Защита от перенапряжения с искровым промежутком

Изобретение относится к защите от перенапряжения с искровым промежутком (9) и с лазером (210) для поджига искрового промежутка. Лазер (210) соединен с входом (226) оптического элемента (218) растяжения, который служит для временного растяжения лазерных импульсов (310), генерируемых лазером. Выход (230) элемента (218) растяжения соединен с одним концом оптического передающего волокна (15’), в частности c одним концом световода (15’). Второй конец передающего волокна (15’) соединен с входом (234) оптического элемента (238) сжатия, который служит для временного сжатия лазерных импульсов (410), и выход (242) элемента (238) сжатия соединен с искровым промежутком (9). Технический результат - повышение надежности работы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к защите от перенапряжения с искровым промежутком и с лазером для поджига искрового промежутка.

Подобная защита от перенапряжения известна из выложенной заявки DE 10 2004 002 582 A1. При этой известной защите от перенапряжения, искровой промежуток размещен на установленной электрически изолированно платформе, причем эта платформа находится на высоковольтном потенциале. Для поджига искрового промежутка, лазерный импульс посредством световода направляется к искровому промежутку. При этом, однако, возникает проблема, состоящая в том, что высокоэнергетические лазерные импульсы (которые необходимы для поджига искрового промежутка) из-за высокой локальной интенсивности могут повредить световод. Чтобы избежать подобного повреждения световода, при известной защите от перенапряжения должен использоваться допускающий высокую энергетическую нагрузку и, следовательно, более дорогостоящий световод.

В основе изобретения лежит задача предоставить защиту от перенапряжения вышеуказанного вида и способ поджига искрового промежутка, которые могут быть реализованы экономичным образом.

Эта задача в соответствии с изобретением решается посредством защиты от перенапряжения согласно пункту 1 формулы изобретения и посредством способа согласно пункту 10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления защиты от перенапряжения и способа приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Раскрыта защита от перенапряжения с искровым промежутком (который содержит противоположные друг другу электроды) и с лазером для поджига искрового промежутка, причем лазер соединен с входом оптического элемента растяжения, который служит для временного растяжения лазерных импульсов, генерируемых лазером, выход элемента растяжения соединен с одним концом оптического передающего волокна, в частности, с одним концом световода, второй конец передающего волокна соединен с входом оптического элемента сжатия, который служит для временного сжатия лазерных импульсов, и выход элемента сжатия (оптически) соединен с искровым промежутком. При этом особенно предпочтительно, что оптическое передающее волокно должно передавать только растянутые во времени лазерные импульсы. Таким образом, максимально возникающая локальная плотность энергии в оптическом передающем волокне заметно снижается (по сравнению с передачей нерастянутых во времени лазерных импульсов). Тем самым можно избежать повреждения оптического передающего волокна или увеличить срок службы передающего волокна. Кроме того, предпочтительно, что на втором конце передающего волокна размещен оптический элемент сжатия, который сжимает во времени лазерные импульсы. Тем самым на выходе элемента сжатия имеются лазерные импульсы, которые снова имеют увеличенную максимальную плотность энергии. Таким образом, с помощью этих лазерных импульсов можно надежно поджигать искровой промежуток.

Защита от перенапряжения может быть выполнена таким образом, что (оптический) выход элемента сжатия ориентирован в направлении по меньшей мере одного электрода искрового промежутка или в направлении промежуточного пространства между двумя электродами искрового промежутка. При такой ориентации элемента сжатия предпочтительно может быть обеспечено, что с помощью сжатых лазерных импульсов искровой промежуток может безопасно и надежно поджигаться.

Защита от перенапряжения может быть реализована таким образом, что лазер представляет собой импульсный лазер, в частности, фемтосекундный лазер. С помощью импульсного лазера, в частности, с помощью фемтосекундного лазера могут генерироваться очень короткие лазерные импульсы, так что временное растяжение лазерных импульсов и последующее временное сжатие лазерных импульсов могут быть применены эффективным образом.

