?？梢灾赋?，在該連接中術(shù)語“觸發(fā)”意味著將開關(guān)裝置引入導(dǎo)電狀態(tài)。通過開關(guān)裝置的布置，所述開關(guān)裝置的尺寸很容易加工成能夠?qū)ǚ浅４蟮碾娏?。為了得到滿意的保護(hù)功能，希望通過開關(guān)裝置建立起的電流導(dǎo)通通道具有很低阻抗。這意味著最大可能地緩解了對象的過度疲勞，所述對象受到保護(hù)以免遭故障電流的影響。此外，用很小的努力就可以使根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置具有很高觸發(fā)安全性的功能。為了盡可能快地使出現(xiàn)的故障電流轉(zhuǎn)向，觸發(fā)必須不會在緊急情況下失敗。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)裝置提供了尺寸加工上的可能性以便在非觸發(fā)狀態(tài)下實現(xiàn)很高的抗電強(qiáng)度。這樣，自然擊穿的可能性最小。從而，最好是使用至少一個用于觸發(fā)的激光器。
根據(jù)a.o.的最好改進(jìn)，用于向電極間隙提供輻射能量的裝置在所附權(quán)利要求中作了限定。根據(jù)一個實施例，為了實現(xiàn)使電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)的最大可能確定性，在兩個或多個點(diǎn)或區(qū)域向電極間隙提供輻射能量。根據(jù)一種可替代的設(shè)計方式，能量提供裝置可以在電極間所針對的導(dǎo)通路徑上沿細(xì)長區(qū)域提供輻射能量。根據(jù)最佳實施例，該細(xì)長區(qū)域完全或基本完全橋接電極之間的間隙。盡管這是可能的，即，在具有兩個或多個提供輻射的點(diǎn)或區(qū)域的情況下，對這些點(diǎn)或區(qū)域的連續(xù)應(yīng)用對應(yīng)于輻射以如下方式在電極間的導(dǎo)電路徑上傳播，即以一時間延遲連續(xù)應(yīng)用于這些點(diǎn)和區(qū)域，但根據(jù)本發(fā)明，通常最好基本同時應(yīng)用于這些點(diǎn)或區(qū)域以便使電極間隙瞬間導(dǎo)通。
再者，根據(jù)本發(fā)明，提供觸發(fā)能量的裝置可以以筒形體積施加輻射能量。當(dāng)其中一個電極包括提供輻射能量的開口以及當(dāng)以筒形體積提供的輻射能量相對接近于設(shè)有開口的電極時，效果尤其好。
根據(jù)另一可替代實施例，能量提供裝置可設(shè)計為在電極間延伸的多個基本平行的細(xì)長電極區(qū)域中提供輻射能量。
輻射能量也可以在位于電極間的一個或多個點(diǎn)中垂直于電極軸提供給電極間隙。
衍射在光學(xué)中不是一個統(tǒng)一定義的術(shù)語。也可以說成是波傳播現(xiàn)象，通過電磁波的電磁場分布和物質(zhì)之間的相互作用，所述物質(zhì)例如為不透光孔孔隙或具有變相結(jié)構(gòu)的表面，在光或電磁輻射之后在三維空間中改變電磁波的電場分布。
A.Sommerfeld對衍射的定義是“不能 解釋或表述為反射或折射的光束從直線路徑的每一偏移。”但是，已經(jīng)表示出，如果假設(shè)衍射表面小到大致為平面，則反射和折射僅是衍射的特殊情況。從數(shù)學(xué)上來說，衍射現(xiàn)象可以用Huygen’s理論來描述或者由所說的用于標(biāo)量衍射的標(biāo)量波方程導(dǎo)出(又可以由麥克斯韋方程導(dǎo)出)，其中不考慮光的偏振現(xiàn)象，矢量電場被認(rèn)為是標(biāo)量場?？赡軘?shù)學(xué)上使用最多的標(biāo)量衍射理論公式是由Fresnel-Kirchoff積分表達(dá)式構(gòu)成的。相反，嚴(yán)格的(矢量的)衍射理論可以處理偏振現(xiàn)象，也可以由麥克斯韋方程導(dǎo)出，但常常帶來相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算。
衍射光學(xué)可以是全息照相型或計算機(jī)生成型。最后提到的稱為計算機(jī)生成的全息照相。計算機(jī)生成意味著已經(jīng)在計算機(jī)中計算衍射光學(xué)元件，在所討論的光照明問題上，控制該光線在三維空間中的某一特定或預(yù)定分布。在本說明書中，所指光學(xué)元件概括為術(shù)語DOE(衍射光學(xué)元件)。全息照相生成的衍射光學(xué)一般限制為簡單功能，例如衍射光柵。這種類型以全息照相的方式產(chǎn)生，因為所需要的光波間干擾圖案是照相記錄的。另一方面，計算機(jī)生成在DOE設(shè)計上給出了很大靈活度。
衍射結(jié)構(gòu)當(dāng)然也可以由不同于光的其它電磁輻射來實現(xiàn)，通常關(guān)注 波長位于可見光譜部分中的電磁輻射。這種結(jié)構(gòu)稱為DE-衍射元件。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征，尤其是本發(fā)明所述的方法，可以從以下描述和權(quán)利要求中看出。
參考附圖具體描述本發(fā)明的實施例。
附圖中

圖1用圖解法示出了本發(fā)明所述解決方案的基本方面；圖2a-2d以框圖和比較方式示出了在有本發(fā)明所述設(shè)備和沒有本發(fā)明所述設(shè)備情況下的故障電流改進(jìn)和能量改進(jìn)；圖3以框圖示出了本發(fā)明所述設(shè)備的可能設(shè)計；圖4以框圖詳細(xì)示出了作為過流減小裝置的開關(guān)裝置的可能設(shè)計；圖5以框圖示出了用于發(fā)電廠的本發(fā)明所述設(shè)備，發(fā)電廠包括發(fā)電機(jī)、變壓器和耦合到那里的電力網(wǎng)；圖6的框圖類似于圖1，具有根據(jù)本發(fā)明串聯(lián)布置的開關(guān)裝置；圖7a和7b是表示衍射元件特性的圖；圖8示出了開關(guān)裝置中帶有電極的衍射元件的協(xié)調(diào)；圖9示出了假定的衍射表面起伏，該起伏為開諾全息照片；圖10a和10b示出了具有連續(xù)表面起伏的衍射鋸齒光柵的功能，以及具有離散表面起伏的相應(yīng)的鋸齒光柵的功能；圖11a至11f是表示衍射元件不同能量或功率密度分布的圖；圖12a至12g示出了用另一設(shè)計的衍射元件的能量或功率密度分布的圖；圖13示出了放置在其中一個電極側(cè)面的一種替代的光學(xué)系統(tǒng)；圖14和15分別是在其中一個電極周圍放置幾個衍射元件的實施例側(cè)圖和透視圖；圖16a-16e示出了根據(jù)本發(fā)明如何得到細(xì)長聚焦區(qū)，這些細(xì)長聚焦區(qū)以不同的筒形示于圖16b-e中；圖17a-17e示出了根據(jù)本發(fā)明如何得到幾個細(xì)長聚焦區(qū)；圖18a和18b的視圖于圖8類似，但就由此獲得的衍射元件端部細(xì)長聚焦區(qū)來說，示出了不同的設(shè)計和位置。
圖1所示為包括保護(hù)對象1的發(fā)電廠。該對象例如可以由發(fā)電機(jī)構(gòu)成。該對象經(jīng)線路2連接到外部配電網(wǎng)3。由3表示的單元也可以由包含在發(fā)電廠中的其它設(shè)備來代替該電網(wǎng)。假設(shè)所涉及的發(fā)電廠具有這樣的特性當(dāng)對象1中出現(xiàn)故障引起故障電流從電網(wǎng)/設(shè)備3流向?qū)ο?而使得故障電流將流過所述對象時，主要保護(hù)對象1本身不受來自電網(wǎng)/設(shè)備3的影響。所述故障可能在于對象1中形成的短路。短路是兩個或多個點(diǎn)之間的導(dǎo)電路徑，這是一種不期望的情況。短路例如可以由電弧構(gòu)成。所述短路以及造成的強(qiáng)電流會引起相當(dāng)大的破壞，甚至使對象1整個擊穿。
已經(jīng)指出，至少對于有些類型的受保護(hù)的電氣對象1來說，對所述對象有害的短路電流/故障電流會從保護(hù)對象流向電網(wǎng)/設(shè)備3。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，是用于保護(hù)目的的，不僅用于保護(hù)對象使外部發(fā)出的故障電流不流過對象，而且用于保護(hù)對象中的內(nèi)部故障電流不以相反方向流動。這將在下面更詳細(xì)地討論。
以下，為了描述簡便起見，標(biāo)記3一直由外部電力網(wǎng)構(gòu)成。但是，應(yīng)當(dāng)記住，除了這個電網(wǎng)也可以涉及其它別的設(shè)備，只要當(dāng)出現(xiàn)故障時所述設(shè)備能使強(qiáng)電流流過對象1。
傳統(tǒng)的斷路器4設(shè)置在對象1和電網(wǎng)3之間的線2上。該斷路器包括至少一個固有的檢測器，該檢測器用于檢測環(huán)境以表示出線2中有過電流流動的事實。這種環(huán)境可以是電流/電壓，也可以是其他的，指示出故障即將出現(xiàn)。例如檢測器可以是電弧檢測器或記錄短路聲音(short circuit sound)的檢測器等。當(dāng)檢測器指出過電流超過某一電平時，則起動斷路器4斷開對象1和電網(wǎng)3之間的連接。但斷路器4必須斷開總的短路電流/故障電流。這樣，斷路器必須設(shè)計得能滿足較高的放置要求，這在實際裝置中運(yùn)行將相對緩慢。圖2a中電流/時間特性曲線中示出在時刻tfault對象1中出現(xiàn)故障例如短路時，圖1由2表示的線路中的故障電流快速取為幅度i1。通過斷路器4在tfault之后至少150ms之內(nèi)的t1處斷開故障電流i1。圖2d示出了圖表i2·t，以及其中由于短路在保護(hù)對象1中形成的能量。因此，由于短路電流的結(jié)果而注入對象中的能量由圖2d中外部矩形的總面積表示。
