DE1024595B - Arc-proof insulating body - Google Patents
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- DE1024595B DE1024595B DEK16300A DEK0016300A DE1024595B DE 1024595 B DE1024595 B DE 1024595B DE K16300 A DEK16300 A DE K16300A DE K0016300 A DEK0016300 A DE K0016300A DE 1024595 B DE1024595 B DE 1024595B
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- Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
Description
DEUTSCHESGERMAN
In elektrischen Schaltgeräten wird bei Kurzschlußabschaltungen bekanntlich eine beträchtliche Energie frei, die sogenannte Schaltarbeit, welche die den Abschaltlichtbogen umgebenden Teile des Schaltgerätes durch Überhitzung und Abbrand gefährdet. Um dieser Gefahr zu begegnen, ist vorgeschlagen worden, den Abschaltlichtbogen mit Hilfe eines magnetischen Blasfeldes den gefährdeten Teilen entlang zu bewegen, so daß seine Wärmeabgabe auf eine verhältnismäßig große Oberfläche verteilt wird. Ferner sind Schaltanordnungen bekanntgeworden, bei denen der Lichtbogen durch Magnetfelder gezwungen wird, in einem Stapel von quer zum Lichtbogen stehenden Metallplatten zu kreisen. Die Metallplatten spalten den Lichtbogen in eine Reihe von Teillichtbögen auf, die durch die Metallplatten axial gekühlt und entionisiert werden. Bei einer Reihe von Schaltgeräten ist jedoch die Anordnung von magnetischen Blasfeldern oder von Plattenstapeln zur Vergrößerung der an der Kühlung des Lichtbogens teilnehmenden Oberfläche aus Platz- oder aus Preisgründen nicht möglich. In solchen Fällen ist auf die Ausbildung von Isolierkörpern, die in unmittelbarer Nähe von bei Schaltvorgängen auftretenden Lichtbögen angeordnet werden bzw. angeordnet werden müssen, besondere Sorgfalt zu legen. Man wird in solchen Fällen vor allem versuchen, die Schaltarbeit klein zu halten. Darüber hinaus kann es aber notwendig sein, geeignete Mittel für die rasche Ableitung der aus dem Schaltlichtbogen anfallenden Wärme vorzusehen, um zu vermeiden, daß der Isolierkörper allmählich zerstört wird. In vielen Fällen ist die Kurzschlußsicherheit einer Schalteinrichtung wesentlich von der Wirksamkeit wärmeableitender Mittel abhängig.It is well known that a considerable amount of energy is released in electrical switching devices in the event of short-circuit disconnections, the so-called switching work, which is performed by the parts of the switching device surrounding the switching-off arc Overheating and burn-off endangered. To counter this risk, it has been proposed to use the cut-off arc to move the endangered parts along with the help of a magnetic blown field, so that its Heat emission is distributed over a relatively large surface. Furthermore, switching arrangements have become known, in which the arc is forced by magnetic fields, in a stack from across the arc standing metal plates to circle. The metal plates split the arc into a series of partial arcs which are axially cooled and deionized by the metal plates. With a number of switching devices however, the arrangement of magnetic blown fields or stacks of plates to increase the on The surface participating in the cooling of the arc is not possible for reasons of space or price. In such Cases is based on the formation of insulating bodies that occur in the immediate vicinity of switching operations Arcs are arranged or have to be arranged, special care must be taken. You will in such cases try to keep the switching work small. Beyond that, however, it may be necessary be to provide suitable means for the rapid dissipation of the heat generated from the switching arc in order to avoid that the insulator is gradually destroyed. In many cases, the short-circuit safety of a switching device depends largely on the effectiveness of heat dissipating agents.
Naturgemäß haben Isolierkörper, die vollständig aus Isoliermaterial bestehen, eine kleine 'Wärmeleitfähigkeit. Sie werden daher bei einem kurzzeitigen Abschaltvorgang nur in einer dünnen Oberflächenschicht erwärmt (Eindringtiefe einige Tausendstel-, max. einige Zentelmillimeter). Die Energie, die von einer derart dünnen Schicht aufgenommen werden kann, bevor die Oberfläche den Schmelzpunkt erreicht, ist deshalb in den meisten Fällen zu klein, so daß der Isolierkörper an der beanspruchten Oberfläche schmilzt und verdampft. Dies geht aus nachstehenden überschlägigen Betrachtungen über die Erwärmung eines Isolierkörpers durch einen Abschaltlichtbogen hervor.Naturally, insulating bodies that consist entirely of insulating material have a low thermal conductivity. In the event of a brief shutdown process, they are therefore only heated in a thin surface layer (penetration depth a few thousandths of a millimeter, max. a few centimeters). The energy from such a thin layer can be absorbed before the surface reaches the melting point is therefore in most cases too small, so that the insulating body melts and evaporates on the stressed surface. This is evident from the following rough considerations about the heating of an insulating body by a cut-off arc emerged.