Защита от перенапряжения также может быть реализована таким образом, что передающее волокно свободно от лазерно-активных сред. Таким образом, может применяться простое и экономичное передающее волокно, в частности, простой и экономичный световод.

Защита от перенапряжения также может быть реализована таким образом, что искровой промежуток и элемент сжатия размещены на электрически изолированно установленной платформе, которая находится на (электрическом) высоковольтном потенциале (и которая предусмотрена для размещения по меньшей мере одного электрического компонента, который должен быть защищен от перенапряжения), а лазер соединен с потенциалом заземления. При этом особенно предпочтительно, что находящийся на потенциале заземления лазер может простым и экономичным способом снабжаться электрической энергией. Например, этот лазер может быть подключен к обычной сети энергоснабжения переменного тока и таким образом может снабжаться электрической энергией. Лазерные импульсы затем передаются по передающему волокну, в частности, световоду, на платформу. На основе реализованной с помощью передающего волокна/световода гальванической развязки, при этом не происходит никакого нежелательного влияния между лазером, соединенным с потенциалом заземления, и платформой, соединенной с высоковольтным потенциалом.

Защита от перенапряжения также может быть выполнена таким образом, что элемент растяжения размещен вне платформы, и передающее волокно соединяет элемент растяжения с платформой, в частности, с элементом сжатия. Здесь посредством передающего волокна реализуется гальваническая развязка между элементом растяжения, расположенным вне платформы, и платформой.

Защита от перенапряжения также может быть реализована таким образом, что между элементом сжатия и искровым промежутком размещена оптика для фокусировки сжатых лазерных импульсов. С помощью этой оптики, лазерные импульсы/лазерное излучение могут/может фокусироваться на искровой промежуток, так что искровой промежуток может поджигаться еще более безопасным и надежным образом.

Защита от перенапряжения также может быть реализована таким образом, что элемент сжатия жестко (т.е. в частности, неподвижно) связан с искровым промежутком. Эта жесткая связь между элементом сжатия и искровым промежутком имеет то преимущество, что даже в суровом режиме повседневной эксплуатации (при котором, например, могут происходить вибрации или сотрясения) лазерное излучение/лазерные импульсы всегда надежно вводится/вводятся в искровой промежуток. Посредством жесткой связи между элементом сжатия и искровым промежутком дополнительно гарантируется, что лазерное излучение всегда под тем же углом входит в пространство между электродами искрового промежутка или попадает на электроды. Такая жесткая или неподвижная связь между элементом сжатия и искровым промежутком может также упоминаться как “квази-монолитная” связь.

Защита от перенапряжения также может быть реализована таким образом, что искровой промежуток является частью цепи поджига для поджига основного искрового промежутка. Таким образом, предпочтительно с помощью лазера может сначала поджигаться искровой промежуток меньшей мощности, после чего этот искровой промежуток затем используется для поджига основного искрового промежутка большей мощности.

Кроме того, раскрыт способ поджига искрового промежутка (который содержит противолежащие электроды) с помощью лазера, причем в способе лазерные импульсы, генерируемые лазером, растягиваются во времени, растянутые во времени лазерные импульсы передаются посредством оптического передающего волокна, в частности, посредством оптического световода, после передачи растянутые во времени лазерные импульсы сжимаются во времени, и сжатые во времени лазерные импульсы вводятся в искровой промежуток.

Этот способ может быть выполнен таким образом, что растянутые во времени лазерные импульсы передаются посредством оптического передающего волокна к электрически изолированно установленной платформе, которая находится на высоковольтном потенциале (и которая предусмотрена для размещения по меньшей мере одного электрического компонента, который должен защищаться от перенапряжения).

Способ также может быть выполнен таким образом, что искровой промежуток и элемент сжатия размещены на платформе, а лазер соединен с потенциалом заземления.

Эти варианты способа имеют такие же преимущества, что и приведенные выше при описании защиты от перенапряжения.