正是在所指出的該連接中，圖2a-c中的故障電流和圖2d中的電流表示極值的包絡(luò)線。為簡單起見，在圖表中僅引出一個極性。
斷路器4的這種設(shè)計是使得通過分離金屬接點(diǎn)建立電流分離。因此，斷路器4通常包括消弧所需的輔助設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，對象1和開關(guān)設(shè)備4之間的線路2連接到通常由5表示的裝置。該裝置通常被指定為開關(guān)裝置。在所示申請中，開關(guān)裝置具有減小過電流流向設(shè)備的裝置的功能。在遠(yuǎn)小于斷路器4的斷開時間的時期內(nèi)，所述裝置通過過流狀態(tài)檢測裝置來減小過流。因此，該裝置5的設(shè)計是使得不必建立任何電流分離。因此，狀態(tài)被建立起來以便快速減少電流而不必完全消除從電網(wǎng)3流向保護(hù)對象1的電流。與圖2a的情況相對比，圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明所述的過流減小裝置5，在時刻tfault一旦出現(xiàn)短路電流，就起動該裝置在時刻t2將過電流減小到電平i2。因此時間間隔tfault-t2表示過流減小裝置5的反應(yīng)時間。由于裝置5的任務(wù)只是減小而不是斷開故障電流，因此可以使裝置非?？焖俚刈龀龇磻?yīng)，這將在以下做更為詳細(xì)的描述。作為一個例子，可以指出的是，電流從電平i1減小到電平i2將在檢測到不能接受的過流狀態(tài)之后的1ms或幾ms之內(nèi)完成。接下來的目的就是在小于1ms的時間內(nèi)實現(xiàn)電流減小，且最好是小于1微秒。
由圖1可見，設(shè)備還包括另一斷路器6，它設(shè)置在斷路器4和對象1之間的線路2上。該斷路器的設(shè)計是為了斷開低于斷路器4的電壓和電流，并且由于它的結(jié)果可以以短于斷路器的斷開時間進(jìn)行操作。直到已經(jīng)通過過流減小裝置5減小了從電網(wǎng)3流向?qū)ο?的過電流之后但實質(zhì)上早于斷路器4將另一斷路器6設(shè)置為斷開。從所述內(nèi)容看出，另一斷路器6應(yīng)該連接到線路2，連接的方式是通過過流減小裝置5減小的電流流過所述開關(guān)并因此而被它斷開。
圖2b示出了另一斷路器6的動作。更準(zhǔn)確地說，該開關(guān)設(shè)計為在時刻t3斷開，這意味著通過過流減小裝置5所減小的電流i2的持續(xù)時間實質(zhì)上受到了限定，即限定為時間期間t2-t3。結(jié)果是由來自電網(wǎng)3的故障電流引起能量注入保護(hù)對象1，在圖2d中由標(biāo)有斜線的表面表示?？雌饋?，實現(xiàn)了能量注入的大大減少。在該連接中可以指出，根據(jù)特定的模型，由于能量以電流的平方增加，因此電流減小為二分之一則能量注入減小為四分之一。圖2c示出了故障電流將如何流過裝置5。
考慮裝置5和另一斷路器6的尺寸是為了使裝置5通過另一斷路器6把將被斷開的故障電流和電壓減小到實質(zhì)上較低的電平。另一斷路器6的實際斷開時間是1ms。但尺寸應(yīng)當(dāng)做得使得直到裝置5已經(jīng)將流過另一斷路器6的電流減小為至少一基本程度之后才斷開另一斷路器6。
圖3更為詳細(xì)地示出了設(shè)備是如何得以實現(xiàn)的。接著指出的是，本發(fā)明可以用于直流(也是HVDC＝High Voltage Direct Current)和交流連接。在后面的例子中，可以認(rèn)為線路2形成了多相交流系統(tǒng)中的其中一相。但應(yīng)當(dāng)記住，實現(xiàn)本發(fā)明設(shè)備的目的是根據(jù)本發(fā)明在測得故障的情況下不僅所有的相受到保護(hù)，而且出現(xiàn)故障電流的那一相或那些相的電流減小。
由圖3可見，過流減小裝置5包括過流轉(zhuǎn)向器7，過流轉(zhuǎn)向器7用于將過電流轉(zhuǎn)向地8或電勢低于電網(wǎng)3的另一元件。這樣，可以認(rèn)為過流轉(zhuǎn)向器構(gòu)成了快速建立了對地或低電勢8短路的電流分配器，目的是至少使線路2中流動的電流的絕大部分轉(zhuǎn)向以便所述電流不能到達(dá)保護(hù)對象1。如果對象1中出現(xiàn)短路這樣的嚴(yán)重故障，它與過流轉(zhuǎn)向器7所能建立的短路大小相同，可以說萬一故障接近后者，則由于過流轉(zhuǎn)向器7的結(jié)果而實現(xiàn)了通常所說的將從電網(wǎng)3流到對象1的電流減小為二分之一。因此與圖2b相比看出，可以說其中所示大約等于i1一半的電流電平i2表示最壞的存在情況。在正常條件下，目的是過流轉(zhuǎn)向器7應(yīng)該能夠建立導(dǎo)電性好于相應(yīng)的保護(hù)對象1中短路故障的導(dǎo)電性的短路，以便因此使故障電流的主要部分經(jīng)過流轉(zhuǎn)向器7轉(zhuǎn)向地或較低電勢。因此可以看出，在普通故障的情況下，如果由于較低電流電平i2及較短時間跨度t2-t3的結(jié)果故障基本小于圖2d所表示的，則能量注入對象1。顯然，當(dāng)已經(jīng)建立的短路具有稍微低于與保護(hù)對象1中短路故障相應(yīng)的導(dǎo)電性時，也得到了可靠的保護(hù)。
已經(jīng)指出，符號8不僅包括地而且包括電勢低于電網(wǎng)/設(shè)備3的另一元件。因此應(yīng)指出，元件8可能由包括在發(fā)電廠中的另一電力網(wǎng)或另一設(shè)備構(gòu)成，所述設(shè)備的電壓電平低于對連接到保護(hù)對象1的網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備3有效的電壓電平。
過流轉(zhuǎn)向器7包括在對象1和電網(wǎng)3之間連接在地8或所述較低電勢和線路2之間的開關(guān)裝置。該開關(guān)裝置包括控制構(gòu)件9和開關(guān)構(gòu)件10。該開關(guān)構(gòu)件在正常狀態(tài)下設(shè)置為打開，即對地絕緣。但是為了通過對地導(dǎo)流建立電流減小，可以在非常短的時間內(nèi)經(jīng)控制構(gòu)件9使開關(guān)構(gòu)件10達(dá)到導(dǎo)通狀態(tài)。
圖3示出的過流狀態(tài)檢測裝置包括至少一個且最好幾個傳感器11-13，傳感器適于檢測需要起動保護(hù)功能的這些過流狀態(tài)。從圖3也可看出，這些傳感器可以包括位于對象1中或其附近的傳感器13。而且，檢測器裝置包括傳感器11，它適合于檢測過流減小裝置5和線路2的連接上游的線路2中過流狀態(tài)。正如以下所解釋的，提供另一傳感器12以檢測線路2中流向保護(hù)對象1的電流是合適的，所述電流即已經(jīng)通過過流減小裝置5被減小的電流。此外，可以指出，傳感器12也可能是傳感器13能夠檢測線路2中以背離對象1的方向流動的電流，例如在有些情況下，磁性存儲在對象1中的能量產(chǎn)生背離對象1方向的電流。
可以指出，傳感器11-13不是必須由單獨(dú)的電流和/或電壓檢測傳感器構(gòu)成。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，傳感器可以具有這樣的特性一般來說它們可以檢測任何表示出現(xiàn)特性故障而需要起動保護(hù)功能的狀態(tài)。
在有些情況下，出現(xiàn)這種故障使得電流將以背離對象1的方向流動，設(shè)備的設(shè)計目的是其控制元件14在另一斷路器6打開時控制另一斷路器6閉合，此外起動過流減小裝置5使得短路電流通過同樣的方式被轉(zhuǎn)向。例如當(dāng)設(shè)想對象1由變壓器組成時，其中出現(xiàn)短路電流的作用是使得短路電流首先導(dǎo)致強(qiáng)電流流過變壓器，這被檢測到了并且為了達(dá)到電流導(dǎo)流的目的而起動裝置5。當(dāng)流向變壓器1的電流已經(jīng)被減小到所需要的程度時，使另一斷路器6斷開，但是通過開關(guān)元件14對其進(jìn)行控制，不早于能量的離開時間，在發(fā)生這種情況時，磁性存儲在變壓器1中的能量流出變壓器1并經(jīng)裝置5被轉(zhuǎn)向。
此外，設(shè)備包括控制元件14。該元件連接到傳感器11-13、過流減小裝置5和另一斷路器6。設(shè)備的運(yùn)行是使得當(dāng)控制元件14經(jīng)傳感器11-13中的一個或多個接收到表示出現(xiàn)不能接受的故障電流流向?qū)ο?的信號時，過流減小裝置5立刻受到控制以便快速提供所需的電流減小。控制元件14可以設(shè)置為當(dāng)傳感器12已經(jīng)檢測到電流或電壓已經(jīng)減小到足夠程度時，當(dāng)過電流低于預(yù)定電平時，它控制另一斷路器6斷開其運(yùn)行。這種設(shè)計保證另一斷路器6直到電流確實已經(jīng)減小到某一程度時才斷開，即如果沒有為上述目的所標(biāo)明的足夠大小的大電流則另一斷路器6不斷開。但是，也可以對實施例進(jìn)行替換，使得在已經(jīng)控制過流減小裝置完成電流減小之后的某一預(yù)定時刻控制另一斷路器6斷開。