Die vom Lichtbogen an die Oberfläche des Isolierkörpers abgegebene Leistung pro Flächeneinheit (cm2) sei P. Bei kurzzeitiger Erwärmung, wie dies bei Abschaltvorgängen der Fall ist, kann in guter Näherung angenommen werden, daß der Temperaturgradient im IsolierkörperThe power delivered by the arc to the surface of the insulating body per unit area (cm 2 ) is P. In the case of brief heating, as is the case with shutdown processes, it can be assumed to a good approximation that the temperature gradient in the insulating body
-j— = -,- ist, wobei χ den Abstand von der Oberfläche-j— = -, - , where χ is the distance from the surface
d χ λd χ λ
und λ die Wärmeleitfähigkeit des Isolierkörpers bedeutet. Die Temperatur fällt somit im Isolierkörper von der Lichtbogenfester Isolierkörperand λ means the thermal conductivity of the insulating body. The temperature thus falls in the insulator from the arc-proof insulator
J Anmelder: J Applicant:
FKG Fritz Kesselring Gerätebau A. G.,
Bactitobel, Weinfelden (Schweiz)FKG Fritz Kesselring Gerätebau AG,
Bactitobel, Weinfelden (Switzerland)
Vertreter: Dipl.-Ing. R. Barckhaus, Patentanwalt,
Erlangen, Eichenweg 10Representative: Dipl.-Ing. R. Barckhaus, patent attorney,
Erlangen, Eichenweg 10
Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 19. August 1952Claimed priority:
Switzerland from August 19, 1952
Dr. Erwin Wettstein und Rudolf Kläui, Zürich (Schweiz), sind als Erfinder genannt wordenDr. Erwin Wettstein and Rudolf Kläui, Zurich (Switzerland), have been named as inventors
Temperatur #0 der beanspruchten Oberfläche linear ab und erreicht die Umgebungstemperatur in einem Ab-Temperature # 0 of the stressed surface decreases linearly and reaches the ambient temperature in an ab-
stand xa = —-=£- (Eindringtiefe). Wenn die Temperatur &0 an der Oberfläche die Schmelztemperatur -&s des Isolierkörpers erreicht hat, ist in der erwärmten Schicht folgende Energie gespeichert:stand x a = - - = £ - (depth of penetration). When the temperature & 0 on the surface has reached the melting temperature - & s of the insulating body, the following energy is stored in the heated layer:
W = c Xn. W = c X n .
2P2P
wobei c die spezifische Wärme des Isolierkörpers pro Volumeinheit bedeutet. Der Faktor kennzeichnetwhere c is the specific heat of the insulating body per unit volume. The factor indicates
somit die Abbrandfestigkeit des Isolierkörpers.thus the erosion resistance of the insulator.
Die gespeicherte Energie ist anderseits gleich der vom Lichtbogen in der entsprechenden Zeit Δ t abgegebenen EnergieOn the other hand, the stored energy is equal to the energy released by the arc in the corresponding time Δ t
W = At-P (2) W = At-P (2)
Der Vergleich der beiden Formeln (1) und (2) zeigt, daß mit zunehmender Abbrandfestigkeit eine höhere Lichtbogenleistung oder eine größere Lichtbogendauer zulässig ist, ohne daß der Schmelzpunkt des Isolierkörpers überschritten wird.The comparison of the two formulas (1) and (2) shows that the higher the erosion resistance, the higher the arc power or a longer arc duration is permissible without exceeding the melting point of the insulating body will.
Bei gewissen Schalteinrichtungen ist es ein unbedingtes Erfordernis, daß jeglicher Abbrand vermieden wird, d. h. daß die Temperatur des Isolierkörpers unterhalb der Schmelztemperatur gehalten wird. Dies trifft z. B. zu für Schalteinrichtungen, bei denen ein vom zu schaltenden Strom durchflossener flüssiger Leiter vorhanden ist, derIn certain switchgear it is an absolute requirement that any burn-up be avoided, i. H. that the temperature of the insulating body is kept below the melting temperature. This applies e.g. B. to for Switching devices in which there is a liquid conductor through which the current to be switched flows, the
709 880/513709 880/513
beim Überschreiten eines durch dessen Art und Anordnung gegebenen Ansprechstromes verdampft, wodurch eine Unterbrechung des durch diesen Leiter fließenden Stromes herbeigeführt wird. Derartige Schalteinrichtungen enthalten einen mit dem flüssigen Leiter angefüllten Schaltkanal, in welchem bei einer Abschaltung ein Lichtbogen entsteht. Man kann zeigen, daß praktisch die ganze Lichtbogenwärme schon während des Abschaltvorganges von der Oberfläche des den flüssigen Leiter umgebenden Isolierkörpers aufgenommen werden muß.when crossing a due to its type and arrangement given response current evaporates, whereby an interruption of the flowing through this conductor Stromes is brought about. Such switching devices contain a filled with the liquid conductor Switching channel in which an arc occurs when the system is switched off. You can show that practically the entire arc heat from the surface of the liquid conductor during the shutdown process surrounding insulating body must be added.