В дальнейшем изобретение поясняется более подробно на примерных вариантах осуществления. С этой целью на чертежах представлено следующее:

Фиг. 1 - защита от перенапряжения в соответствии с предшествующим уровнем техники,

Фиг. 2 – пример выполнения соответствующей изобретению защиты от перенапряжения и способа,

Фиг. 3 – приведенный для примера лазерный импульс,

Фиг. 4 - приведенный для примера расширенный лазерный импульс и

Фиг. 5 – приведенный для примера расширенный и снова сжатый лазерный импульс.

На фиг. 1 представлена известная из выложенной заявки DE 10 2004 002 582 A1 защита 1 от перенапряжения. Эта защита 1 от перенапряжения имеет основной искровой промежуток 2 с двумя основными электродами 3. Защита 1 от перенапряжения выполнена на электрически изолированно установленной платформе 4, которая через изоляторы в форме колонны (не показаны на чертеже) опирается на окружение, находящееся на потенциале заземления. Нижний основной электрод 3 электрически соединен с потенциалом платформы 4, например, с высоковольтным потенциалом платформы 4. Верхний основной электрод 3 находится на другом электрическом потенциале, например, на высоковольтном потенциале высоковольтной трехфазной сети. Между основными электродами 3 может быть приложено напряжение величиной порядка, например, нескольких сотен кВ, например 160 кВ.

Параллельно с основным искровым промежутком 2 включены те электрические или электронные компоненты, которые должны быть защищены с помощью основного искрового промежутка 2 от перенапряжения. Эти компоненты могут быть, например, конденсаторами. (Эти защищаемые компоненты не показаны на чертежах)

Для поджига основного искрового промежутка 2 предусмотрена цепь 5 поджига с поджигающим электродом 6, причем цепь 5 поджига имеет емкостный делитель напряжения, содержащий первый конденсатор 7 и второй конденсатор 8 (конденсатор 8 поджига). Второй конденсатор 8 может шунтироваться с помощью параллельной ветви. В параллельной ветви расположен искровой промежуток 9 (инициирующий искровой промежуток 9) и включенное последовательно с ним омическое сопротивление 10. Для поджига инициирующего искрового промежутка 9, предусмотрен волоконный лазер 17, лазерные импульсы которого с помощью световода 15 передаются к инициирующему искровому промежутку 9.

На потенциале заземления находятся устройство 13 защиты и лазер 14 накачки. Лазер 14 накачки используется для накачки волоконного лазера 17. Защитный прибор 13 (прибор техники защиты) соединен с не показанными на чертеже измерительными датчиками/сенсорами, такими как, например, измерители напряжения, так что измеренные значения напряжения, падающего на контролируемом компоненте, могут подаваться на защитный прибор 13, и перенапряжения могут обнаруживаться защитным прибором 13.

Лазерные импульсы волоконного лазера 17 называются поджигающим светом. Лазерные импульсы подаются по световоду 15 к инициирующему искровому промежутку 9. Эти лазерные импульсы настолько интенсивным, что генерируется оптический пробой в инициирующем искровом промежутке 9, и, таким образом, инициирующий искровой промежуток 9 поджигается. Чтобы избежать повреждений световода из-за этих интенсивных и высокоэнергетических лазерных импульсов, световод 15 должен быть выполнен соответственно прочным и рассчитанным на высокую энергию, ввиду чего световод 15 является дорогостоящим.

На фиг. 2 показан пример выполнения защиты 200 от перенапряжения согласно изобретению. Эта защита 200 от перенапряжения имеет, в соответствии с фиг. 1, основной искровой промежуток 2, верхний и нижний основной электрод 3, платформу 4 (высоковольтную платформу 4), цепь 5 поджига, поджигающий электрод 6, первый конденсатор 7, второй конденсатор 8, искровой промежуток 9 (инициирующий искровой промежуток 9), омическое сопротивление 10 и защитный прибор 13. Кроме того, защита 200 от перенапряжения включает в себя лазер 210, который, включая (не показанный) источник накачки, находится на потенциале 260 заземления. Лазер 210 в данном примере выполнения является импульсным лазером, в частности, фемтосекундным лазером (который является лазером, излучающим лазерные импульсы, длительность которых находится в фемтосекундном диапазоне). Лазер 210 соединен с потенциалом 260 заземления и расположен вне платформы 4. Источник накачки лазера 210 может быть выполнен в виде обычного источника накачки, который генерирует свет накачки, например, посредством лазерных диодов.

