DE4012385A1

DE4012385A1 - Current-controlled circuit interrupter

Info

Publication number: DE4012385A1
Application number: DE19904012385
Authority: DE
Inventors: Herbert Prof Dr Ing Hoeft; Gerd Dipl Ing Swaton
Original assignee: KARL MARX STADT TECH HOCHSCHUL; Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: KARL MARX STADT TECH HOCHSCHUL; Technische Universitaet Chemnitz
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1991-03-28
Also published as: DD282778A5

Abstract

Two electrodes with current connections are sepd. through an insulator with a penetrating opening. In the opening of the insulator there is a fluid conductor, and a supply container is present for the fluid conductor.

Description

Die Erfindung betrifft eine stromgesteuerte Abschaltvorrichtung zum Schutz elektronischer Leistungsbauelemente insbesondere Dioden, Transistoren, Thyristoren sowie elektrotechnischer Anlagen und Geräte, beispielsweise EC-Anlagen, Gleichrichter anlagen, Motore sowie Transformatoren gegen Überströme. Sie ist überall dort anwendbar, wo derartige Bauelemente zum Ein satz kommen, wie z. B. in der Stark- und Schwachstromtechnik.The invention relates to a current-controlled shutdown device to protect electronic power components in particular Diodes, transistors, thyristors and electrotechnical Plants and devices, for example EC systems, rectifiers systems, motors and transformers against overcurrents. they can be used wherever such components are used set come, such as B. in high and low current technology.

In der Elektrotechnik und Leistungselektronik ist es erforder lich, Geräte, Anlagen, Bauelemente vor Überlastung, speziell vor Überströmen zu schützen. Dies geschieht vorwiegend durch Spezialsicherungen, die auf Schmelzbasis arbeiten oder durch Schutz- bzw. Leistungsschalter. Der Hauptnachteil der Schmelz sicherungen besteht darin, daß sie nicht wieder verwendbar sind. (L. Fessat, Von der Verwendung der Schmelzsicherungen zum Schutz der Einkristall-Halbleiter gegen Überströme, Lyon 3^e) Schutz- bzw. Leistungsschalter werden entsprechend der spezi ellen Anforderungen konstruiert. Um ihre Wirkung aufrecht zu erhalten, müssen Lichtbogenlöschvorrichtungen und Edelmetall kontaktwerkstoffe eingesetzt werden. Die Lebensdauer dieser Schalter wird begrenzt durch die Kontakterosion und das Kon takthaften. Um diese Nachteile zu verringern, ist ein hoher konstruktiver und werkstofftechnischer Aufwand nötig, was sich in einem hohen Kostenaufwand niederschlägt. (Burkhard, G., Schaltgeräte der Elektrotechnik, VEB Verlag Technik, Berlin 1985).In electrical engineering and power electronics, it is necessary to protect devices, systems, components from overload, especially from overcurrents. This is done primarily by means of special fuses that work on a fuse basis or by circuit breakers or circuit breakers. The main disadvantage of fuses is that they are not reusable. (L. Fessat, On the use of fuses to protect single-crystal semiconductors against overcurrents, Lyon 3 ^e ) Circuit breakers and circuit breakers are designed in accordance with the specific requirements. In order to maintain their effectiveness, arc extinguishing devices and precious metal contact materials must be used. The lifespan of these switches is limited by contact erosion and contact. In order to reduce these disadvantages, a high level of construction and material technology is required, which is reflected in a high cost. (Burkhard, G., switchgear for electrical engineering, VEB Verlag Technik, Berlin 1985).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschaltvor richtung zu schaffen, die die Erosion und das Kontakthaften an den bekannten Kontakten verhindert und kurze Abschaltzeiten aufweist.The invention has for its object a switch-off to create the direction of erosion and contact the known contacts prevented and short switch-off times having.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem zwei Elektro den mit Stromanschlüssen durch einen Isolator mit einer durch gehenden Öffnung voneinander getrennt sind, in der Öffnung des Isolators sich ein flüssiger Leiter befindet und ein Vorratsbehälter für den flüssigen Leiter vorhanden ist. Bei Überstrom wird der flüssige Leiter infolge der Kontaktkraft zusammengezogen, so daß der Strom selbst den flüssigen Leiter abschnürt und trennt. Durch die in der Öffnung des Isolators entstehende Strommenge ist eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden realisiert, die beim zu schaltenden Strom unterbro chen wird. Der Isolator kann aus Kunststoff, Glas oder Keramik bestehen.According to the invention the object is achieved by two electrical the one with power connections through an isolator with one through opening are separated from each other in the opening the insulator is a liquid conductor and a Storage container for the liquid conductor is available. At The liquid conductor becomes overcurrent due to the contact force contracted so that the current itself the liquid conductor pinches off and separates. Through the insulator in the opening resulting amount of electricity is a conductive connection between the Electrodes realized, which interrupt the current to be switched will. The insulator can be made of plastic, glass or ceramic consist.