Seit langem ist versucht worden, den festen Schmelzleiter der Schmelzsicherungen durch einen flüssigen Leiter, insbesondere aus Quecksilber, zu ersetzen, der sich nach einer Abschaltung einfacher regenerieren lassen sollte. Trotz vielen Vorschlägen haben sich solche Schutzvorrichtungen mit Quecksilberleitern bis heute nicht eingeführt. Offenbar sind Schwierigkeiten aufgetreten, die vermutlich vor allem mit der geforderten Kurzschlußsicherheit zusammenhängen.For a long time, attempts have been made to replace the solid fusible link of the fuses with a liquid conductor, especially made of mercury, which should be easier to regenerate after a shutdown. Despite many proposals, such protective devices with mercury conductors have not yet been introduced. Obviously difficulties have arisen, presumably mainly with the required short-circuit protection related.
Wie schwierig die Forderung der Kurzschlußsicherheit zu erfüllen ist, wird durch einen Vergleich mit den Verhältnissen bei den Schmelzsicherungen deutlich. Während bei einer Schmelzsicherung mit dem Nennwert 500 V, 25 A dank der Sandfüllung eine kühlende Oberfläche von 15... 35 cm2 zur Verfügung steht, die zudem noch schmelzen darf, beträgt die Kanaloberfläche bei entsprechenden Schutzvorrichtungen mit Quecksilberleitern nur etwa 0,10.. .0,15 cm2 pro cm Kanallänge und darf den Schmelzpunkt nicht erreichen.How difficult it is to meet the short-circuit safety requirement becomes clear when comparing the situation with the fuses. While a fuse with a nominal value of 500 V, 25 A, thanks to the sand filling, has a cooling surface of 15 ... 35 cm 2 , which can also melt, the channel surface is only around 0.10 with appropriate protective devices with mercury conductors. .0.15 cm 2 per cm of canal length and must not reach the melting point.
An einem größenordnungsmäßig richtigen Beispiel soll gezeigt werden, daß undurchsichtige Kanalwände aus Isoliermaterial der Abfuhr der anfallenden Lichtbogenwärme nicht gewachsen sind. Der Schaltkanal habe einen Durchmesser von 0,4 mm. Seine Oberfläche beträgt demnach pro cm Länge 0,125 cm2. Bei einer Kurzschlußabschaltung habe der Lichtbogen eine mittlere Leistung von 10 kW pro cm Kanallänge, entsprechend P = 80 kW pro cm2 Kanaloberfläche. Die Lichtbogendauer betrage At = 3 ms. Pro cm2 Kanaloberfläche müßte der Isolierkörper die Energie P-Ai = 240 Ws/cm2 aufnehmen. Falls der Isolierkörper z. B. aus Steatit besteht, der eine Wärmeleitfähigkeit λ = 0,023 W/cm ° C, eine spezifische Wärme c = 2,2 Ws/cm3 ° C und eine Schmelztemperatur $s = 1600 °C aufweist, kann derselbe jedoch bis zum Erreichen des Schmelzpunktes an der Kanaloberfläche nach Formel (1) nur eine Energie W = 0,815 Ws/cm2 aufnehmen. Die Eindringtiefe beträgt 5 μ.. Man erkennt, daß die tatsächliche Wärmeaufnahme des Isolierkörpers viel zu gering ist. Selbst bei Verwendung von Korund, das unter den Isoliermaterialien wohl die höchste Abbrandfestigkeit aufweist, kann die Wärmeaufnahme nur um etwa einen Faktor 10 gesteigert werden, ist also im vorliegenden Beispiel immer noch um mehr als einen Faktor 10 zu klein.Using an example that is correct in terms of magnitude, it should be shown that opaque channel walls made of insulating material are unable to carry away the heat generated by the arc. The switching channel has a diameter of 0.4 mm. Its surface is therefore 0.125 cm 2 per cm of length. In the event of a short-circuit shutdown, the arc has an average power of 10 kW per cm of duct length, corresponding to P = 80 kW per cm 2 of duct surface. The arc duration is At = 3 ms. The insulating body would have to absorb the energy P-Ai = 240 Ws / cm 2 per cm 2 of duct surface. If the insulating body z. B. consists of steatite, which has a thermal conductivity λ = 0.023 W / cm ° C, a specific heat c = 2.2 Ws / cm 3 ° C and a melting temperature $ s = 1600 ° C, but the same can be achieved until the Melting point on the channel surface according to formula (1) only absorb an energy W = 0.815 Ws / cm 2. The penetration depth is 5 μ .. It can be seen that the actual heat absorption of the insulating body is far too low. Even with the use of corundum, which of the insulating materials probably has the highest erosion resistance, the heat absorption can only be increased by a factor of 10, so in the present example it is still more than a factor of 10 too small.