В отличие от защиты от перенапряжения согласно фиг. 1, лазерные импульсы, генерируемые лазером 210, растягиваются во времени с помощью оптического элемента 218 растяжения. С этой целью выход 222 лазера 210 оптически соединен с входом 226 элемента 218 растяжения. Выход 230 элемента 218 растяжения соединен с одним концом оптического передающего волокна 15’. Второй конец оптического передающего волокна 15’ соединен с входом 234 оптического элемента 238 сжатия. С помощью этого элемента 238 сжатия растянутые во времени лазерные импульсы сжимаются во времени, так что лазерные импульсы (в идеальном случае) приобретают свою первоначальную форму. Выход 242 элемента 238 сжатия соединен с искровым промежутком 9, в частности, выход 242 элемента 238 сжатия оптически связан с искровым промежутком 9. Элемент 238 сжатия размещен непосредственно у искрового промежутка 9, так что выходящие из элемента 238 сжатия сжатые лазерные импульсы непосредственно достигают искрового промежутка 9.

Элемент 238 сжатия связан с искровым промежутком 9. Предпочтительно, элемент 238 сжатия жестко (т.е. неподвижно) связан с искровым промежутком 9, так что лазерное излучение всегда при одинаковых условиях (под тем же углом падения и т.п.) падает в искровой промежуток. Элемент 238 сжатия может даже рассматриваться как часть искрового промежутка 9. Жесткое (квазимонолитное) закрепление элемента 238 сжатия у искрового промежутка 9 обеспечивает максимально широкую свободу от воздействия внешних возмущений (например, вибраций) на местоположение лазерного фокуса в искровом промежутке.

Искровой промежуток 9 является закрытым искровым промежутком, который находится в корпусе. Искровой промежуток 9 имеет первый электрод 246 и второй электрод 248; электроды 246 и 248 противоположны друг другу. Между первым электродом 246 и вторым электродом 248 может зажигаться электрическая дуга. Элемент 238 сжатия жестко соединен с корпусом искрового промежутка 9. При этом оптический выход 242 элемента 238 сжатия ориентирован в направлении первого электрода 246 и/или в направлении второго электрода 248; оптический выход 242 элемента 238 сжатия может также быть ориентирован в направлении промежуточного пространства между электродами 246 и 248 искрового промежутка 9. Таким образом, лазерное излучение, испускаемое из элемента 238 сжатия (сжатые лазерные импульсы), достигает электродов 246 и/или 248 или поступает в промежуточное пространство между электродами 246 и 248.

Лазер 210 и элемент 218 растяжения размещены пространственно удаленно от платформы 4, элемента 238 сжатия и искрового зазора 9. Пространственное удаление перекрывается посредством передающего волокна 15’. Передающее волокно 15’ в данном примере выполнения представляет собой световод 15’. При этом особенно предпочтительно, что световод 15’ не должен передавать сверхкороткие лазерные импульсы лазера 210, которые имеют большую плотность энергии. Вместо этого, предпочтительным образом по световоду 15’ к платформе передаются только растянутые по времени лазерные импульсы, которые имеют относительно меньшую плотность энергии. Таким образом, оптический волновод 15’ энергетически нагружается относительно меньше, так что здесь может использоваться более экономичный световод. Световод 15’ как таковой не содержит лазерно-активной среды, он свободен от лазерно-активных сред. Также по этому здесь может использоваться более экономичный световод.

При передаче растянутых лазерных импульсов к платформе 4 согласно фиг. 2, следовательно, локальная интенсивность лазерных импульсов в световоде 15’ значительно уменьшается по сравнению с локальной интенсивностью в световоде 15 при передаче лазерного излучения согласно фиг. 1. За счет этого может применяться более экономичный световод, и/или на основе сниженного износа может увеличиваться срок службы волокон световода. Независимый от световода 15’ лазер 210 и выполнение элемента 238 сжатия в качестве отдельного компонента на конце световода 15’ также обеспечивает возможность лучшей юстировки и технического обслуживания и облегчает замену или ремонт элемента сжатия или лазера.