Es ist auch möglich, den Oberflächenspiegel des flüssigen Leiters beim Abschalten zu senken und dann wieder zu heben. Mögliche Überschläge sind vermeidbar, wenn sich die Ab schaltvorrichtung im Vakuum, unter Schutzgas oder in einer isolierenden Flüssigkeit befindet.It is also possible to check the surface level of the liquid Lower the ladder when it is switched off and then raise it again. Possible rollovers can be avoided if the Ab switching device in vacuum, under protective gas or in a insulating liquid.

Um den Pincheffekt voll ausnutzen zu können, gilt es für die Höhe des Spiegels des flüssigen Leiters in der Öffnung eine Füllung der Öffnung des Isolators unter Berücksichtigung der Kapillarwirkung zu garantieren. Für die Ausnutzung des Pinch effekts müssen die Länge dieser Öffnung zwischen 0,5 mm und 100 mm und der Durchmesser dieser Öffnung zwischen 0,02 mm und 10 mm betragen. Diese Angaben sind abhängig von dem zu schal tenden Strom.To take full advantage of the pinch effect, it applies to the Height of the level of the liquid conductor in the opening one Filling the opening of the insulator taking into account the Guarantee capillary action. For the exploitation of the pinch The length of this opening must be between 0.5 mm and 100 mm and the diameter of this opening between 0.02 mm and 10 mm. This information depends on the formwork current.

Der flüssige Leiter, der sich in der Öffnung des Isolators befindet, ist Quecksilber, Gallium oder Cäsium und bildet in dieser Öffnung eine Strommenge, die aufgrund des Pincheffekts bei entsprechenden Strömen unterbrochen wird und den Ab schaltvorgang bewirkt.The liquid conductor that is in the opening of the insulator is mercury, gallium or cesium and forms in this opening an amount of electricity due to the pinch effect is interrupted at appropriate currents and the Ab switching process causes.

Die Elektroden, zwischen denen sich der Isolator befindet, sind aus Kupfer, Messing oder Aluminium und besitzen zweckmäßiger weise Kühlkörper. Ihre Form ist zylinder- oder plattenför mig, wobei wichtig ist, daß eine genügend große Wärmeablei tung erfolgt, um die Eigenerwärmung zu verringern. Es ist möglich, mehrere Abschaltvorrichtungen in Reihe, paral lel oder als Matrix anzuordnen oder in einer Abschaltvorrich tung verschieden geformte Öffnungen zu realisieren.The electrodes between which the insulator is located are made of copper, brass or aluminum and more convenient wise heatsink. Their shape is cylindrical or plate-shaped mig, it is important that a sufficiently large heat dissipation tion to reduce self-heating. It is possible to connect several shutdown devices in series, in parallel lel or to be arranged as a matrix or in a shutdown device to realize differently shaped openings.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer aus, da keine Kontakterosion sowie kein Kontakthaf ten auftritt. Außerdem besitzt sie einen einfachen Aufbau, geringe Abmessungen, ist mit geringem Aufwand herstellbar und beliebig oft wiederverwendbar, da kein mechanischer Verschleiß auftritt.The solution according to the invention is characterized by a high Lifetime out, since no contact erosion and no contact ten occurs. It also has a simple structure small dimensions, can be produced with little effort and reusable as often as required, as there is no mechanical wear occurs.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigtThe invention is based on two exemplary embodiments are explained in more detail. In the drawings shows

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Abschaltvorrichtung mit zylindrischen Elektroden; Figure 1 is a sectional view of a shutdown device with cylindrical electrodes.

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Abschaltvorrichtung mit plattenförmigen Elektroden; Figure 2 is a sectional view of a shutdown device with plate-shaped electrodes.

Fig. 3 die Zeit in Abhängigkeit vom Strom bei verschiedenen Durchmessern der Öffnung des Isolators; FIG. 3 shows the time function of the current at different diameters of the opening of the insulator;

Fig. 4 die Zeit in Abhängigkeit vom Strom bei verschiedenen Höhen des Flüssigkeitsspiegels des flüssigen Leiters; Fig. 4, the time function of the current at different heights of the liquid level of the liquid conductor;

Fig. 5 die Zeit in Abhängigkeit vom Strom bei verschiedenen Längen der Öffnung des Isolators. Fig. 5 shows the time depending on the current at different lengths of the opening of the insulator.