Bei höheren Leistungen ist es zweckmäßig, den Lichtbogen in an sich bekannter Weise magnetisch oder pneumatisch entlang der beanspruchten Oberfläche zu ίο bewegen.At higher powers, it is useful to magnetically or the arc in a manner known per se to move pneumatically along the stressed surface.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines lichtbogenfesten Isolierkörpers, der die Lösung des genannten Problems im Hinblick auf seine Verwendung bei einer Schalteinrichtung der beschriebenen Art sowie für Schalteinrichtungen, bei denen ähnliche Schwierigkeiten auftreten, ermöglicht. Der erfindungsgemäße Isolierkörper zeichnet sich dadurch aus, daß er zwecks rascher Ableitung der Lichtbogenwärme von der gefährdeten Oberfläche weg ins Innere des Isolierkörpers als Verbundkörper aus in Richtung der elektrischen Spannungsbeanspruchung aufeinandergeschichteten, gegeneinander elektrisch isolierten Platten aus einem Material mit gegenüber dem zwischen den Platten befindlichen Isoliermaterial höherer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet ist. Die Platten höherer Wärmeleitfähigkeit schützen die vom Lichtbogen beanspruchte Oberfläche gegen Zerstörung durch Hitze, indem sie die durch den Lichtbogen erzeugte Wärme mindestens teilweise senkrecht zu der beanspruchten Oberfläche ins Innere des Isolierkörpers ableiten. Unter elektrischer Spannungsbeanspruchung ist sowohl der Spannungsgradient eines längs der Oberfläche des Isolierkörpers auftretenden Schaltlichtbogens als auch eine beispielsweise nach der Lichtbogenlöschung am Isolierkörper herrschende wiederkehrende Spannung zu verstehen.The present invention now aims to provide an arc-resistant insulating body which is the solution of the mentioned problem with regard to its use in a switching device of the type described as well for switching devices in which similar difficulties arise. The inventive Insulating body is characterized in that it for the purpose of rapid dissipation of the arc heat from the endangered Surface away into the interior of the insulating body as a composite body in the direction of the electrical voltage stress stacked, mutually electrically insulated plates made of one material is formed with a higher thermal conductivity than the insulating material located between the plates. The plates of higher thermal conductivity protect the surface stressed by the arc against destruction by heat, by making the heat generated by the arc at least partially perpendicular to the dissipate the stressed surface into the interior of the insulating body. Under electrical stress is both the voltage gradient of a switching arc occurring along the surface of the insulating body as well as a recurring voltage on the insulating body after the arc has been extinguished, for example to understand.
Um eine wirksame Wärmeableitung zu gewährleisten, soll die Wärmeleitfähigkeit der zur Wärmeableitung dienenden Platten mindestens zehnmal so groß sein wie diejenige des Isoliermaterials. Vorteilhaft wird hierzu ein Material verwendet, dessen Wärmeleitfähigkeit mindestens 0,5 W/cm 0C beträgt. Außerdem ist die Auswahl unter den gut wärmeleitenden Materialien durch eine gewisse untere Grenze der früher definierten Abbrandfestigkeit beschränkt. In der nachstehenden Tabelle sind einige Materialien mit den maßgebenden Kennwerten angegeben, die sich als günstig für den vorliegenden Zweck erwiesen haben. Zum Vergleich sind auch die Isoliermaterialien Steatit und Korund aufgeführt.In order to ensure effective heat dissipation, the thermal conductivity of the plates used for heat dissipation should be at least ten times that of the insulating material. A material whose thermal conductivity is at least 0.5 W / cm 0 C is advantageously used for this purpose. In addition, the choice of materials with good thermal conductivity is restricted by a certain lower limit for the erosion resistance defined earlier. In the table below, some materials with the relevant characteristic values are given, which have proven to be favorable for the present purpose. The insulating materials steatite and corundum are also listed for comparison.
fähigkeit
λ
W/cm 0CThermal conductivity
capability
λ
W / cm 0 C
Wärme
C
Ws/cm·1 0CSpecific
warmth
C.
Ws / cm × 1 0 C
>%
0CMelting point
>%
0 C
festigkeit
λ c &,* λ
(kW)2 · s/cm4 Burn-off
strength
λ c &, * λ
(kW) 2 · s / cm 4
Korund
Nickel
Reineisen
Platin
Kupfer
Molybdän
Kohle
Wolfram
Verbundmetall Wo/Cu .steatite
corundum
nickel
Pure iron
platinum
copper
molybdenum
money
tungsten
Composite metal Wo / Cu.