Выполнение с частичной избыточностью компонентов защиты от перенапряжения может быть легко реализовано. Например, по соображениям безопасности два избыточных световода 15’ могли бы быть проложены от элемента 218 растяжения к платформе 4, причем на платформе 4 имеется только один элемента 238 сжатия. Опционально, световод 15’ может контролироваться на наличие прерываний (например, с помощью дополнительного лазера другой длины волны). Этот контроль осуществляется особенно просто, так как световод 15’ свободен от лазерно-активных сред.

Опционально, у элемента 238 сжатия может быть предусмотрена оптика 252 (которая содержит, например, одну или более фокусирующих линз) для фокусировки лазерного импульса/лазерного излучения, так что это лазерное излучение может еще более точно вводиться в искровой промежуток 9. Но также можно отказаться от оптики. Также опционально может использоваться известная как таковая так называемая самофокусировка лазера.

Установленная электрически изолированно платформа 4, которая находится на электрическом высоковольтном потенциале 256, служит для размещения искрового промежутка 9, а также элемента 238 сжатия. Кроме того, на этой платформе 4 размещены электрический или электронный компонент или компоненты, которые должны быть защищены от перенапряжения с помощью вышеупомянутой защиты от перенапряжения. За счет того, что лазер 210 находится на потенциале 260 заземления, не требуется реализовывать (сложное и дорогостоящее) электрическое энергоснабжение лазера 210 на высоковольтном потенциале 256 платформы 4. Это также приводит к значительным преимуществам по стоимости.

Защита 200 от перенапряжения или способ поджига искрового промежутка 9 функционирует следующим образом: После того, как защитный прибор 13 обнаруживает перенапряжение на защищаемом компоненте, он выдает сигнал на лазер 210, после чего лазер 210 генерирует короткие лазерные импульсы с высокой плотностью энергии. Такой короткий лазерный импульс схематично представлен на фиг. 3. Эти лазерные импульсы передаются на элемент 218 растяжения и растягиваются в нем во времени. На выходе 230 элемента 218 растяжения растянутые во времени лазерные импульсы имеют тогда форму, которая схематично представлена на фиг. 4. Эти растянутые лазерные импульсы затем вводятся в световод 15’ и передаются к платформе 4. Растянутые лазерные импульсы затем поступают на элемент 238 сжатия. Элемент 238 сжатия сжимает лазерные импульсы во времени, так что лазерные импульсы на выходе 242 элемента сжатия имеют форму, которая схематично представлена на фиг. 5. В идеальном случае, лазерные импульсы на выходе 242 элемента 238 сжатия снова имеют ту же форму, что и на входе 226 элемента 218 растяжения. Затем лазерные импульсы опционально могут быть сфокусированы с помощью оптики 252. Затем лазерные импульсы подаются в искровой промежуток 9. На основе этих лазерных импульсов/лазерного излучения 255 поджигается искровой промежуток 9, то есть между первым электродом 246 и вторым электродом 248 искрового промежутка начинает гореть электрическая дуга.

Посредством этого поджига искрового промежутка 9 (т.е. посредством горящей электрической дуги), второй конденсатор 8 цепи 5 поджига шунтируется. Тем самым поджигающий электрод 6 приводится почти на электрический потенциал платформы 4. Так как расстояние между поджигающим электродом 6 и верхним основным электродом 3 меньше, чем расстояние между обоими основными электродами 3, электрическая дуга начинает гореть между верхним основным электродом 3 и поджигающим электродом 6. На основе этой электрической дуги, первый конденсатор 7 шунтируется, в результате чего второй конденсатор 8 может заряжать снова. После того, как второй конденсатор 8 приобретает достаточно высокое напряжение на конденсаторе, начинает гореть электрическая дуга между поджигающим электродом 6 и нижним основным электродом 3, так что теперь искровой промежуток 2 полностью поджигается. За счет этого защищаемый элемент, включенный параллельно основному искровому промежутку 2 (не показанный на фиг. 2), защищается от перенапряжения.

