DE19903939A1 - Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall. Sie enthält Elektroden (1) und mehrere mit Flüssigmetall (7) teilweise aufgefüllte, hintereinander liegende Verdichterräume (4), die durch druckfeste Isolierkörper (5; 11) und durch diese gehaltene isolierende Zwischenwände (12) mit Verbindungskanälen (8) gebildet werden. Die Zwischenwände (12) bestehen aus einem Material, das unter der im Kurzschlußfall entstehenden Hitzeeinwirkung eine gasförmige Substanz in die Verbindungskanäle (8) ausscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der Druckschrift SU 922 911 A ist eine Strombegrenzungseinrichtung be­ kannt, die Elektroden aus Festmetall enthält, die durch als druckfestes Isolier­ gehäuse ausgebildete erste Isolierkörper getrennt sind. Innerhalb des Isolier­ gehäuses sind durch isolierende Zwischenwände und dazwischen angeord­ nete zweite Isolierkörper, die als ringförmige Dichtscheiben ausgeführt sind, mit Flüssigmetall teilweise aufgefüllte, hintereinander liegende Verdichter­ räume ausgebildet, die untereinander über mit Flüssigmetall ausgefüllte, außermittig angeordnete Verbindungskanäle der Zwischenwände verbunden sind. Damit besteht im Normalbetrieb über das Flüssigmetall eine durchge­ hende innere leitende Verbindung zwischen den Elektroden. Im Strombegren­ zungsfall wird infolge der hohen Stromdichte das Flüssigmetall aus den Ver­ bindungskanälen verdrängt. Damit ist die elektrische Verbindung der Elektro­ den über das Flüssigmetall unterbrochen, was zur Begrenzung des Kurz­ schlußstromes führt. Nach Abschaltung oder Beseitigung des Kurzschlusses füllen sich die Verbindungskanäle wieder mit Flüssigmetall, worauf die Strom­ begrenzungseinrichtung erneut betriebsbereit ist. In der Druckschrift DE 40 12 385 A1 wird eine Strombegrenzungseinrichtung mit nur einem Verdichterraum beschrieben und als Medium über dem Flüssigkeitsspiegel Vakuum, Schutz­ gas oder eine isolierende Flüssigkeit erwähnt. Es ist nach Druckschrift DE 26 52 506 A1 bekannt, bei Kontakteinrichtungen Gallium-Legierungen, insbeson­ dere GalnSn-Legierungen zu verwenden.

Bei Strombegrenzungseinrichtungen mit mehreren Verdichterräumen wird in­ folge der hintereinander liegenden Verbindungskanäle beim Auftreten eines Kurzschlusses durch die Anzahl der strombegrenzenden Teillichtbögen ein entsprechend hoher Spannungsabfall aufgebaut, der schließlich zur Unterbre­ chung des Kurzschlußstromes führt. Die bekannten Strombegrenzungsein­ richtungen weisen allerdings einen zu hohen Strombegrenzungsfaktor, das heißt ein zu hohes Verhältnis zwischen Durchlaßstrom und zu begrenzendem Kurzschlußstrom, auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Strombegrenzungsver­ halten einer Strombegrenzungseinrichtung, insbesondere hinsichtlich ihres Strombegrenzungsfaktors und ihrer Ansprechzeit, zu verbessern.

Ausgehend von einer Strombegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.

Durch die vorgeschlagenen Mittel werden gegenüber den bekannten Strom­ begrenzungseinrichtungen allein unter der Einwirkung eines Kurzschlußstro­ mes die Lichtbogenzündung und damit der Beginn der Strombegrenzung so­ wohl zeitlich als auch in Abhängigkeit von der Höhe des Kurzschlußstromes vorverlegt.

Durch einen äußeren Kurzschlußstrom wird der Bereich jedes Verbindungska­ nals durch die Stromengestelle sehr stark erwärmt. Unter der Hitzeeinwirkung kommt es zu einem schnellen Ausscheiden einer gasförmigen Substanz aus dem dem Verbindungskanal nahen Bereich des Materials in den Verbindungs­ kanal. Dabei bilden sich im Verbindungskanal Gasblasen, welche zur Ein­ engung des leitfähigen Querschnitts führen. Dieser Prozeß entwickelt sich la­ winenartig, da der verengte Querschnitt zu einer noch stärkeren Erwärmung führt, bis schließlich das Flüssigmetall selbst verdampft und ein elektrischer Lichtbogen gezündet wird.

Die Zwischenwände können im Ganzen aus dem die gasförmige Substanz ausscheidenden Material bestehen. Es kann allerdings auch zweckmäßig sein, lediglich den Bereich der Verbindungskanäle in diesem Material auszu­ führen, insbesondere durch eingelassene Buchsen aus diesem Material.

Das Material kann ein sublimierendes Material sein, das heißt, unter Hitzeein­ wirkung geht ein Teil des festen Materials direkt in den gasförmigen Zustand über. Als Material kann ein geeigneter Kunststoff, beispielsweise Teflon oder ein hinsichtlich seiner anderen Eigenschaften temperaturfester Duroplast, oder Hartgewebe verwendet werden.

Mit Vorteil ist als Flüssigmetall eine Gallium-Legierung zu verwenden. Insbe­ sondere GalnSn-Legierungen sind einfach zu handhaben durch ihre physiolo­ gische Unbedenklichkeit. Eine Legierung aus 660 Gewichtsanteilen Gallium, 205 Gewichtsanteilen Indium und 135 Gewichtsanteilen Zinn ist bei Normaldruck von 10°C bis 2000°C flüssig und besitzt eine ausreichende elek­ trische Leitfähigkeit.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen­ den Ausführungsbeispiel. In der zugehörigen einzigen Fig. 1 ist im Längs­ schnitt eine erfindungsgemäße Strombegrenzungseinrichtung gezeigt.

Die Strombegrenzungseinrichtung 10 enthält zu beiden Seiten je eine Elek­ trode 1 aus Festmetall, vorzugsweise Kupfer, die rotationssymmetrisch aus­ gebildet ist und in einen äußeren Anschlußleiter 2 übergeht. Zwischen den Elektroden 1 befinden sich mehrere Verdichterräume 4, die durch eine ent­ sprechende Anzahl von ringförmigen Dichtscheiben 11 sowie von isolierenden Zwischenwänden 12 gebildet werden. Durch ein Formgehäuse 5 werden die Elektroden 1, die Dichtscheiben 11 und die Zwischenwände 12 gehalten, wo­ bei bekannte Mittel zum Abdichten der Verdichterräume 4 und zum kraft­ schlüssigen Verbinden der im Formgehäuse 5 gelagerten Elemente 1, 11 und 12 vorgesehen, jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Die Mittel zum Abdichten können beispielsweise Dichtringe zwischen den Dichtscheiben 11 und den Zwischenwänden 12 bzw. Elektroden 1 sein. Die Mittel zum kraftschlüssigen Verbinden sind beispielsweise durchgehende Spannschrauben entlang der beiden Linien 3. Die beiden äußeren Verdichter­ räume 4 werden seitlich jeweils durch eine der Elektroden 1 sowie durch eine Zwischenwand 12 begrenzt. Die inneren Verdichterräume 4 werden seitlich jeweils durch zwei Zwischenwände 12 begrenzt. Das im allgemeinen mehrtei­ lige Formgehäuse 5 und die Dichtscheiben 11 sind druckfeste erste bzw. zweite Isolierkörper. Alle Verdichterräume 4 sind teilweise mit einem Flüssig­ metall 7 ausgefüllt, beispielsweise einer GalnSn-Legierung. Die Zwischen­ wände 12 sind unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 9 mit Verbindungskanälen 8 versehen. Die Verbindungskanäle 8 sind ebenfalls mit Flüssigmetall 7 gefüllt, so daß zwischen den Elektroden 1 eine durchgehende elektrisch leitende Ver­ bindung besteht. Die Verbindungskanäle 8 benachbarter Zwischenwände 12 können vorteilhaft jeweils um einen bestimmten Winkelbetrag versetzt sein, um im Strombegrenzungsfall einen durchgehenden Lichtbogen zu verhindern. Die Zwischenwände 12 bestehen aus einem formbeständigen Material, bei­ spielsweise aus Teflon. Im Kurzschlußfall sublimiert durch die entstehende Wärme ein Teil des Materials in die Verbindungskanäle 8, wodurch in sehr kurzer Zeit eine zunehmende Verengung des Strompfades und damit weitere Erhitzung und Gasausscheidung stattfindet, was schließlich zum raschen Zünden eines strombegrenzenden Lichtbogens führt.

Claims (8)

1. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall, enthal­ tend Elektroden (1) aus Festmetall zum Anschließen an einen zu schüt­ zenden Stromkreis und mehrere mit Flüssigmetall (7) teilweise aufgefüllte, zwischen den Elektroden (1) hintereinander liegende Verdichterräume (4), die durch druckfeste Isolierkörper (5; 11) und durch diese gehaltene isolie­ rende Zwischenwände (12) mit Verbindungskanälen (8) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (12) zumindest im Be­ reich der Verbindungskanäle (8) aus einem Material bestehen, das unter Hitzeeinwirkung eine gasförmige Substanz ausscheidet.

2. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenwände (12) im Bereich der Verbindungskanäle (8) Buchsen aus dem eine gasförmige Substanz ausscheidenden Material aufweisen.

3. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material ein sublimierendes Material ist.

4. Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein temperaturfester Kunst­ stoff ist.

5. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Material Teflon ist.

6. Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Material ein temperaturfester Duroplast ist.

7. Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Hartgewebe ist.

8. Strombegrenzungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigmetall (7) eine GalnSn- Legierung ist.