0,065
0,59
0,65
0,70
3,93
1,45
<1,45
1,60
1,530.023
0.065
0.59
0.65
0.70
3.93
1.45
<1.45
1.60
1.53
4,2
3,9
3,6
2,86
3,45
2,72
2
2,72
3,02.2
4.2
3.9
3.6
2.86
3.45
2.72
2
2.72
3.0
2 050
1452
1528
1770
1083
2 600
3 900
3 380
3 380 .'1 0801600
2 050
1452
1528
1770
1083
2,600
3,900
3 380
3,380,1,080
0,57
2,42
2,73
3,15
7,95
13,3
<22
25
25,7/2,650.065
0.57
2.42
2.73
3.15
7.95
13.3
<22
25th
25.7 / 2.65
Wie aus der Tabelle entnommen werden kann, weisen Abbrandfestigkeit auf. Daneben eignen sich aber auchAs can be seen from the table, they have charring resistance. In addition, however, are also suitable
die Materialien Wolfram, Kohle, Molybdän und ein aus die Metalle Kupfer, Platin, Eisen, insbesondere technischthe materials tungsten, carbon, molybdenum and one of the metals copper, platinum, iron, especially technical
einem mit Kupfer getränkten Wolframskelett aufgebautes reines Eisen und Nickel als wärmeleitende Materialiena copper-soaked tungsten skeleton built up pure iron and nickel as heat-conducting materials
Sintermaterial (Verbundmetall) eine besonders hohe 70 recht gut, wobei dem Eisen schon aus wirtschaftlichenSintered material (composite metal) a particularly high 70 quite well, with the iron already from economic
5 65 6
Gründen in gewissen Fällen der Vorzug gegeben werden versehen. Dieser Belag kann aus einem Metalloxyd,Reasons are given preference in certain cases. This covering can be made of a metal oxide,
dürfte. Alle diese Materialien weisen eine Abbrand- z. B. Aluminiumoxyd, bestehen. Die Platten 1 könnenshould. All of these materials have a burn-off z. B. aluminum oxide exist. The plates 1 can
festigkeit von über 1 (kW)2 s/cm4 auf, welcher Wert als aber auch phosphatiert, emailliert, anodisch oxydiertstrength of over 1 (kW) 2 s / cm 4 , which value as well as phosphated, enamelled, anodically oxidized
untere Grenze für praktisch brauchbare Lösungen ange- oder lackiert sein,lower limit for practically usable solutions to be painted on or varnished,
nommen werden kann. 5 Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, z. B. auscan be taken. 5 Under certain circumstances it may be useful, e.g. B. off
Die Verwendung des Isolierkörpers in einer Quecksilber- preislichen Gründen, die zur Wärmeableitung dienendenThe use of the insulator in a mercury price reasons that serve to dissipate heat
dampfatmosphäre, z. B. in einer Quecksilberschaltröhre, Teile nur an der beanspruchten Oberfläche mit einemsteam atmosphere, e.g. B. in a mercury interrupter, parts only on the stressed surface with a
bedingt neben der erforderlichen Abbrandfestigkeit auch Material zu versehen, dessen Abbrandfestigkeit den hierconditionally, in addition to the required erosion resistance, material must also be provided whose erosion resistance matches the one here
eine hohe Ouecksilberdampffestigkeit. Das zum Aufbau gestellten Anforderungen genügt. Diese Maßnahme hata high mercury vapor resistance. The requirements set for the structure are sufficient. This measure has
des Isolierkörpers verwendete Material zur Wärme- io daneben den technischen Vorteil, daß an der beanspruch-of the insulating body used material for warmth io besides the technical advantage that at the stressed
ableitung soll insbesondere bei der an der Oberfläche ten Oberfläche ein Material mit sehr hohem SchmelzpunktDerivation should be a material with a very high melting point, especially in the case of the surface on the surface
des Isolierkörpers infolge eines Lichtbogens herrschenden und im übrigen ein Material mit sehr hoher Wärmeleit-of the insulating body as a result of an arc prevailing and otherwise a material with a very high thermal conductivity
Temperatur keine Verbindung mit dem Quecksilber fähigkeit verwendet werden kann, so daß die Abbrand-Temperature no connection with the mercury capacity can be used, so that the burn-up
eingehen, welche die Wärmeableitung wesentlich ver- festigkeit dieser zusammengesetzten Teile noch höhereenter, which the heat dissipation significantly strengthen these composite parts even higher
schlechtert. Von den in der Tabelle aufgeführten Materi- 15 Werte erreicht, als dies bei einheitlichen Materialienworsens. Of the materials listed in the table, 15 values were achieved than with uniform materials
alien genügen nun Molybdän, Nickel und Reineisen auch möglich ist. Als Materialien mit hohem SchmelzpunktMolybdenum, nickel and pure iron are now sufficient. As materials with a high melting point
dieser weiteren Anforderung hinreichend. kommen auch Isolierstoffe in Frage.this further requirement is sufficient. insulating materials can also be used.