Лазерный импульс, генерируемый с помощью лазера 210, таким образом, растягивается во времени перед вводом в передающее волокно 15’. Тем самым максимально возникающая локальная плотность энергии лазерного импульса уменьшается в передающем волокне 15’, так что повреждения передающего волокна можно избежать.

Одним известным как таковой способом временного растяжения лазерного импульса является так называемое “чирпирование” (линейная частотная модуляция): короткий лазерный импульс состоит из широкого спектра цветов. При “чирпировании” используется различное время распространения для отдельных цветов при прохождении через различные среды. При прохождении короткого лазерного импульса через определенные сетчатые структуры или призменные конструкции или с помощью специального многослойного зеркала (“чирп-зеркала”) возникает так называемый “негативно-чирпированный” импульс, в котором длинноволновые (красные) частотные компоненты следуют за коротковолновыми (синими) частотными компонентами. Такой “негативно-чирпированный” импульс растянут во времени, см. фиг. 4. Такие сетчатые структуры или призменные конструкции или многослойные зеркала являются также примерами для элемента 218 растяжения. На фиг. 2 элемент 218 растяжения показан в виде призменного устройства.

При прохождении лазерного импульса через дисперсионную среду (например, через кварц) возникает так называемый “позитивно-чирпированный” импульс, в котором коротковолновые (синие) частотные компоненты следуют за длинноволновыми (красными) частотными компонентами. Такой “позитивно-чирпированный” импульс сжат во времени, см. фиг. 5. Тонкий кварцевый блок является примером для элемента 238 сжатия.

Если короткий лазерный импульс 310 лазера 210 последовательно сначала “негативно чирпируют”, а затем “позитивно чирпируют”, то в идеальном случае в результате возникает снова первоначальный лазерный импульс 210, т.е. импульс без линейной частотной модуляции. Очередность элемента растяжения (расширителя) и элемента сжатия (компрессора) можно поменять местами.

В качестве элемента 238 сжатия, таким образом, простой оптический компонент, который, например, содержит тонкий кварцевый блок, может располагаться на конце оптического передающего волокна. Опционально, на кварцевом блоке может размещаться фокусирующая линза. Для больших длительностей импульсов могут, например, применяться акустооптические дисперсионные фильтры в качестве элемента сжатия и/или элемента растяжения.

На фиг. 3 представлено схематичное изображение примерного лазерного импульса 310 на выходе 222 лазера 210. При этом показана интенсивность I (то есть энергия на единицу времени и площади) в зависимости от времени t.

На фиг. 4 показано примерное представление растянутого во времени лазерного импульса 410, как он возникает на выходе 230 элемента 218 растяжения. Ясно видно временное растяжение лазерного импульса 410. Это временное растяжение лазерного импульса 410 приводит тому, что максимальная интенсивность I заметно уменьшена по сравнению с нерастянутым лазерным импульсом 310 на фиг. 3.

На фиг. 5 показано представление примерного сжатого во времени лазерного импульса 255, как он возникает на выходе 242 элемента 238 сжатия. Можно явно видеть временное сжатие лазерного импульса 255 по сравнению с лазерным импульсом 410, показанным на фиг. 4. Это временное сжатие лазерного импульса 255 приводит к тому, что максимальная интенсивность I снова увеличивается по сравнению с растянутым лазерным импульсом 410 согласно фиг. 4. Этот сжатый во времени лазерный импульс 255 соответствует в данном примере выполнения вновь первоначальному лазерному импульсу 310.

В другом (не показанном на чертежах) примере выполнения с помощью лазера 210 можно также непосредственно поджигать основной искровой промежуток 2. Так как в основном искровом промежутке 2 возникают более высокие значения энергии, чем в искровом промежутке 9 (в частности, протекают большие токи, и возникают более высокие температуры), в этом случае элемент 238 сжатия необходимо соответствующим образом защищать от воздействия высоких температур.