In Fig. 1 ist eine Abschaltvorrichtung dargestellt, in der die Öffnung 1, welche einen Durchmesser von 0,82 mm und eine Länge von 11 mm besitzt, zylindrisch im Isolator 2 aus Kera mik realisiert ist. Dieser Isolator 2 befindet sich zwischen zwei Elektroden 3, 4 aus Kupfer, die den elektrischen Kontakt zum flüssigen Leiter 5, zu dem Quecksilber verwendet wird, in der Öffnung 1 herstellen. Der Vorratsbehälter 8 besteht aus einem oval geformten Rohr, in dem sich das Quecksilber befin det. Die Elektroden 3, 4 sind mit Kühlkörper 6, 7 versehen, die mit Anschlußbohrungen 11, 12 für den Stromkreis versehen sind. Mittels dieser Abschaltvorrichtung ist es möglich, bei einer Höhe des Quecksilberspiegels von 15 mm bezogen auf ^l/₂, wobei l die Länge der Öffnung 1 im Isolator ist, bei Schaltzeiten von 1 sec 60 A und 0,5 sec 80 A zu schalten. In den Kurven (Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5) sind die Schaltzeiten in Abhängigkeit von den einzelnen Parametern für Gleich- bzw. Wechselstrom dargestellt.In Fig. 1, a shutdown device is shown in which the opening 1 , which has a diameter of 0.82 mm and a length of 11 mm, is realized cylindrically in the insulator 2 made of ceramic. This insulator 2 is located between two electrodes 3, 4 made of copper, which make electrical contact with the liquid conductor 5 , to which mercury is used, in the opening 1 . The reservoir 8 consists of an oval-shaped tube in which the mercury is located. The electrodes 3, 4 are provided with heat sinks 6, 7 , which are provided with connection bores 11, 12 for the circuit. By means of this switch-off device, it is possible to switch at a height of the mercury level of 15 mm in relation to ^l / ₂ , where l is the length of the opening 1 in the insulator, with switching times of 1 sec. 60 A and 0.5 sec. 80 A. In the curves (Fig. 3, Fig. 4 and Fig. 5) are shown, the switching times as a function of the individual parameters for DC or AC.

Im zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) bestehen die Elektroden 3, 4 aus 3 mm starken Kupferplatten, zwischen denen sich der Isolator 2 mit der Öffnung 1 und den Verbindungen 9, 10 zum Vorratsbehälter 8 befinden. Die Anschlußbohrungen 11, 12 dienen der Stromzuführung. Bei dieser Anordnung ergeben sich annähernd die gleichen Kurvenverläufe wie im 1. Ausführungs beispiel. In the second exemplary embodiment ( FIG. 2), the electrodes 3, 4 consist of 3 mm thick copper plates, between which the insulator 2 with the opening 1 and the connections 9, 10 to the storage container 8 are located. The connection bores 11, 12 are used for power supply. With this arrangement there are approximately the same curves as in the 1st embodiment example.

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1 Öffnung
2 Isolator
3 Elektrode
4 Elektrode
5 flüssiger Leiter
6 Kühlkörper
7 Kühlkörper
8 Vorratsbehälter
9 Verbindung
10 Verbindung
11 Anschlußbohrung
12 Anschlußbohrung 1 opening
2 isolator
3 electrode
4 electrode
5 liquid conductors
6 heat sinks
7 heat sink
8 storage containers
9 connection
10 connection
11 connection hole
12 connection hole

Claims

1. Current-controlled shutdown device for overcurrents of direct and alternating currents in the range up to 100 A, characterized in that two electrodes ( 3, 4 ) with current connections are separated from one another by an insulator ( 2 ) with a continuous opening ( 1 ) a liquid conductor ( 5 ) is located in the opening ( 1 ) of the insulator ( 2 ), and a reservoir ( 8 ) for the liquid conductor ( 5 ) is present.

2. Current-controlled shutdown device according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 3, 4 ) are cylindrical or plate-shaped.

3. Current-controlled shutdown device according to claim 1 and 2, characterized in that the electrodes ( 3, 4 ) made of copper fer, brass or aluminum and are provided with heat sinks ( 6, 7 ).

4. Current-controlled shutdown device according to claim 1, characterized in that the insulator ( 2 ) has a height or thickness between 0.5 mm and 100 mm and the opening ( 1 ) in the insulator ( 2 ) has a diameter between 0.02 mm and 10 mm.

5. Current-controlled shutdown device according to claim 1 and 4, characterized in that the insulator ( 2 ) consists of ceramic, glass or plastic.

6. Current-controlled shutdown device according to claim 1, characterized in that the liquid conductor ( 5 ) is mercury, gallium or cesium.