Hinsichtlich des konstruktiven Aufbaues des Isolier- Die Fig. 3 und 4 zeigen derartig aufgebaute Isolierkörpers sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche körper. Die wärmeableitenden Platten 5, welche im Lösungen möglich. 20 Beispiel nach Fig. 3 wiederum durch Isolierplatten 2With regard to the structural design of the insulating FIGS. 3 and 4 show insulating bodies constructed in this way are numerous bodies within the scope of the invention. The heat dissipating plates 5, which in Solutions possible. 20 example according to FIG. 3 again by insulating plates 2
An Hand der Zeichnung werden nachstehend einige voneinander getrennt sind, bestehen in diesem FallWith reference to the drawing, some are separated from each other below, exist in this case
Ausführungsformen sowie ein Anwendungsbeispiel des vorzugsweise aus Kupfer und sind an der OberflächeEmbodiments and an application example of the preferably made of copper and are on the surface
Erfindungsgegenstandes beschrieben. In der Zeichnung z. B. mit Wolfram oder einem andern hochschmelzendenSubject of the invention described. In the drawing z. B. with tungsten or another high melting point
zeigen die Material belegt. Die Dicke des Belages 6 ist so gewählt,show the material occupied. The thickness of the covering 6 is chosen so
Fig. 1 bis 5 einige Ausführungsformen geschichteter 25 daß bei Erreichen des Schmelzpunktes an der beanspruch-Fig. 1 to 5 some embodiments of layered 25 that when the melting point is reached at the claimed
Isolierkörper, ten Oberfläche der Kupferteil seinen eigenen Schmelz-Insulating body, th surface of the copper part has its own melting
Fig. 6 eine Schutzvorrichtung mit flüssigem Leiter als punkt noch nicht erreicht. Praktisch kommt eine StärkeFig. 6 has not yet reached a protective device with a liquid conductor as a point. Practically comes a strength
Abschaltorgan, bei der ein geschichteter Isolierkörper das des Belages von einigen Zehntelmillimetern bis zu maximalShutdown device with a layered insulating body that extends the covering from a few tenths of a millimeter to a maximum
Kanalmaterial bildet. einigen Millimetern in Frage. Im Falle der Fig. 4 werdenForms channel material. a few millimeters in question. In the case of FIG
In sämtlichen Figuren ist der Isolierkörper in einem 30 die wärmeableitenden Platten 5 zunächst mit einemIn all of the figures, the insulating body is initially in a 30, the heat-dissipating plates 5 with a
Querschnitt in Richtung der elektrischen Spannungs- isolierenden Belag 4 versehen; anschließend wird derCross-section provided in the direction of the electrical voltage-insulating coating 4; then the
beanspruchung, die durch einen Doppelpfeil angedeutet Belag 6 aus dem hochschmelzenden Material aufgebracht,stress, which is indicated by a double arrow covering 6 applied from the high-melting material,
ist, dargestellt. Damit wird erreicht, daß die Isolationsschicht gegenüberis presented, layed out. This ensures that the insulation layer is opposite
Der Isolierkörper nach Fig. 1 ist aus einer Anzahl der beanspruchten Oberfläche zurückgesetzt ist und
Platten 1, die in Richtung der Spannungsbeanspruchung 35 weniger hohe Temperaturen aushalten muß.
durch Platten 2 aus Isoliermaterial voneinander getrennt In der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Isoliersind,
aufgebaut. Die Platten 1 bestehen aus einem Material körper als Hohlkörper ausgebildet, in dessen Bohrung 9
mit gegenüber dem Isoliermaterial höherer Wärmeleit- der Lichtbogen auftritt. Die wärmeableitenden Platten 7
fähigkeit. Als Isoliermaterial können Platten aus Glimmer, bestehen z.B. aus Kupfer und stehen an der nicht
Quarz, Spezialgläsern, Keramik oder Oxydkeramik *o beanspruchten Oberfläche, d. h. auf der Außenseite, über
verwendet werden. Die aus einem entlang der Oberfläche die Isolierplatten 2 vor und wirken als Kühlfahnen,
des Isolierkörpers auftretenden Lichtbogen 3 (punktiert Der in der Bohrung 9 fließende Strom hat die Tendenz,
angedeutet) anfallende Wärme wird durch die Platten 1 in die elektrisch leitenden Platten 7 einzudringen. Der
mindestens teilweise senkrecht zu der beanspruchten Längswiderstand der Anordnung würde dadurch herab-Oberfläche
abgeleitet. Durch geeignete Wahl des Materials 45 gesetzt. In bestimmten Fällen ist es zweckmäßig, dieser
für die Platten 1 (s. obenstehende Tabelle) kann erreicht Tendenz entgegenzuwirken, indem das Deckmaterial in
werden, daß auf Grund dieser wirksamen Wärme- Form von eingepreßten Ringen 8 so ausgebildet wird,
ableitung die Temperatur an der beanspruchten Ober- daß sich Grundmaterial und Deckmaterial nur in einer
fläche des Isolierkörpers unterhalb der Schmelztempera- senkrecht zur Spannungsbeanspruchung verlaufenden
türen der Plattenmaterialien bleibt. Zur Erhöhung der 50 Linie (Kreislinie längs des Umfanges) berühren. In
Kühlwirkung und Schonung der Isolierplatten 2 ist anderen Fällen können Hohlniete, z. B. aus Nickel, in
vorgesehen, daß die zur Wärmeableitung dienenden die Platten 7 eingenietet werden.The insulating body according to FIG. 1 is set back from a number of the stressed surface and plates 1, which in the direction of the stress 35 must withstand less high temperatures.
separated from one another by plates 2 of insulating material. In the embodiment of Figure 5, the insulating material is constructed. The plates 1 consist of a material body designed as a hollow body, in the bore 9 of which the arc occurs with a higher thermal conductivity than the insulating material. The heat dissipating plates 7 ability. Plates made of mica can be used as insulating material, for example made of copper and are placed on the surface that is not subject to quartz, special glasses, ceramics or oxide ceramics, ie on the outside. The heat generated from a along the surface of the insulating plates 2 and act as cooling flags of the insulating body 3 (dotted The current flowing in the bore 9 tends to be indicated) will penetrate through the plates 1 into the electrically conductive plates 7. The at least partially perpendicular to the claimed longitudinal resistance of the arrangement would thereby be derived down-surface. Set by a suitable choice of material 45. In certain cases it is advisable to counteract this tendency for the plates 1 (see table above) by using the cover material that, due to this effective heat form, is formed by pressed-in rings 8 in such a way as to derive the temperature at the claimed that the base material and the cover material only remain in one area of the insulating body below the melting temperature - the doors of the plate materials that run perpendicular to the stress. Touch to increase the 50 line (circular line along the circumference). In other cases, hollow rivets such. B. made of nickel, in that the plates 7 serving for heat dissipation are riveted.
Platten 1 an der beanspruchten Oberfläche über das Fig. 6 zeigt eine beispielsweise Anwendung des Isolierisoliermaterial vorstehen. Um zu vermeiden, daß der körpers nach der Erfindung in einer Schutzvorrichtung Lichtbogen, statt über die ganze Oberfläche zu brennen, 55 (z. B. Leitungs- oder Motorschutzschalter) mit Quecksich in von Platte zu Platte (die naturgemäß auch gute silberleiter (vgl. deutsches Patent 944024). Diese elektrische Leiter sind) brennende kurze Lichtbogen auf- Schutzvorrichtung hat äußerlich etwa die Form einer teilt, ist die Dicke d der Platten 1 so zu wählen, daß gewöhnlichen Schmelzsicherungspatrone und enthält in nachstehende Bedingung erfüllt ist: einem keramischen Isolierkörper 12 zwei zum Teil mitPlates 1 on the stressed surface over which FIG. 6 shows an example of an application of the insulating material protruding. In order to avoid that the body according to the invention arcs in a protective device instead of burning over the entire surface, 55 (e.g. line or motor protection switch) with mercury in from plate to plate (which naturally also has good silver conductors (cf. German patent 944024) .These electrical conductors are) burning short arcs on the outside of the protective device has roughly the shape of a part, the thickness d of the plates 1 is to be chosen so that an ordinary fuse cartridge and contains the following condition is met: a ceramic insulating body 12 two partly with
60 Quecksilber gefüllte Kammern 13 und 14. Die Kammer 14 wird teilweise gebildet durch die Eisenelektrode 15, von60 mercury-filled chambers 13 and 14. Chamber 14 is partially formed by the iron electrode 15, of
E ■ d < TJa + Uk (3) der durch eine isolierende Abschlußwand 16 der Kontaktstift 17 herausgeführt ist. Die beiden Kammern 13 und 14 sind durch einen Kanal 18 miteinander verbunden. E ■ d < TJa + U k (3) which is led out through an insulating end wall 16 of the contact pin 17. The two chambers 13 and 14 are connected to one another by a channel 18.
Darin bedeutet E den Spannungsgradienten im Licht- 65 Er wird gebildet durch eine Bohrung im Isolierkörper 19, E means the voltage gradient in the light- 65 It is formed by a hole in the insulating body 19,
bogen, Ua den Anoden- und Uk den Kathodenfall. der beispielsweise nach Fig. 3 aufgebaut ist. Den Abschlußbogen, U a the anode and U k the cathode. which is constructed according to FIG. 3, for example. The end
Beispielsweise ist bei Ua + Uk = 16,5 Vund£ = 165 V/cm der Kammer 13 bildet eine federnde Membran 20 mitFor example, at U a + U k = 16.5 V and £ = 165 V / cm, the chamber 13 also forms a resilient membrane 20
eine maximale Dicke d = 1 mm zulässig. stabilen Endlagen, welche zusammen mit der Anschluß-a maximum thickness d = 1 mm is permissible. stable end positions, which together with the connection
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die fahne 21 auf der einen Teil der Kammer 13 bildendenIn the embodiment according to FIG. 2, the lugs 21 are on the part of the chamber 13 forming
Platten 1 mit einem elektrisch isolierenden Belag 4 70 Eisenelektrode 22 befestigt ist. Gegenüber der Kanal-Plates 1 with an electrically insulating covering 4 70 iron electrode 22 is attached. Opposite the canal
eintrittsöffnung in der Kammer 13 ist an der Membran 20 ein Druckknopf 23 aus Isoliermaterial angeordnet, welcher in dem zylindrischen Isolierstück 24 geführt ist. Der vom Quecksilber nicht ausgefüllte Raum der Kammern 13 und 14 enthält ein Gas, welches mit Quecksilber keine Verbindungen eingeht und gute lichtbogenlöschende Eigenschaften aufweist, z. B. Wasserstoff.The inlet opening in the chamber 13 is on the membrane 20 a push button 23 made of insulating material is arranged, which is guided in the cylindrical insulating piece 24. The space of the chambers 13 and 14 not filled by the mercury contains a gas which is mixed with mercury does not form compounds and has good arc-extinguishing properties, e.g. B. hydrogen.
Für eine Schutzvorrichtung mit einem Nennstrom von 10 A und einer Nennspannung von 500 V wird man einen Kanal mit einer Länge von etwa 30 mm und einem Durchmesser von etwa 0,3 mm verwenden. Die wärmeleitenden Platten haben eine Dicke von etwa 0,3 mm und einen Abstand von etwa 0,1 mm.For a protection device with a nominal current of 10 A and a nominal voltage of 500 V, one will use a channel about 30 mm long and about 0.3 mm in diameter. The thermally conductive Plates are about 0.3 mm thick and spaced about 0.1 mm apart.
Man erkennt, daß die Schaltarbeit vor allem im Schaltkanal 18 anfällt. Am schwierigsten sind die Verhältnisse bei einer Kurzschlußabschaltung. Die heutigen offiziellen Vorschriften schreiben einen Prüfkurzschlußstrom von 1500 A vor, der von einer Batterie großer Kapazität mit einer Gleichspannung von 550 V geliefert wird. Die Lichtbogenleistung pro cm Kanallänge beträgt ungefähr 10 kW/cm; der Lichtbogen dauert einige ms. Diese Werte von Lichtbogenleistung und -dauer sind der in der Einleitung durchgeführten Abschätzung über die Wärmeaufnahmefähigkeit verschiedener Isolierkörper zugrunde gelegt worden. Es ist aus den dortigen Ausführungen ersichtlich, daß Isoliermaterialien der thermischen Beanspruchung durch den Kurzschluß-Abschaltlichtbogen nicht gewachsen sind, daß dagegen die in der Tabelle aufgeführten Isolierkörper mit der höchsten Abbrandfestigkeit der Beanspruchung genügen.It can be seen that the switching work occurs primarily in switching channel 18. The hardest are those Conditions in the event of a short-circuit shutdown. Today's official regulations write a test short circuit current of 1500 A, that of a large capacity battery with a DC voltage of 550 V. is delivered. The arc power per cm of channel length is approximately 10 kW / cm; the arc lasts some ms. These values of arc power and duration are the estimate made in the introduction based on the heat absorption capacity of various insulating bodies. It's from the ones there It can be seen that insulating materials withstand the thermal stress caused by the short-circuit disconnection arc have not grown that, on the other hand, the insulators listed in the table with the meet the highest burn resistance of the load.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Isolierkörpers ist keineswegs auf das an Hand von Fig. 6 beschriebene Beispiel beschränkt, vielmehr können solche Isolierkörper überall dort verwendet werden, wo eine große thermische Beanspruchung durch einen Abschaltlichtbogen auftritt, beispielsweise in Ouecksilberschaltröhren, automatischen Schaltern, periodischen Unterbrechern, insbesondere Quecksilberunterbrechern, sowie allgemein in Schalteinrichtungen mit gedrängter Bauweise, insbesondere Schalteinrichtungen mit flüssigen Leitern.The application of the insulating body according to the invention is in no way related to that described with reference to FIG. 6 Limited example, such insulating bodies can be used wherever there is a large thermal Stress caused by a cut-off arc occurs, for example in mercury interrupter tubes, automatic Switches, periodic interrupters, in particular mercury interrupters, and generally in switching devices with compact design, in particular switching devices with liquid conductors.
Claims (21)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH1024595X | 1952-08-19 |
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