斷路器4可以包括其自己的用于檢測過流狀態(tài)的檢測器裝置或相反斷路器可以經(jīng)控制元件14而受到控制，控制元件14基于來自相同傳感器11-13的信息也控制過流減小裝置的操作。
如圖3所示，另一斷路器6包括具有金屬觸點(diǎn)的開關(guān)15。開關(guān)15可通過操作構(gòu)件16在斷開和閉合位置之間進(jìn)行操作，這又受到控制元件14的控制。并聯(lián)線路17并聯(lián)跨過開關(guān)15、并聯(lián)線路所述包括一個或多個元件18，通過使并聯(lián)線路17從觸點(diǎn)取代電流導(dǎo)通來避免開關(guān)15的觸點(diǎn)分離產(chǎn)生電弧。這些元件的設(shè)計是使得它們可以斷開或限制電流。這樣，目的是元件18通常應(yīng)當(dāng)保持并聯(lián)線路17中的導(dǎo)通路徑是斷開的，但是當(dāng)開關(guān)15將要被打開時將該并聯(lián)線路閉合，以便電流旁路越過開關(guān)15并且在那條路上電弧不會出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的電弧被有效地熄滅。元件18包括為控制目的連接到控制元件14的一個或多個相關(guān)控制構(gòu)件19。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述元件18為具有必要的過壓制動裝置30的可控半導(dǎo)體元件，例如GTO晶閘管。
在通過并聯(lián)線路17建立的到待保護(hù)對象的電路導(dǎo)通路徑中用于電流分離的隔離開關(guān)20與所述一個或多個元件18串聯(lián)設(shè)置。該隔離開關(guān)20經(jīng)操作構(gòu)件21由控制元件14控制。圖3所示的隔離開關(guān)20本身放置在并聯(lián)線路17中。這當(dāng)然是非必要的。只要能保證電流分離，隔離開關(guān)20也可以與所述一個或多個元件18串聯(lián)耦合放置在線路2中，在通過所述串聯(lián)耦合建立的導(dǎo)通路徑中使得電流沒有任何流過元件18的可能性。
至此，所述設(shè)備是以下列方式運(yùn)行的沒有故障時，斷路器4與另一斷路器6的開關(guān)15一樣是閉合的。并聯(lián)線路17中的元件18為非導(dǎo)通狀態(tài)。隔離開關(guān)20是閉合的。最后，過流減小裝置5的開關(guān)裝置10是打開的，即它處于非導(dǎo)通狀態(tài)。在這種情況下，開關(guān)裝置10當(dāng)然必須有足夠的電力絕緣強(qiáng)度使得它不會造成導(dǎo)通狀態(tài)。因此，由于大氣環(huán)境(雷擊)的結(jié)果而出現(xiàn)在線路2中的過電壓狀態(tài)或耦合方法可以使開關(guān)裝置10的電壓強(qiáng)度在其非導(dǎo)通狀態(tài)下不被超過。為此目的，將至少一個過壓制動器22與開關(guān)裝置10并聯(lián)是適當(dāng)?shù)?。本例中，在開關(guān)裝置10的兩側(cè)示出了這種過壓制動器。因此，過壓制動器的目的是使電壓轉(zhuǎn)向，否則，這種過壓可能帶來無意間擊穿開關(guān)裝置10的危險。
圖3所示的過壓轉(zhuǎn)向器22本身在開關(guān)裝置10與線路的連接的任一側(cè)連接到線路2。原理上希望至少一個過壓轉(zhuǎn)向器在上游相對于開關(guān)裝置10盡可能緊密地連接。過流轉(zhuǎn)向器22也可以連接到在開關(guān)裝置10和線路2之間形成電連接的支線，這在圖3中也可以用虛線26表示。這種結(jié)構(gòu)使得開關(guān)裝置10和至少一個過壓轉(zhuǎn)向器22的集成為一個單一的電氣設(shè)備，該設(shè)備可以經(jīng)一個單一連接而與線路2的導(dǎo)電連接。
當(dāng)已經(jīng)通過傳感器11-13中的一些或斷路器4自身的傳感器注冊了過流狀態(tài)(當(dāng)然實現(xiàn)了把來自斷路器4自身傳感器的信息用作根據(jù)本發(fā)明過流減小裝置5的控制基礎(chǔ))，該過流狀態(tài)的大小是預(yù)期對象1的嚴(yán)重故障即將出現(xiàn)，就斷路器4而言要起動斷開操作。此外，控制元件14控制過流減小裝置5來影響這種減小，更準(zhǔn)確地說，經(jīng)控制構(gòu)件9將開關(guān)裝置10引入電導(dǎo)通狀態(tài)。如前所述，這可以很快發(fā)生，即在通過斷路器4斷開所需時間的一小部分，對象1立刻受到保護(hù)的原因是由于開關(guān)裝置10使至少基本部分、實際上是電流的主要部分對地或較低電勢轉(zhuǎn)向而使其脫離電網(wǎng)3的全(full)短路電流。一旦經(jīng)另一斷路器6流向?qū)ο?的電流已經(jīng)減小為需要的程度，所述程度可以通過開關(guān)裝置10起動和斷路器6操作之差或者通過檢測以例如傳感器12的方式檢測線路2中電流而建立在純粹的時間基礎(chǔ)上，開關(guān)15的操作構(gòu)件16經(jīng)控制元件14控制斷開開關(guān)15的接點(diǎn)。為了消除或避免電弧，元件18經(jīng)控制構(gòu)件19控制建立并聯(lián)線路17的導(dǎo)電性，元件18例如可以是GTO晶閘管或氣體開關(guān)。當(dāng)開關(guān)15已經(jīng)被斷開以及因此而提供了電流分離時，再次控制元件18將并聯(lián)線路17引入非導(dǎo)通狀態(tài)。那樣，從電網(wǎng)3流向?qū)ο?的電流就被充分地切斷了。將并聯(lián)線路17引入非導(dǎo)通狀態(tài)后，此外可以通過從控制元件14控制其操作構(gòu)件21以隔離開關(guān)20來影響電流分離。當(dāng)所有這些事故發(fā)生時，在出現(xiàn)最后一個事件時通過斷路器4完成斷開。根據(jù)第一實施例，能夠重復(fù)操作過流減小裝置5和另一斷路器6，指出這一點(diǎn)是很重要的。這樣，當(dāng)已經(jīng)通過傳感器11-13促使斷路器4斷開時，開關(guān)裝置10復(fù)位為非導(dǎo)通狀態(tài)且開關(guān)15和隔離開關(guān)20再次被閉合，使得當(dāng)斷路器4下一次閉合時，保護(hù)裝置是完全可操作的。根據(jù)另一實施例，預(yù)期過流減小裝置5為了再次操作需要交換一條或多條路徑。
可以指出，根據(jù)本發(fā)明另一可替代的實施例，一旦過流減小裝置5已經(jīng)變?yōu)殚]合狀態(tài)，就將元件或元件組18引入導(dǎo)通狀態(tài)，這不取決于此后是否開關(guān)15可能未被斷開。然后，如前所述，元件18可能通過控制元件14或通過包含盲目跟隨裝置5的閉合的控制功能而出現(xiàn)。
圖4示出了具有開關(guān)裝置10a的過流減小裝置5的第一實施例。開關(guān)裝置10a具有電極23和這些電極之間的間隙24。正如已經(jīng)描述的，為了觸發(fā)電極間隙以在電極之間形成導(dǎo)電路徑，開關(guān)裝置具有裝置25a。設(shè)置控制構(gòu)件9a以便通過控制元件14a控制構(gòu)件25a的操作。在本例中，裝置25a的設(shè)置是為了通過使間隙或其部分形成等離子體來導(dǎo)致或至少啟動電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性。從而，裝置25a能夠向電極間隙快速提供觸發(fā)能量是必要的。最好是，以輻射能量的方式提供觸發(fā)能量，這又能影響電極間隙中等離子體的電離/啟動。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，裝置25a包括至少一個激光器，它通過向電極間隙提供能量導(dǎo)致至少部分電極間隙中等離子體的電離/形成。
根據(jù)本發(fā)明，最好是借助于一個或幾個激光器或其它裝置25a向電極間隙24提供能量，以這種方式，整個電極間隙就會被電離且分別形成等離子體，并且瞬間使整個間隙具有導(dǎo)電性。為了節(jié)省或最佳利用(一般來說)有限的使用的激光能量/效果，在本發(fā)明的應(yīng)用中，裝置25a的設(shè)置使得它們僅能在間隙24的一個或多個部分提供電離/等離子區(qū)。正如以下所要描述的，本發(fā)明也包括輻射能量的應(yīng)用，這種應(yīng)用可以在電極間隙的多個點(diǎn)或區(qū)域，也包括在一個或兩個電極上，或者在電極之間連續(xù)延伸或基本連續(xù)延伸的一個或多個桿狀區(qū)域內(nèi)。
如圖4所示，通過在線路2和地8(或具有較低電勢的另一元件)之間連接開關(guān)裝置10a，即電極23的一個電極連接到線路2且另一個電極連接到地8，在電極之間出現(xiàn)電壓差形成電場。間隙24中的電場將被利用，目的是一旦裝置25a已經(jīng)受控觸發(fā)即已經(jīng)在電極間隙的一個或多個部分中產(chǎn)生等離子體的電離/形成，就在電極之間傳送或造成電擊穿。電場驅(qū)動所建立起的等離子體的電離/形成以旁路電極間的間隙，以便以這種方式產(chǎn)生低電阻的導(dǎo)電通道，即電極23之間的電弧?？梢灾赋?，本發(fā)明不限制為結(jié)合出現(xiàn)這種電場而使用。這樣，本發(fā)明是裝置25a應(yīng)當(dāng)在沒有這種電場的情況下也能在電極之間建立導(dǎo)通。
由于為了電流轉(zhuǎn)向需要非?？焖俚亻]合開關(guān)裝置10a，因此希望當(dāng)僅受限部分如間隙的點(diǎn)狀部分被電離時，以間隙24中電場強(qiáng)度充分高以安全閉合的方式確定開關(guān)裝置的大小。但另一方面，需要開關(guān)裝置10a在其隔離放置位置有很高的抗電強(qiáng)度以防備電極間擊穿。因此間隙24中的電場強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地低。這樣，在只有一點(diǎn)的電離區(qū)域內(nèi)，另一方面將減小速度，通過它使開關(guān)裝置在電極間建立電流轉(zhuǎn)向電弧。為了在一方面需要安全觸發(fā)開關(guān)裝置、另一方面需要有高抗電強(qiáng)度防備不期望的觸發(fā)這兩者之間實現(xiàn)一種有利的關(guān)系，根據(jù)本發(fā)明最好是以如下方式形成開關(guān)裝置當(dāng)間隙形成電隔離時，有關(guān)其整個運(yùn)行環(huán)境的間隙24中的電場場強(qiáng)不超過通常發(fā)生自然擊穿的場強(qiáng)的30％。這相對減低了自然擊穿的可能性。
在其隔離狀態(tài)下電極間隙24中的電場強(qiáng)度不超過通常發(fā)生自然擊穿的場強(qiáng)的20％比較適當(dāng)，最好是不超過10％。另一方面，為了在電極間隙24中得到電場，它促進(jìn)了以較快方式在部分電極間隙中啟動等離子體的電離/形成處形成電弧，最好電場強(qiáng)度為通常發(fā)生自然擊穿的場強(qiáng)的至少0.1％，且至少1％比較適當(dāng)，最好至少5％。
從圖4可以看出，電極間隙24包圍在適當(dāng)?shù)耐鈿?2中。為此目的可以在間隙24中出現(xiàn)真空或氣體或液體形式的適當(dāng)媒質(zhì)。在間隙中媒質(zhì)為氣體/液體的情況下，其可以通過觸發(fā)被電離并形成等離子體。在這種情況下，在電極23之間的某一點(diǎn)啟動等離子體的電離/形成是適當(dāng)?shù)?。但圖4示出了設(shè)想間隙24中為真空或適當(dāng)媒質(zhì)的情況。那么最好如圖4所示，通過使激光器25a經(jīng)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)27在至少一個區(qū)域28或在其中一個電極的附近聚焦發(fā)射出的輻射能量來進(jìn)行啟動閉合。這隱含著電極將作為在電極間隙24中為建立電離環(huán)境/等離子體的電子及離子發(fā)射器運(yùn)行，以這種方式，在電極間形成電弧。根據(jù)圖4，電極23中的其中一個有開口29，通過開口，激光器25a借助光學(xué)系統(tǒng)27向區(qū)域28發(fā)射輻射能量。
就處于開關(guān)裝置隔離狀態(tài)的電極23之間的電場強(qiáng)度關(guān)系來說，為了得到本文上述討論的條件，當(dāng)然應(yīng)當(dāng)可以將開關(guān)裝置的特性充分調(diào)整到預(yù)期的使用狀態(tài)，即在電極23上將存在的電壓條件。結(jié)構(gòu)的尺寸，涉及電極設(shè)計、電極間距離、電極間媒質(zhì)以及有可能出現(xiàn)在電極之間的附加電場影響元件。
圖5示出了一個實施例，其中發(fā)生器1b經(jīng)變壓器1a連接到電力網(wǎng)3a。變壓器1a和發(fā)生器1b表示保護(hù)對象。過流減小裝置5a和另一斷路器6a以及普通斷路器4a顯然與圖1的布置相類似，在該例中，認(rèn)為圖1中的對象1形成圖19中的對象1a。因此，在此結(jié)合圖1進(jìn)行說明。對與發(fā)生器1b有關(guān)的過流減小裝置5c和另一斷路器6c的保護(hù)操作來說，同樣是成立的。因此本例中，發(fā)生器1b應(yīng)當(dāng)?shù)葍r于圖1中的對象1，而變壓器1a等價于圖1中的設(shè)備3。過流減小裝置5c和另一斷路器6c結(jié)合傳統(tǒng)斷路器4b能夠保護(hù)發(fā)生器1b防止強(qiáng)烈電流以離開變壓器1a的方向流動。
圖5也示出了結(jié)合另一斷路器6b的過流減小裝置5b。顯然，過流減小裝置5a和5b排列在變壓器1a的兩側(cè)?？梢灾赋觯硪粩嗦菲?a和6b分別定位連接在所述過流減小裝置5a和5b以及變壓器1a之間。另一過流減小裝置5b將保護(hù)變壓器1a免遭從發(fā)生器1b流向變壓器的強(qiáng)烈電流的影響。斷路器4b顯然能斷開而不取決于對象1a和1b間期望被保護(hù)的方向。
圖6概略示出了開關(guān)設(shè)備5d是如何串聯(lián)耦合在先前提到的電網(wǎng)3d和對象1d之間的線路2d中的。開關(guān)設(shè)備5d適合包括具有前述特性的耦合裝置10d，即具有電極間隙的開關(guān)裝置，所述電極間隙將通過輻射能量而變導(dǎo)通。但這一點(diǎn)在圖6中沒有詳細(xì)示出。從圖6看出，開關(guān)設(shè)備5d僅僅具有開關(guān)功能，即當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)時，經(jīng)開關(guān)裝置10d會可以出現(xiàn)對象1d的饋電或可能以相反方向的饋電。因此當(dāng)需要時，可以使開關(guān)裝置10d抑制電流相對快地流動，例如保護(hù)對象1d或者可能甚至電網(wǎng)3d免遭電流流過對象1d。為了通過開關(guān)裝置10d在交流連接中實現(xiàn)開關(guān)斷開，使向電極間隙提供能量的裝置斷開這種能量是足夠的。在隨后發(fā)生的過零通道中，開關(guān)裝置10d中的電弧被熄滅從而電流流動停止。在直流應(yīng)用中，通過采取措施減小或消除開關(guān)裝置10d兩端的電壓差來支持?jǐn)嚅_功能看來是必要的。所述措施在于并聯(lián)耦合在開關(guān)裝置10d兩端的電開關(guān)31。電開關(guān)31的閉合意味著電流避開通過開關(guān)裝置10d，這意味著開關(guān)裝置10d中的電弧被熄滅。如果這種措施不充分，則作為一種補(bǔ)充在線路2d中開關(guān)裝置10d的兩側(cè)設(shè)置進(jìn)一步的電開關(guān)，以便將開關(guān)裝置10d從線路2d完全斷開。圖6的目的是為了示出根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)設(shè)備5d可以有一般的開關(guān)應(yīng)用，其中不但是保護(hù)不同設(shè)備的問題，而且更一般地講是在不同的負(fù)載狀態(tài)下切換功率的問題。
本發(fā)明可以使用衍射光學(xué)元件。在衍射光學(xué)元件中，確定光線傳播的光波前端是由衍射而不是折射形成的。衍射光學(xué)元件DOE可以通過幅度控制、相位控制或幅度相位控制來實現(xiàn)。第一特性的衍射光學(xué)元件稱為幅度-DOE。第二特性的元件稱為相位全息圖、相位-DOEs，或者一般來說稱為相位控制衍射元件。
本專利主要針對計算機(jī)生成的純粹相位控制衍射光學(xué)元件。來自主方向垂直于入射光的平面或表面的光線的相位控制得以實現(xiàn)的主要方式有兩種通過折射率調(diào)節(jié)或者通過表面起伏調(diào)節(jié)。對傳輸DOEs來說，兩種類型的控制都是可能的。對反射DOEs來說，僅有表面起伏調(diào)節(jié)具有直接實際的影響。由于元件完全不具備精密的幅度調(diào)節(jié)功能，因此相位控制意味著由此而引起的元件高傳輸而低吸收。然而相位控制元件表現(xiàn)的吸收作用僅來源于有DE/DOE制成的體材料中的吸收，這種吸收通常小于10％。這樣，可用光線或輻射效果或能量可以得到有效的利用。低吸收允許元件用于例如高能激光器發(fā)出的光能和光效，而不受熱效應(yīng)損壞。
經(jīng)過表面最高起伏部分的光束部分和經(jīng)過表面最低起伏部分的光束部分之間的相差Δφ通常描述為Δφ＝Δ(kz)＝kΔz+Δkz其中，k＝2π/λ0，λ0為光線波長。在表面起伏的情況下，k和z同時變化，因此得到Δφ＝Δ(kz)＝(2π/λ0)(nk-n0)h其中，h為最大起伏高度。與衍射光設(shè)計相同，如果需要保證相差為Δφ＝2π，則所需起伏高度應(yīng)當(dāng)為h＝(mλ0)/(nk-n0)其中，nk是相位控制基底的折射率，n0是周圍介質(zhì)的折射率，λ0是真空中光線的波長，m是整數(shù)或有理數(shù)，最好大于1/2。
(i)與想要的光線波長相比基底為厚材料，可以用不同的方法給出基底在平面或有所述材料基底表面上的折射率分布曲線，所述折射率分布曲線提供所針對的相位控制功能。這可以由電子、光子、離子或其它獲得基底材料結(jié)構(gòu)變化的放射線來完成，以便空間地在相對于入射光方向基本垂直定向的平面上給出所針對的相位控制功能。應(yīng)當(dāng)指出，在該連接中，得到具有所需精度的相位控制結(jié)構(gòu)是非常困難的。
(ii)實現(xiàn)相位控制結(jié)構(gòu)的另一方法是通過表面起伏調(diào)節(jié)相位和入射光。這從本文上述內(nèi)容清楚可見。表面起伏可以通過微電子工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的公知方法和改進(jìn)方法得以實現(xiàn)，例如光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)或激光光刻技術(shù)。圖9示出了這種表面起伏的一個例子。
可以指出，圖7a和7b用圖解法基本示出了如何用衍射元件36a將左側(cè)入射光改變方向，變?yōu)榉浅２煌規(guī)缀跞我獾娜S分布。圖7a示出了如何得到分布在對稱軸z周圍的焦點(diǎn)28，而圖7b示出了通常對本發(fā)明更為重要的一些事情，即焦點(diǎn)或區(qū)域28的串聯(lián)應(yīng)用。在本發(fā)明申請中，準(zhǔn)確地說，這些點(diǎn)或區(qū)域28的位置是為了能實現(xiàn)快速有效閉合電極間隔中的電流導(dǎo)通。
DE/DOE的最簡單例子是線性衍射光柵。對純粹的相位控制來說，該光柵可以由形成表面起伏的一系列緊密定位的“劃線”組成。在本例中，劃線的寬度即光柵的周期是恒定的。這種特性的透明光柵以多種不同的所說的衍射階數(shù)使入射輻射能量和光線以多個不同方向偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)角度由光周期和光線波長確定，并可以由所說的光柵方程來描述。更為復(fù)雜的變化是“閃耀”(“blazed”)光柵或鋸齒光柵。在這種光柵中，每個周期內(nèi)的起伏形成了傾斜平面?？梢允乖摴鈻乓砸环N單一方向偏轉(zhuǎn)入射光。為了得到優(yōu)良的功能，可以將起伏高度作成與光線波長具有相同階數(shù)，或者(通常)是其整數(shù)倍。光柵周期的選擇是基于特定波長的光需要多大偏轉(zhuǎn)角度。這種傳輸或反射類型的光柵在分光計中用作光譜分析元件，其中光柵周期例如可以為1000線/cm，相當(dāng)于周期長度10μm。
簡單DE/DOE的另一個公知實施例是菲涅耳透鏡。表面起伏實施例中的這一元件由同心表面起伏構(gòu)成，其光柵周期隨著距透鏡起伏中心的距離的增加而減小。菲涅耳透鏡的設(shè)計可以將大孔徑和短焦距長度相結(jié)合，使得其f數(shù)接近1或小于1。這用傳統(tǒng)折射透鏡很難實現(xiàn)。因此菲涅耳透鏡a.o.用于需要強(qiáng)光會聚能力的應(yīng)用中。
開諾全息照片是計算機(jī)生成全息圖形式的DE/DOE，該全息圖僅影響入射光的相位。通過開諾全息照片折射率的變化或者通過其一個表面中的淺表面起伏來獲得相位效應(yīng)。用開諾全息照片可以形成高效、任意、期望和預(yù)定的光強(qiáng)分布。在計算機(jī)中計算開諾全息照片以便離開開諾全息照片的光的波前端得到某種期望的形狀。通過開諾全息照片光的衍射，實現(xiàn)預(yù)定的強(qiáng)度分布。只有用現(xiàn)代微光刻技術(shù)才可以產(chǎn)生開諾全息照片，例如以微表面起伏透鏡、光學(xué)修正片及特定光柵和光束分割器的形式。
用于傳輸?shù)拈_諾全息照片一般由透光或電磁輻射線可透過的材料的薄片構(gòu)成，在一側(cè)上具有表面起伏。例如通過蝕刻可以得到表面起伏。表面起伏就其結(jié)構(gòu)來說是非常微觀的，最小的橫向細(xì)節(jié)不大于光波長?？v向尺寸也是一樣。開諾全息照片通過衍射在該表面結(jié)構(gòu)上控制/改向入射光。(可以理解，實現(xiàn)開諾全息照片的不同方式是以微觀改變薄片材料的折射率)。因此在這兩種情況下，光線通過其相位的改變而受到控制。圖10a和10b用圖解法示出了開諾全息照片如何具有不同設(shè)計的鋸齒光柵的特性。
正如已經(jīng)指出的，DE/DOE中衍射表面起伏結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計為用于傳輸也可用于反射。
幅度控制結(jié)構(gòu)例如通過照相技術(shù)就可以很容易實現(xiàn)。但是要實現(xiàn)相位控制表面卻并不簡單。具有連續(xù)變化的高度和可控形狀的起伏目前僅能在非常特定的情況下可以生產(chǎn)。例如，可以通過機(jī)械劃線的方式生產(chǎn)鋸齒光柵，通過一個光柵周期接一個光柵周期的機(jī)械處理得到光柵周期的斜坡表面。對于這種屬于紅外線、可見的或紫外線波長范圍內(nèi)的電磁輻射線的波長來說，一般不以這種方式產(chǎn)生二維表面起伏。
利用例如已經(jīng)發(fā)展起來并用于半導(dǎo)體和微電子工業(yè)的現(xiàn)代微光刻方法，反而可以高精度地產(chǎn)生二維表面起伏。這些方法的例子已經(jīng)提過了，如電子束光刻術(shù)EBL，激光光刻技術(shù)LBL和光刻術(shù)PL。將要產(chǎn)生的圖案或起伏用計算機(jī)生成，其最后結(jié)果用于控制光刻儀器。在現(xiàn)代EBL和LBL中，表面結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是通過在要形成的起伏表面上以期望的圖案掃描電子束或激光束-具有所謂抗蝕劑涂層的適當(dāng)材料的基片。電阻是受輻射影響的一種材料，使得其在顯影液中的溶解度取決于照射的輻射劑量。通過改變電阻表面上的輻射劑量，在顯影之后得到表面起伏。由于實際的和制造方面的原因，因此，可能的劑量等級的數(shù)量和可能的垂直起伏的數(shù)量都受到限制。由于其它的實際原因，例如計算機(jī)中計算存儲量限制和控制計算機(jī)，照射圖案制成離散的單一單元的棋盤圖案，其中照射劑量是恒定的或基本恒定。也使用圖案的其它幾何分割，例如圓形的。因此，由此而形成的表面起伏將具有離散的階梯形結(jié)構(gòu)。
如果僅使用兩個起伏等級，就得到二進(jìn)制起伏。二進(jìn)制DE/DOE能夠在預(yù)定的強(qiáng)度分布中偏轉(zhuǎn)入射輻射的最大40.5％。如果使用大于約8個起伏等級，具有很好精度的起伏將大致為一個連續(xù)變化的表面，它給出了非常好的光學(xué)功能和效果。因此以多等級起伏形式的DE/DOE更有效地控制輻射的相位，80-90％或更多的輻射能量可以被偏轉(zhuǎn)為預(yù)定的光強(qiáng)分布。
衍射光學(xué)的優(yōu)點(diǎn)本文中無論此前或此后，預(yù)先假定輻射或光線一般在笛卡兒坐標(biāo)系中以z-方向傳播，并且其光強(qiáng)變化(它在這里可以表示功率密度和能量密度/強(qiáng)度變化)可以在z-方向得到，也可以在垂直于z-軸的任意x-y-平面得到。衍射元件為空間控制電磁輻射能量提供很大自由-可以實現(xiàn)幾乎任意的空間強(qiáng)度焦點(diǎn)分布·縱向地可以控制相對于z-坐標(biāo)的強(qiáng)度變化。
·橫向地可以在三維空間中相對任意地放置焦點(diǎn)和分布。
·橫向地可以實現(xiàn)幾個并行伸長的焦點(diǎn)。這使得能夠產(chǎn)生多個并行的電離后的等離子體通道。積極的后果是-通過使每個通道中電弧電流更小來降低電極損耗。
-總電弧阻抗減小。
-更快觸發(fā)。
-得到根本不可能簡單地用傳統(tǒng)折射和反射光學(xué)實現(xiàn)的焦點(diǎn)分布。
-也可以產(chǎn)生非圓形對稱的強(qiáng)度分布。
-DE/DOE元件體積小，重量輕，絕緣的，具有很高的輻射和光學(xué)透明度，并提供非常大的設(shè)計靈活性。
-DE/DOE元件在設(shè)計上可以被調(diào)整為電極裝置，其中為了使所針對的短路功能最優(yōu)化將實現(xiàn)電短路。
-以表面起伏形式的DE/DOE元件與傳統(tǒng)(光學(xué))元件的區(qū)別是可以用很低的再生產(chǎn)成本進(jìn)行批量生產(chǎn)。用與制造光可讀CDs(激光唱盤)同樣的方法實現(xiàn)再生產(chǎn)。
在與本發(fā)明有關(guān)的申請中，借助于DE/DOE來考慮以下方面(i)最低可觸發(fā)電極電壓最小化。
(ii)短路時間(從能量脈沖到達(dá)到短路完全形成)最小化。
(iii) 觸發(fā)可能性最大化。
(iv)在每個應(yīng)用設(shè)計中選擇自然電擊穿的可能性最小化。
(v)以最佳方式利用可用于觸發(fā)的輻射能量，特別是在受限使用的激光能量方面。
這將通過盡可能利用可用激光功率和激光能量來實現(xiàn)，當(dāng)然，有必要限制其使用。
為輻射能量提供聚焦的有可能與其它傳統(tǒng)(光學(xué))元件一起使用的衍射元件(-s)能夠完成上述功能。特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，通過用DE/DOE聚集/聚焦輻射能量，可以簡化、最優(yōu)化電極系統(tǒng)的設(shè)計，實質(zhì)上，這可以從以下說明看出。
通過衍射元件和衍射光學(xué)元件DE/DOEs，可以實現(xiàn)非常普通的能量密度分布(強(qiáng)度分布)，這在很大程度上使所述類型的電氣保護(hù)系統(tǒng)中所針對的短路功能最優(yōu)化。由于主要目的之一是在至少兩個電極之間實現(xiàn)短路，這兩個電極在氣體或液體環(huán)境中(或真空，但結(jié)構(gòu)需稍有不同)分開一定距離，由于所討論的用于產(chǎn)生實現(xiàn)在電極間隙中啟動(“觸發(fā)”)放電所需輻射能量的輻射源能量(效果和能量；所說的輻射能量)有必要受到限制，因此最重要的是盡可能有效地利用這種可用輻射能量。第一位也是很自然的方法是將輻射能量聚集到一個幾何上盡可能狹長的區(qū)域，在本例中，所述區(qū)域可以作成在兩個主電極之間一直延伸，在這兩個主電極之間呈現(xiàn)出將被短路的電力系統(tǒng)電壓的主要部分。這樣，首先想要細(xì)長的區(qū)域，其中聚集了輻射能量。該區(qū)域在此稱為聚焦區(qū)。由DE/DOE所產(chǎn)生的細(xì)長聚焦區(qū)設(shè)置在例如被氣體或液體包圍的兩個電極23f(見圖8)之間，在這兩個電極之間，電極中的電壓得到應(yīng)用。當(dāng)輻射能量提供給DE/DOE36f且通過它聚焦在聚焦區(qū)時，沿聚焦區(qū)形成等離子體通道，假定沿聚焦區(qū)所提供的輻射能量密度超過電離和等離子體形成所需的輻射能量密度閾值。該等離子體通道表現(xiàn)出相當(dāng)好的傳導(dǎo)性/導(dǎo)電性，原因是電荷輸送是沿著等離子體通道進(jìn)行的。用這種方法，電極23f被短路。
在以下所討論和示例的主要觀點(diǎn)(I)-(VII)中，其中，通過聚集輻射能量，衍射光學(xué)聚集輻射能量的使用為實現(xiàn)例如電力網(wǎng)這樣的保護(hù)設(shè)備中兩個或多個電極之間的短路準(zhǔn)備了實質(zhì)性的可能性和優(yōu)點(diǎn)。
(I)在一個或多個細(xì)長聚焦區(qū)中實現(xiàn)輻射能量分布。非常有吸引力的代替單一聚焦區(qū)的是多個平行聚焦區(qū)，這種替代將在下文中涉及。
(II)通過衍射光學(xué)元件，實現(xiàn)連續(xù)和離散(即在空間中是不相干的)強(qiáng)度分布(功率密度分布，單位[瓦特/m2])或能量密度分布(單位[焦耳/m2]，下文所說的“能量密度分布”)。這種分布類型是下文所說的“縱向”分布，因為它描述了與輻射能量傳播主方向平行方向上的能量密度分布。
圖11a-f示出了一些能用衍射元件DE/DOE產(chǎn)生的連續(xù)縱向分布I(z)。在每個平行通道上，預(yù)定沿著縱向?qū)ΨQ軸的光強(qiáng)以一種方式變化，這種方式是使安裝在某一電極裝置中的DE/DOE元件的電短路功能最優(yōu)化。例如，可以提出，非常引人關(guān)注的是觸發(fā)以將較大能量密度集中在至少其中一個電極表面以便控制(例如所謂切除)所增加的自由電荷載體數(shù)量，所述載體可以簡化并參與短路過程。
圖12a-g示例了通過具有多焦點(diǎn)功能的DE/DOE所得到的幾種相應(yīng)的離散縱向能量密度分布。給每個離散焦點(diǎn)中的能量密度各自的權(quán)(weight)，從而給出上限值的包跡一個很普通的函數(shù)形式。當(dāng)然，離散焦點(diǎn)相互之間可以相隔任意距離定位，根據(jù)已經(jīng)制造出的DE/DOE，僅受到制造方法和(橫向)分辨率(resolution)的限制。要強(qiáng)調(diào)的是，在離散細(xì)長的焦點(diǎn)分布中，與具有同樣尺寸的以連續(xù)焦點(diǎn)分布的每個點(diǎn)中的輻射能量相比，分布在每個離散焦點(diǎn)中的可用輻射能量更大。這使得可用輻射能量以實現(xiàn)發(fā)明目的的最佳方式得以利用。
關(guān)鍵的程序是要設(shè)計產(chǎn)生準(zhǔn)離散焦點(diǎn)分布的DE/DOE；在多焦點(diǎn)分布中，毗鄰的離散焦點(diǎn)彼此部分重疊。因此，毗鄰焦點(diǎn)間的能量密度不能為零。但仍可以保持在所討論的啟動氣體電離的輻射能量密度閾值。由此，直接的獲益是在受限程度上更有效地利用可用輻射能量。
(III)聚焦區(qū)的兩種最佳類型是由所說的圓柱形或筒形區(qū)域形成。圓柱形聚焦區(qū)具有沿著空間中直線或曲線呈現(xiàn)最大的輻射能量分布。一個例子是沿直線的焦點(diǎn)分布，垂直于該直線的能量密度分布為高斯形。如圖16b-e所示，筒形聚焦區(qū)具有沿著聚焦區(qū)的對稱軸呈現(xiàn)最小的輻射能量分布，并認(rèn)為最大的是在該軸之外。在這個例子圖16c中示出了焦點(diǎn)分布，其中輻射能量密度分布在距離直線一定輻射距離的圓柱體上取最大值。這種能量密度分布可以是收斂的(其標(biāo)準(zhǔn)半徑隨距DE/DOE距離的增加而減小)，可以是發(fā)散的(其標(biāo)準(zhǔn)半徑隨距DE/DOE距離的增加而增加)，或者可以是準(zhǔn)直的(其標(biāo)準(zhǔn)半徑恒定，與距DE/DOE的距離無關(guān))。
無須進(jìn)一步證明可以認(rèn)為，筒形聚焦區(qū)也可以由連續(xù)能量密度分布形成，或者離散密度分布形成，或者“準(zhǔn)離散”能量密度形成。
(IV)最佳實施例的另一類型(圖17a-17e)是提供多個并行細(xì)長的聚焦區(qū)。因此，這種結(jié)構(gòu)的離散化是與輻射能量傳播主方向垂直進(jìn)行的。如果該方向由笛卡兒坐標(biāo)系中的z-軸構(gòu)成，多個變量是可以想象的。一個或多個細(xì)長聚焦區(qū)可以沿x-軸或另一平行于x-軸的想象線來定位?？梢蕴娲氖牵粋€或多個平行細(xì)長聚焦區(qū)可以沿y-軸或另一平行于y-軸的想象線來定位。再一可替代的是，產(chǎn)生多個垂直于輻射傳播主方向的平行細(xì)長的聚焦區(qū)，它們以二維矩陣排布，該二維矩陣在不同聚焦區(qū)之間在x-和y-方向上具有任意距離。還可替代的是，所述多個所產(chǎn)生的平行細(xì)長聚焦區(qū)定位在圓柱形坐標(biāo)系中，例如到同一對稱軸的距離相等。在該方案中當(dāng)然大量的變量是可能的，所述變量也落在最佳實施例之內(nèi)。
多個平行聚焦區(qū)允許產(chǎn)生多個平行的、光學(xué)觸發(fā)的短路電弧通道。這意味著每個電弧通道中的電流減小，并且因此由電感系數(shù)決定電流，這意味著可以很快完成觸發(fā)過程。同時，由于局部加熱的結(jié)果使包含在電極系統(tǒng)中的電極的腐蝕減小，局部加熱是每一部分電弧在與其接觸的電極上的那些點(diǎn)上產(chǎn)生的。
(V)聚焦區(qū)分布的另一種類型是由多個聚焦區(qū)構(gòu)成，這些聚焦區(qū)不是平行的而是相互發(fā)散或收斂的。這樣，對所討論的電極幾何結(jié)構(gòu)和與其相關(guān)的電場分布來說，就可以修改和最優(yōu)化所產(chǎn)生的焦點(diǎn)分布。
(VI)焦點(diǎn)區(qū)分布的再一類型(圖18a-b)是由一個或多個沿另一條線而不是形成最初輻射能量傳播主方向的那條線定位的細(xì)長聚焦區(qū)構(gòu)成的。這一點(diǎn)尤其重要，因為為了在兩個電極23k之間實現(xiàn)盡可能低的觸發(fā)電壓，圓形對稱聚焦的DE/DOE需要就在DE/DOE后面的以圓柱形幾何圖形對稱定位的電極，以輻射能量傳播的主方向看，所述電極將屏蔽部分已經(jīng)被DE/DOE偏轉(zhuǎn)的輻射能量。因此，該輻射能量部分丟失，可用于觸發(fā)的輻射能量減少。可以重新構(gòu)造實現(xiàn)非居中焦點(diǎn)分布(因此它被隔開并且平行或不平行于輻射能量傳播的最初主方向)的DE/DOE以避免這些屏蔽效應(yīng)。這樣，用產(chǎn)生相對于對稱軸垂直移動的等離子體的DE/DOE，可能被短路的電極系統(tǒng)的設(shè)計就可以更簡單、更有效。這立刻導(dǎo)致實現(xiàn)電極間隙觸發(fā)的改進(jìn)可能性和與其相關(guān)的最優(yōu)化最終期望的電氣保護(hù)功能的可能性。也應(yīng)該指出，可以將這種電極間隙設(shè)計為能夠保證電壓擊穿和放電電流高于在圓形對稱聚焦的DE/DOE之后對稱放置的必要小的電極。
(VII)DE/DOE的一個非常重要的特性是人們在其設(shè)計中能分別確定最后所得到的聚焦區(qū)的起始位置和結(jié)束位置。在圖11a中，z1和z2作為一個例子分別表示一個單一細(xì)長的焦點(diǎn)“起始”和“結(jié)束”的兩個z-坐標(biāo)?？梢岳斫猓谶@兩個z-坐標(biāo)處，聚焦區(qū)中能量密度超過且分別低于特定值，例如它可以由所討論的在介質(zhì)中以電離和等離子體形式感應(yīng)出的輻射能量密度閾值來定義。這樣，有可能的是，在不降低輻射能量觸發(fā)動作的情況下，直至某一預(yù)定距離之后才控制DE/DOE之后最后生成的能量密度分布超過輻射能量所產(chǎn)生的電力擊穿所需的能量密度，并且在某一預(yù)定距離之后低于所述能量密度。因此，這就允許細(xì)長聚焦區(qū)的長度與將被短路的電極之間的距離精確匹配。此外，DE/DOE不必與放電、等離子體通道相接觸。這種接觸會導(dǎo)致對DE/DOE的破壞，因為放電發(fā)生在其表面且在那起到減小材料損壞的作用，以及等離子體成分可能凝聚在其表面，這很容易對DE/DOE的功能產(chǎn)生消極影響。
在根據(jù)圖8的實施例中，輻射能量是通過前述其中一個電極上的開口29f提供的。圖13示出了一變形例，其中，與圖8所示實施例的唯一區(qū)別是此處衍射光學(xué)元件(開諾全息照片)36g徑向放置在電極23g的其中一個的外面。和前面一樣，光學(xué)元件36g的設(shè)計是為了偏轉(zhuǎn)激光并且在電極之間聚焦沿著瞄準(zhǔn)的導(dǎo)電路徑分布的相同數(shù)量的點(diǎn)。形成點(diǎn)28g的每個射線電子聚束都有其自己的偏轉(zhuǎn)角。這樣，射線電子聚束分別移動不同的距離到達(dá)點(diǎn)28g。根據(jù)圖13在其中一個電極的側(cè)面定位開諾全息照片36g的好處是開諾全息照片將位于最高電場的側(cè)面以便電場干擾達(dá)到最小。由于不需要為激光設(shè)置開口，也簡化了電極設(shè)計。
圖14示出了一個變形例，其中光學(xué)系統(tǒng)27h存在斧石37h(折射或衍射)，斧石將從激光或類似物得到的輻射劃分為多個部分，并把這些光束部分引向衍射元件(開諾全息照片36h)。這些開諾全息照片被分布在其中一個電極的周圍，即在圖14中用23h所表示的。在圖15中，示出了圖14相同結(jié)構(gòu)的透視圖。從圖15可以看出，實施例中的4個開諾全息照片36h設(shè)置在電極23h的周圍，用于通過衍射使輻射能量聚焦在多個點(diǎn)或區(qū)域28h，這些點(diǎn)或區(qū)域沿著電極之間的對稱軸出現(xiàn)。多個離散開諾全息照片36h的使用與連續(xù)環(huán)形開諾全息照片相比實現(xiàn)起來更簡單，更便宜，即使后者是可能的。
應(yīng)當(dāng)指出，本文所做描述僅是舉例說明建立本發(fā)明的思想。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明范圍的基礎(chǔ)上對本發(fā)明作出詳細(xì)的修改。作為一個例子，根據(jù)本發(fā)明可以提出使用激光為間隙24提供形成能量的電離/等離子體不是必要的。只要根據(jù)本發(fā)明滿足了快速性和可靠性的要求，也可以應(yīng)用其它輻射源，例如電子槍或其它提供能量的方法。應(yīng)觀察到，根據(jù)本發(fā)明，開關(guān)裝置10也可以在圖1、3所示之外的其它運(yùn)行情況下保護(hù)電氣對象免遭與過流相關(guān)的故障的影響，其中根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的設(shè)置是為了降低斷路器4的相對較低的斷開時間所帶來的負(fù)面影響。這樣，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)裝置不必需要與這種斷路器4相關(guān)的運(yùn)行。本發(fā)明既適用于交流，也適用于直流。最后，開關(guān)裝置不是必須用于保護(hù)目的。
權(quán)利要求
1.用于開關(guān)電源的設(shè)備，包括至少一個電開關(guān)設(shè)備，其特征在于，開關(guān)設(shè)備(5)包括至少一個開關(guān)裝置(10)，它包括一個電極間隙(24)，它在基本電絕緣狀態(tài)和導(dǎo)電狀態(tài)之間是可以轉(zhuǎn)換的，造成或者至少啟動電極間隙或至少部分電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性的裝置(25)，以及所述用于造成或至少啟動電極間隙呈現(xiàn)傳導(dǎo)性的裝置(25)適于以輻射能量的方式向電極間隙提供能量，以使所述間隙或至少部分間隙形成等離子體。
2.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，通過導(dǎo)致或至少啟動電極間隙或部分電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性的所述裝置(25)包括至少一個激光器(25)。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，開關(guān)裝置(10)的形成方式是在其電極(23)之間以隔離狀態(tài)表現(xiàn)電場，一旦導(dǎo)致或啟動電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性，該電場在電極之間激勵或產(chǎn)生電飛弧。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，處于電極間隙(24)隔離狀態(tài)的電場的電場強(qiáng)度實質(zhì)上小于發(fā)生自然擊穿的電場強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備，其特征在于，處于電極間隙(24)絕緣狀態(tài)的電場的電場強(qiáng)度不大于發(fā)生自然擊穿的電場強(qiáng)度的30％，不大于20％比較適當(dāng)，最好不大于10％。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，處于電極間隙(24)絕緣狀態(tài)的電場的電場強(qiáng)度至少為發(fā)生自然擊穿的電場強(qiáng)度的0.1％，至少1％比較適當(dāng)，最好至少5％。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，導(dǎo)致或至少啟動電極間隙(24)呈現(xiàn)導(dǎo)電性的所述裝置(25)的設(shè)置是為了通過使最低電場強(qiáng)度最小化的方式提供輻射能量，在該電場強(qiáng)度下，可以觸發(fā)電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，導(dǎo)致或至少啟動電極間隙(24)呈現(xiàn)導(dǎo)電性的所述裝置(25)的設(shè)置是為了以這樣的方式向電極間隙提供輻射能量使到達(dá)的輻射能量和形成電極間隙導(dǎo)電能力之間的時間延遲最小化。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，造成或至少啟動電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性的開關(guān)裝置(10)和裝置(25)的設(shè)置是使得電極間隙中導(dǎo)電性的建立實質(zhì)上不取決于在絕緣狀態(tài)下的開關(guān)裝置的電極之間出現(xiàn)的電場強(qiáng)度。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的開關(guān)裝置(25)的設(shè)置是為了將輻射能量應(yīng)用在電極(23)的至少其中一個電極上或者至少應(yīng)用在電極(23)的至少其中一個電極的附近。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的開關(guān)裝置(25)的設(shè)置是為了將輻射能量定位在電極(23)之間間隙(24)中的的一個點(diǎn)或區(qū)域。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的構(gòu)件(25，27)的設(shè)置是為了將輻射能量應(yīng)用于電極之間的兩個或多個點(diǎn)或區(qū)域(28)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置的設(shè)置是為了沿著電極之間延伸的線定位所述輻射能量的兩個或多個點(diǎn)或區(qū)域，所述線對應(yīng)于電極之間期望的導(dǎo)電路徑的延伸。
14.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置(25)的設(shè)置是為了將輻射能量應(yīng)用于一個或多個細(xì)長區(qū)域(28i，k，m，n)，其縱軸基本沿電極間期望的導(dǎo)電路徑方向延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置(27)適用于將細(xì)長聚焦區(qū)形成為筒形。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置適用于形成細(xì)長區(qū)域，使得它橋接電極之間的整個或基本整個空間。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置(27)適用于在電極間隙內(nèi)形成兩個或多個細(xì)長聚焦區(qū)(28)，所述聚焦區(qū)在彼此沿電極間期望的導(dǎo)電路徑之后縱向定位。
18.根據(jù)權(quán)利要求1和10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置適用于將輻射能量施加在至少其中一個電極上或施加在電極之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求10-18中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，在電極間隙內(nèi)的至少其中一個電極上有開口，用于提供觸發(fā)能量的裝置(25)通過該開口引導(dǎo)輻射能量。
20.根據(jù)權(quán)利要求15和19所述的設(shè)備，其特征在于，向電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置(27)位于具有開口(29)的那個電極附近的筒形輻射能量區(qū)域(28)，使得筒形輻射能量區(qū)域的軸基本與電極中開口的軸同心。
21.根據(jù)權(quán)利要求10-20中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，向電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置包括控制電磁波能量的系統(tǒng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于，控制系統(tǒng)包括至少一個衍射元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，衍射元件由開諾全息照片構(gòu)成。
24.根據(jù)權(quán)利要求21-23中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，控制系統(tǒng)(27f)徑向位于電極的外部并將射線聚束引向電極間的間隙。
25.根據(jù)權(quán)利要求21-24中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，控制系統(tǒng)(27h)在其中一個電極周圍將輻射能量脈沖分為一環(huán)形構(gòu)造。
26.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，連接開關(guān)裝置以保護(hù)電力對象(1)免遭與電流/電壓有關(guān)的故障的影響，且開關(guān)裝置是可啟動的以便借助于故障狀態(tài)檢測裝置(11-13)實現(xiàn)其保護(hù)功能。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其特征在于，開關(guān)裝置(5)將過電流轉(zhuǎn)向到地(8)或具有相對低電勢的另一元件。
28.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，至少一個過壓轉(zhuǎn)向器(22)與開關(guān)裝置(10)并聯(lián)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中電力對象(1)連接到電網(wǎng)(3)或包含在發(fā)電廠中的另一裝置，包括在對象和電網(wǎng)/裝置之間的線路(2)上的開關(guān)設(shè)備(4)的設(shè)備，其特征在于，開關(guān)裝置(10)連接到對象(1)和開關(guān)設(shè)備(4)之間的線路(2)，且開關(guān)裝置(10)是可啟動的，用于在基本短于開關(guān)設(shè)備(4)斷開時間的時間區(qū)間內(nèi)使過流轉(zhuǎn)向。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于，開關(guān)設(shè)備(4)由斷路器構(gòu)成。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，它包括布置在開關(guān)設(shè)備(4)和對象之間線路上的另一斷路器(6)，所述另一斷路器布置在開關(guān)裝置(10)和對象(1)之間，適于斷開低于開關(guān)設(shè)備(4)的電壓和電流，因此能夠?qū)崿F(xiàn)短于開關(guān)設(shè)備的斷開時間，當(dāng)流向或離開對象(1)的過流已經(jīng)通過開關(guān)裝置(10)但早于開關(guān)設(shè)備被減小時，將另一斷路器斷開。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其特征在于，它包括連接到檢測裝置(11-13)和另一斷路器(6)的控制元件(14)，目的是當(dāng)通過檢測裝置指示出流向或離開對象(1)的過流低于預(yù)定電平時，完成另一斷路器的啟動以達(dá)到斷開目的。
33.根據(jù)權(quán)利要求31-32中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，另一斷路器(6)包括開關(guān)(15)，在開關(guān)上耦合具有一個或多個元件(18)的并聯(lián)線路(18)，用于通過使并聯(lián)線路(17)從觸點(diǎn)接收導(dǎo)通電流來避免開關(guān)(15)觸點(diǎn)分開所產(chǎn)生的電弧。
34.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于，所述并聯(lián)線路(17)上的一個或多個元件(18)可以經(jīng)控制元件(14)通過控制而閉合導(dǎo)通。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的設(shè)備，其特征在于，所述一個或多個元件(18)由可控半導(dǎo)體元件構(gòu)成。
36.根據(jù)權(quán)利要求33-35中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述一個或多個元件(18)裝有至少一個過壓制動器(30)。
37.根據(jù)權(quán)利要求33-36中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，用于電流分離的隔離開關(guān)(20)與所述一個或多個元件(18)串聯(lián)設(shè)置。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其特征在于，隔離開關(guān)(20)與控制元件(14)耦合，以便在開關(guān)(15)已經(jīng)受控閉合且所述一個或多個元件(18)已經(jīng)處于斷開并聯(lián)線路(17)的狀態(tài)后由此控制所述隔離開關(guān)打開。
39.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，保護(hù)對象(1)由具有磁路的電力設(shè)備構(gòu)成。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征在于，對象由發(fā)電機(jī)、變壓器或電動機(jī)構(gòu)成。
41.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，對象由電力線例如電纜構(gòu)成。
42.根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，兩個開關(guān)裝置(10)設(shè)置在對象兩側(cè)以從兩側(cè)保護(hù)同一對象。
43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，它包括連接到開關(guān)裝置(10)和過流狀態(tài)檢測裝置(11-13)的控制元件(14)，所述控制元件(14)的設(shè)置是為了當(dāng)需要保護(hù)時基于來自過流狀態(tài)檢測裝置的信息來控制開關(guān)裝置閉合。
44.根據(jù)權(quán)利要求43以及權(quán)利要求32、33和38中的一項或多項所述的設(shè)備，其特征在于，基于來自過流狀態(tài)檢測裝置(11-13)的信息，同一個控制元件(14)控制開關(guān)裝置(10)和另一斷路器(6)。
45.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備用于保護(hù)對象免遭與過流有關(guān)的故障的影響的用途。
46.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，為電極間隙提供觸發(fā)能量的裝置將輻射能量會聚在多個基本平行的細(xì)長聚焦區(qū)，其縱軸基本位于沿著電極間所瞄準(zhǔn)的導(dǎo)電路徑方向。
47.在發(fā)電廠中用于保護(hù)電力對象(1)免遭與過流有關(guān)的故障影響的方法，其特征在于，當(dāng)通過檢測裝置(11-13)已經(jīng)檢測出過流狀態(tài)時通過開關(guān)裝置(10)完成過流轉(zhuǎn)向，為了使過流轉(zhuǎn)向到地(8)或具有相對低電勢的另一元件，設(shè)置的所述開關(guān)裝置(10)通過觸發(fā)電極間隙(24)過流轉(zhuǎn)向而閉合，通過借助于觸發(fā)裝置(25)將輻射能量提供給電極間隙使開關(guān)中呈現(xiàn)導(dǎo)電性。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其特征在于，另一斷路器(6)設(shè)置在開關(guān)設(shè)備(4)和對象(1)之間以及開關(guān)裝置(10)和對象(1)之間的線路(2)上，在流向或流出對象(1)的過流已經(jīng)通過開關(guān)裝置(10)被減小后，使所述另一斷路器(6)斷開。
全文摘要
開關(guān)電源設(shè)備包括至少一個電開關(guān)裝置(5)。該開關(guān)裝置包括至少一個包含電極間隙(24)的開關(guān)元件(10a)。該間隙可在基本電絕緣狀態(tài)和導(dǎo)電狀態(tài)之間變換。而且,開關(guān)元件包括造成或至少啟動電極間隙或至少部分電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性的裝置(25)。該造成或至少啟動電極間隙呈現(xiàn)導(dǎo)電性的裝置(25)適用于以輻射能量的形式向電極間隙提供能量,以通過該輻射能量將間隙或至少部分間隙帶入等離子體形式。
文檔編號H02H9/06GK1246209SQ9718183
公開日2000年3月1日 申請日期1997年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月17日
發(fā)明者M·貝里奎斯特, H·貝恩霍夫, M·埃克貝里, T·福格貝里, J·伊斯貝里, M·萊永, 黎明, A·蘇內(nèi)松, D·溫德馬 申請人:瑞典通用電器勃朗勃威力公司