В частности, с помощью описанной защиты от перенапряжения могут защищаться устройства/компоненты (такие как конденсаторы или разрядники), которые расположены параллельно основному искровому промежутку 2. Например, в системах последовательной компенсации для высоковольтных сетей переменного тока, подобная защита от перенапряжения с искровыми промежутками может использоваться для защиты конденсаторных батарей и/или батарей разрядников. Система последовательной компенсации и искровые промежутки находятся при этом на высоковольтной платформе 4, изолированной от потенциала заземления. Диспетчерская с электронной системой контроля (например, с защитными приборами) находится при этом не на платформе 4, а на земле 258, то есть на потенциале 260 заземления. Лазер 210 также расположен на земле 258, то есть на потенциале 260 заземления.

При описываемой защите от перенапряжения, лазерный импульс перед вводом в передающее волокно 15’ контролируемым образом растягивается во времени с помощью элемента 218 растяжения. Таким образом, максимальная локальная плотность энергии, возникающая из-за лазерного импульса, уменьшается в световоде 15’, вследствие чего предотвращается необратимое повреждение световода, или срок службы световода 15’ увеличивается. После прохождения растянутого лазерного импульса через передающее волокно 15’ (здесь через световод), лазерный импульс в элементе 238 сжатия снова сжимается во времени. Тем самым локальная плотность энергии, возникающая за счет этого сжатого во времени лазерного импульса, снова достаточна, чтобы поджечь искровой промежуток 9. Элемент 238 сжатия и опциональная расположенная на нем оптика 252 могут быть реализованы на конце передающего волокна в форме концевого элемента, который жестко (то есть, в частности, неподвижно) расположен у искрового промежутка 9.

Локальная интенсивность или локальная плотность энергии лазерного импульса в световоде/передающем волокне 15’ существенно уменьшается при передаче растянутых лазерных импульсов 410 по сравнению с передачей нерастянутых лазерных импульсов 310, то есть по сравнению с передачей исходных лазерных импульсов 310 лазера 210.

Выше были описаны защита от перенапряжения с искровым промежутком и способ поджига искрового промежутка, с помощью которых экономичным образом может поджигаться искровой промежуток и, тем самым, реализовываться защита от перенапряжения компонента.

1. Защита от перенапряжения, содержащая искровой промежуток (9), лазер (210) для поджига искрового промежутка и оптическое передающее волокно, отличающаяся тем, что

- лазер (210) соединен с входом (226) оптического элемента (218) растяжения, который служит для временного растяжения лазерных импульсов (310), генерируемых лазером,

- выход (230) элемента (218) растяжения соединен с одним концом оптического передающего волокна (15’), в частности с одним концом световода (15’),

- второй конец передающего волокна (15’) соединен с входом (234) оптического элемента (238) сжатия, который служит для временного сжатия лазерных импульсов (410), и

- выход (242) элемента (238) сжатия соединен с искровым промежутком (9).

2. Защита от перенапряжения по п. 1, отличающаяся тем, что

- выход (242) элемента (238) сжатия ориентирован в направлении по меньшей мере одного электрода (246, 248) искрового промежутка (9) или в направлении промежуточного пространства между двумя электродами (246, 248) искрового промежутка (9).

3. Защита от перенапряжения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- лазер (210) представляет собой импульсный лазер, в частности фемтосекундный лазер.

4. Защита от перенапряжения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- передающее волокно (15’) свободно от лазерно-активных сред.

5. Защита от перенапряжения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- искровой промежуток (9) и элемент (238) сжатия размещены на электрически изолированно установленной платформе (4), которая находится на высоковольтном потенциале (256), и

- лазер (210) соединен с потенциалом (260) заземления.

6. Защита от перенапряжения по п. 5, отличающаяся тем, что

- элемент (218) растяжения размещен вне платформы (4) и

- передающее волокно (15’) соединяет элемент (218) растяжения с платформой (4), в частности с элементом (238) сжатия.

7. Защита от перенапряжения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- между элементом (238) сжатия и искровым промежутком (9) размещена оптика (252) для фокусировки сжатых лазерных импульсов (255).

8. Защита от перенапряжения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- элемент (238) сжатия жестко связан с искровым промежутком (9).

9. Защита от перенапряжения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- искровой промежуток (9) является частью цепи (5) поджига для поджига основного искрового промежутка (2).

10. Способ поджига искрового промежутка (9) защиты от перенапряжения с помощью лазера (210), причем в способе

- лазерные импульсы (310), генерируемые лазером (210), растягивают во времени,

- растянутые во времени лазерные импульсы (410) передают с помощью оптического передающего волокна (15’), в частности с помощью световода (15'),

- после передачи растянутые во времени лазерные импульсы (410) сжимают во времени и

- сжатые во времени лазерные импульсы (255) вводят в искровой промежуток (9).

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что

- растянутые во времени лазерные импульсы (410) с помощью оптического передающего волокна (15’) передают к электрически изолированно установленной платформе (4), которая находится на высоковольтном потенциале (256).

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что

- искровой промежуток (9) и элемент (238) сжатия размещены на платформе (4) и

- лазер (210) соединен с потенциалом (260) заземления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к искровому промежутку с емкостным накопителем энергии. Искровой промежуток (14, 15) запитывается через множество кольцеобразно расположенных конденсаторов (19), причем они электрически соединены через выполненные кольцеобразно (21, 26) и конически (22) или воронкообразно (27) проводники с анодом (11) и катодом (12).

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве электрических включателей в составе пусковых механизмов, предназначенных для включения скважинных устройств.

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к газоразрядным приборам с холодным, ненакаливаемым катодом, за рубежом называемым " псевдоискровыми" коммутаторами (pseudospark switch) и может быть использовано в различных импульсных устройствах.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, предназначено для работы в схемах формирования высоковольтных импульсов с крутым (наносекундным) фронтом и может быть использовано в различных областях экспериментальной физики и техники.

Изобретение относится к высоковольт ной импульсной технике. .

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. .

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. .

Изобретение относится к электрическим устройствам для защиты от перенапряжений, например грозовых, принцип действия которых основан на электрическом разряде. Представлен разрядник, содержащий корпус (1), выводы (3), расположенные частично внутри и частично снаружи корпуса, электроды (5), расположенные в корпусе и электрически соединенные с выводами, диэлектрический элемент (6) с отверстием, размещенный между электродами, причем по меньшей мере один из электродов снабжен отверстием, закрываемым клапаном (7).

Изобретение относится к электрическим устройствам для защиты от перенапряжений, например, грозовых, принцип действия которых основан на электрическом разряде. Представлен разрядник с разрядной камерой, состоящей из электродов (3,4), между которыми размещен диэлектрический элемент (2) с отверстием (8), причем, по меньшей мере, один из электродов снабжен отверстием, у которого размещен клапан (7), выполненный с возможностью выпускания продуктов разряда из разрядной камеры.

Изобретение относится к электротехнике и сильноточной электронике, представляет собой вакуумный искровой разрядник и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем.

Изобретение относится к электротехнике и сильноточной электронике, в частности к средствам коммутации, представляет собой вакуумный разрядник, управляемый сфокусированным оптическим излучением, и может использоваться для коммутации сильноточных высоковольтных электрических систем.

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано при создании коммутирующих устройств, предназначенных для защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к высоковольтным сильноточным коммутаторам с наносекундными временами нарастания тока и запаздывания срабатывания. Управляемый вакуумный разрядник содержит установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с клеммами источника напряжения, и поджигающий лазер.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности защитных разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве электрических включателей в составе пусковых механизмов, предназначенных для включения скважинных устройств.

Изобретение относится к защите от перенапряжения с искровым промежутком и с лазером для поджига искрового промежутка. Лазер соединен с входом оптического элемента растяжения, который служит для временного растяжения лазерных импульсов, генерируемых лазером. Выход элемента растяжения соединен с одним концом оптического передающего волокна, в частности c одним концом световода. Второй конец передающего волокна соединен с входом оптического элемента сжатия, который служит для временного сжатия лазерных импульсов, и выход элемента сжатия соединен с искровым промежутком. Технический результат - повышение надежности работы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх