DE563899C - Widerstandsschalter - Google Patents

Description

Es sind Widerstände aus festem Material bekannt geworden, die bei normaler Temperatur eine geringe Leitfähigkeit besitzen und welche zur Erzielung einer größeren Leitfähigkeit erst erwärmt werden müssen. Diese Erwärmung" geschieht durch den Betriebsstrom oder durch fremde Wärmequellen und muß so lange durchgeführt werden, solange der Widerstand klein gehalten werden soll.

Es sind auch elektrische Schalter bekannt, bei welchen die Kontakte in leitender Flüssigkeit angeordnet sind, deren Widerstand während der Ausschaltbewegung durch Veränderung des Elektrodenabstandes erhöht wird.

Ferner ist es bei Flüssigkeitswiderständen bekannt, den Elektrolyten zur Abführung der Belastungswärme umzuwälzen und zu kühlen. Eine Widerstandsänderung findet jedoch dadurch nicht statt, vielmehr dient die Kühlung der Widerstandsflüssigkeit lediglich dazu, ein zu hohes Ansteigen der Flüssigkeitstemperatur durch die Stromwärme zu verhindern und so die Belastungsfähigkeit bei Dauerlast zu vergrößern.

Gemäß der Erfindung ist nun der Weg beschritten, bei einem Schalter mit leitender Schaltflüssigkeit und festen Kontakten die Widerstandssteigerung der Flüssigkeit beim Abschalten des Stromes nicht durch Bewegen der Elektroden in der Widerstandsflüssigkeit, sondern durch Kühlung des Elektrolyten vorzunehmen. Hierdurch kann eine wesentliche Steigerung des Widerstandes erreicht werden, und zwar gegebenenfalls fast bis zum Wert:

Unendlich groß. Die Widerstandssteigerung ist hierbei nicht abhängig von den Abständen der Elektroden gegeneinander, sondern selbst bei verhältnismäßig kurzen Elektrodenabständen können die hohen Widerstandswerte erreicht werden. Die Charakteristik des Wider-Standes kann je nach der verwendeten Flüssigkeit beliebig gestaltet werden. Während bei den bekannten festen Widerständen die Widerstandsabnahme durch ständige Beheizung des Widerstandes erfolgt, ist bei dem Schalter nach der Erfindung die Zuführung des Kühlmittels nur unmittelbar vor und während der Abschaltung notwendig. Der in dem Schalter befindliche Elektrolyt ist bei normaler Temperatur an sich stromleitend, und sein Leitwert wird erst durch Kühlung stark verringert. Im Gegensatz zu festen Widerständen wird bei einer Widerstandsflüssigkeit die Temperaturherabsetzung nicht nur an der Oberfläche stattfinden, sondern durch die ganze Flüssigkeit, was sich schnell durch Mischung und starke Unterteilung vollziehen läßt. Bei einem Elektrolyten kann die Widerstandszunahme durch Kühlung in kürzester Zeit und während oder vor dem Schaltvörgang erreicht und dem Widerstand die gewünschte Größe schnell gegeben werden.

Die Anordnung kann zweckmäßig auch so getroffen werden, daß gleichzeitig mit der Kühlung der Flüssigkeit auch der Elektrodenabstand vergrößert wird. Hierdurch wird auch die Abstandsänderung der Elektroden mit zur Abschaltung herangezogen.

Nun wird aber durch die \^rerwendung von Flüssigkeit noch ein besonderer entscheidender Vorteil erreicht. Wird nämlich die Flüssigkeit derart gekühlt, daß der Widerstand unendlich groß wird, so wird es möglich, die Stromunterbrechung mit verstärkter Löschwirkung im Widerstandsmaterial selbst vorzunehmen.

Während der Kühlung des Widerstandes ίο werden die Elektroden selbst stillstehen. Eine Volumenänderung der Flüssigkeit bei der Abkühlung bzw. Erwärmung kann hierbei dadurch ausgeglichen werden, daß Teile der Elektroden bzw. deren Tragwände beweglich (elastisch, federnd) sind. Der Vorteil einer solchen Anordnung ist, daß ein derartiger Elektrolytwiderstand mit Kühlung als leicht veränderliches Widerstandsglied bei beliebigen Schaltern eingebaut werden kann und sogar in Trennschalterkreisen, die nur sehr geringe Stromstärken unterbrechen können, ein Schalten auch bei Belastung ermöglicht.

Bei derartigen Anordnungen läßt sich der Betrieb auch so gestalten, daß auf eigentliche Leistungsschalter überhaupt verzichtet wird und die Leistungsschalter durch diese in weiten Grenzen leicht veränderlichen Widerstände ersetzt werden. Es wäre dann nur durch entsprechende Kupplungen dafür zu sorgen, daß die eigentliche Stromunterbrechung erst erfolgen kann, wenn der Strom auf einen bestimmten Minimalwert gesunken ist. Die Kupplung mit dem Schalter, der das Ausschalten bewirkt, kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Sie könnte entweder auf einen bestimmten Widerstandswert des im Kreise angebrachten Vorschaltwiderstandes ansprechen oder, wenn eine sichere Relation zwischen Widerstandswert und Temperatur besteht, auf eine bestimmte Temperatur der als Widerstand dienenden Flüssigkeit oder, wie schon oben angegeben, auf den Stromwert selbst.

Das Einschalten andererseits könnte wieder davon abhängig gemacht werden, daß nur eingeschaltet werden kann, wenn sich der Widerstandswert wieder verkleinert hat, d. h.

wenn der Widerstand einen so geringen Wert angenommen hat, daß nicht beim Schalten auf Kurzschluß oder Überstrom und demzufolge schnell wieder erfolgendem Ausschalten der Widerstandswert so groß ist, daß ungewollte Lichtbogenbildung eintreten kann.

Die Temperaturerniedrigung des Wider-Standes kann in verschiedener Weise erreicht werden. Gegebenenfalls wird man mit der Kühlung bis in die Nähe des Gefrierpunktes der Flüssigkeit oder auch noch darunter gehen. Durch besondere Kühlschlangen oder andere Kühlvorrichtungen lassen sich ganz wesentliche Unterschiede in den Flüssigkeits- - widerständen hervorrufen. So kann man gegebenenfalls ganz ohne Veränderung der Länge des Flüssigkeitsweges auskommen, wenn man die Elektroden in der Flüssigkeit auf bestimmte Abstände einstellt und nur durch starke Kühlung den Widerstand vergrößert. Man kann die Kühlung dadurch hervorrufen, daß die Elektroden selbst als Kühlkörper ausgebildet sind. Es würde sich dann ein allmählicher Übergang von der Normaltemperatur gegebenenfalls bis zum Gefrierpunkt ergeben, und so würde der Widerstand beliebig gesteigert werden können. Man kann aber auch, wie schon oben angegeben, so verfahren, daß man gekühlte Flüssigkeit zuführt und mittels dieser gekühlten Flüssigkeit eine bestimmte Temperatur der Flüssigkeit zwischen den Elektroden erreicht, so daß hierdurch in feiner Weise der Widerstand verändert wird. Diese zugeführte Kühlflüssigkeit kann so gewählt werden, daß sie sich mit der Widerstandsflüssigkeit mischt, diese verdünnt, verstärkt oder sonstwie verändert.

Wenn Flüssigkeiten verwendet werden, die sich mit der ursprünglichen Flüssigkeit nicht mischen, so kann man z. B. so verfahren, daß die erst vorhandene Flüssigkeit durch die neu zugeführte Flüssigkeit herausgedrückt wird. öder man kann durch besondere richtunggebende Wände erreichen, daß sich die Flüssigkeiten schichtenweise gegeneinander legen. Bei einem derartigen Verfahren muß gegebenenfalls nach jeder Schaltung das Gefäß entleert und frisch gefüllt werden.

Durch Wahl besonderer Flüssigkeiten kann man beim Kühlungsprozeß auch erreichen, daß sich die Flüssigkeit bei der Kühlung in gewissem Maße zersetzt oder in Schichten trennt, so daß auch hierdurch eine Widerstandserhöhung eintritt und die Flüssigkeit erst nach dem Erwärmen wieder ihren ursprünglichen Zustand und Widerstandswert annimmt.

Vorteilhaft läßt sich die Kühlung durch das Einströmen von Kohlensäure einleiten, die nicht nur die Temperatur herabsetzen würde, sondern auch die Flüssigkeit selbst, besonders wenn darin später geschaltet werden soll, für die Unterbrechung als Schaltflüssigkeit in besonderem Maße geeignet macht. Bei der Kühlung durch Kohlensäure kann man gleichzeitig die Kohlensäure zum Löschen eines etwa noch entstehenden Lichtbogens an zusätzlichen Trennelektroden in Luft benutzen. Dies wird besonders dann von Vorteil sein, wenn die Kohlensäure nicht in den Flüssigkeitsraum eindringt, sondern als Kältemittel durch Kühlvorrichtungen durch die Flüssigkeit hindurchströmt. Auch läßt sich die Kohlensäure als Bewegungsmittel für den Schaltvorgang verwenden. Statt

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Kohlensäure können auch ähnliche Gase oder Mischgase verwendet werden.

Wenn der Flüssigkeitswiderstand durch Kühlung erhöht wird, so muß dafür gesorgt werden, daß er beim Einschalten wieder auf Xormaltemperatur kommt, sonst würde, wenn mit Freiauslösung eingeschaltet wird, die Unterbrechung bei zu hohem Widerstand, also nicht funkenfrei erfolgen. Dieses Zurückbringen auf normale Temperatur kann ebenso wie das Kühlen in verschiedener Weise erfolgen, und zwar sowohl durch Zuführen von Hitze (heißer Gase, heißer Flüssigkeit in Hohlelektroden u. dgl.), als auch durch Misehen mit Flüssigkeit hoher Temperatur bzw. durch das Umwälzen der gekühlten Flüssigkeit in heißen Räumen oder auch durch die Stromwärme selbst.

Die durch Kühlung veränderlichen Flüssigkeitswiderstände kann man auch mit anderen Schaltern benutzen; sie sind in dem betreffenden Stromkreis so anzubringen, daß sie bei eingeschaltetem Schalter kurzgeschlossen und mit der Schalterbewegung derart verbunden sind, daß sie beim Ausschalten gekühlt werden, d. h. daß besondere Kühlvorrichtungen, Umwälzvorrichtungen u. dgl. in Tätigkeit gesetzt werden. Durch entsprechend großflächige Elektroden mit Kühlrippen u. dgl.

und durch die Wahl besonderer Flüssigkeiten kann erreicht werden, daß die Kühlung sehr schnell vor sich geht und demzufolge auch die Widerstandsveränderung genügend schnell, um ein sicheres Abklingen des Stromes zu erreichen.

Bei allen derartigen Anordnungen kann das Vorbereiten und Zuschalten der Kühlung durch Relais erfolgen, die die Kühlvorrichtung schon während des Stromfließens in Tätigkeit setzen, und zwar derart, daß von bestimmten Stromstärken ab die Kühlung immer in Tätigkeit tritt. Es können aber auch Kühlvorrichtungen angebracht Werden, die immer auf einer bestimmten niederen Temperatur gehalten werden und die durch Relais, sowie die Temperatur der Schaltflüssigkeit auf ein gewisses Maß steigt, diese auf eine gewünschte Minustemperatur kühlen.-Werden derartige Kühlvorrichtungen an Schaltern angebracht, dann kann man sie auch gleichzeitig dazu benutzen, Kontakte an Schaltern und anderen Apparaten zu kühlen, und zwar in der W^reise, daß bei Benutzung der Apparate der Kühlstrang durch Relais o. dgl. geöffnet und die entstehende Wärme dadurch abgeführt wird. Dabei kann eine Regulierung abhängig von den Belastungen stattfinden. Sämtliche Kühlstränge können mit einer Hauptkühlanlage in Verbindung stehen, in welcher zu Zeiten geringen Stromverbrauches Kühlenergie in Form unterkühlter Kühlmittel (Eis o. dgl.) aufgespeichert wird, die dann zu den Betriebszeiten beliebig verteilbar ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Abb. 1 zeigt einen W'iderstandsschalter, bei welchem die Elektroden 4 und 11 hohl ausgebildet sind, so daß durch sie Kühlflüssigkeit (Kühlmittel) durchtreten kann. Die Elektroden 4 und 11 sind als Ringelektroden ausgebildet und durch die Isolierdeckel 9 und 10 zusammengehalten. In dem Ringquerschnitt zwischen den Elektroden 4 und 11 im Raumio befindet sich die Widerstandsflüssigkeit, deren Widerstand durch Temperaturänderung verändert wird. Im eingeschalteten Zustand sind die hohlen Ringelektroden 4 und 11 durch den Ring 3, der von Rippen 2 an Schaltstück 1 gehalten wird, kurzgeschlossen, so daß der in Anschlußstück 17 eintretende Strom über den Ringkontakt 4, den Ring 3 und die Rippen 2 nach dem Schaltstift 1 abfließen kann. Wird der Schaltstift i, welcher in der hohlen Elektrode 11 gleitet, nach oben bewegt, so wird zunächst der Kurzschluß von den Ringelektroden 4 und 11 aufgehoben, so daß der Strom von der Ringelektrode 4 durch die Flüssigkeit im Raum 16 nach der Elektrode 11 und von dort nach dem Schaltstück 1 fließt. Nachdem der Kurzschluß zwischen 11 und 4 aufgehoben ist, strömt durch das Rohr 14 für die innere Ringelektrode und durch das Rohr 8 für die äußere Ringelektrode Kühlflüssigkeit (Kühlmittel) ein und kühlt die in dem Raum 16 befindliche Flüssigkeit ab. Die Kühlmittel treten bei der äußeren Ringelektrode durch die Rohre 15 und 7 wieder aus, nachdem sie durch die Kanäle 5 und 6 geströmt sind. Bei der inneren Elektrode fließt das Kühlmittel durch den Kanal 13 und tritt durch das Rohr 15 aus. Die Flüssigkeit in Raum 16 wird stark gekühlt, wodurch der Übergangswiderstand erhöht wird. Die Kühlung kann so weit getrieben werden, daß die Flüssigkeit in Raum 16 fest wird und dabei einen hohen Widerstand annimmt. Der Strom wird entsprechend diesem Widerstandswert gedrosselt, so daß beim Weiterbewegen des Schaltstiftes 1, nachdem dieser die Hohlelektrode 11 verläßt, kein Lichtbogen mehr entsteht. Beim Einschalten kann man nun entweder so vorgehen, daß man zuerst den Schaltstift 1 wieder mit der Elektrode 11 in Eingriff bringt und dann die Temperatur der Flüssigkeit in Raum 16 wieder erhöht, was eine Widerstandsabnahme zur Folge hat, so daß die Einrichtung als Schutzschalter wirkt, wobei am Ende der Schaltbewegung die Elektroden 11 und 4 und damit die Flüssigkeit durch den Ring 3 kurzgeschlossen werden. Oder man kann die Anordnung so

treffen, daß bei ausgeschaltetem Schalter die Flüssigkeit in Raum 16 wieder erwärmt wird, so daß das Einschalten ohne Vorschalten nennenswerten Widerstandes erfolgt. Das Erwärmen der Flüssigkeit in Raum 16 kann ähnlich dadurch erfolgen, daß man durch die Hohlelektroden ein Wärmemittel führt. Um den Volumenänderungen der abgekühlten bzw. erwärmten Flüssigkeit innerhalb des ίο Raumes i6 Platz zu schaffen, kann man entweder so vorgehen, daß man den Raum i6 nicht ganz mit Flüssigkeit füllt oder aber den Deckel io oder den Deckel 9 oder beide beweglich macht. Zur Erhöhung der Kühlwirkung kann man an den Elektroden 4 und 11 noch Kühlrippen anbringen, die innerhalb der Flüssigkeit versetzt angeordnet sind.

In den Abb. 2 und 3 ist eine Anordnung gezeichnet, bei welcher innerhalb eines Isolierzylinders 17 mehrere röhrenförmige Elektroden angeordnet sind, die von Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Der Raum 16 im Isolierzylinder 17, der oben und unten mit Isolierdeckeln abgeschlossen ist, ist mit Widerstandsflüssigkeit gefüllt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Rohre 19, 20, 21, 22, 23 und 24 an das Potential eines Poles gelegt und mit dem Rohrkontakt 18 metallisch verbunden sind. Die Kühlflüssigkeit tritt dann beispielsweise am Unterteil des Schalters in das Rohr 24 ein, durchströmt dieses, um dann oberhalb des Isolierdeckels 9 in das Rohr 23 zu treten, von dort unterhalb des Schalters in das Rohr 22, oberhalb des Schalters in das Rohr 21, unterhalb des Schalters in das Rohr 20 und oberhalb des Schalters in das Rohr 19, von wo sie wieder austritt. Die Rohre 25, 26, 27, 28, 29 und 30 werden in ähnlicher Weise wie eben beschrieben von der Kühlflüssigkeit durchflossen und liegen am Potential des anderen Poles. Im eingeschalteten Zustand des Schalters sind die Rohre 19 bis 24 mit den Rohren 25 bis 30 durch den Kurzschlußring 3 kurzgeschlossen. Der Kurzschlußring 3 wird durch die Rippen 2 am Schaltstift metallisch leitend gehalten. Wird der Schaltstift beim Ausschalten nach oben bewegt, so wird zunächst der Kurzschluß zwischen den Rohren 19 bis 24 und 25 bis 30 aufgehoben, und der Strom tritt durch die in Isolierzylinder 17 befindliche Flüssigkeit. Durch das die Rohre durchströmende Kühlmittel wird die Temperatur der Flüssigkeit in Raum ιό in gewünschter Weise erniedrigt, was eine Widerstandszunahme der die Rohre kurzschließenden Flüssigkeit zur Folge hat. Die Endunterbrechung erfolgt zwischen dem Kontaktstift ι und dem Rohrkontakt 18. Durch die Anordnung einer größeren Anzahl in der Flüssigkeit verteilten Rohre, die von Kühlflüssigkeit durchströmt werden, kann die Temperaturänderung der Flüssigkeit außerordentlich rasch erfolgen.

Claims (8)

65 Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter mit leitender Schaltflüssigkeit, deren Widerstand während des Ausschaltvorgianges erhöht wird, und mit feststehenden, sich in einem Abstand in der Flüssigkeit gegenüberstehenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsvergrößerung der Flüssigkeit durch Temperaturerniedrigung der Flüssigkeit erfolgt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerniedrigung der Flüssigkeit durch Kühlung der Elektroden erfolgt.

3. Schalter nach Anspruch 1' und 2,. dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturherabsetzung· der Flüssigkeit durch Zuführen gekühlter Flüssigkeit erfolgt.

4. Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Kühlung der Flüssigkeit eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes erfolgt.

5. Schalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der Flüssigkeit durch flüssige Gase, insbesondere flüssige Kohlensäure, erfolgt.

6. Schalter nach Anspruch 5 mit einer zusätzlichen Trennungsstelle in Luft, die den Stromkreis nach dem Einschalten des Widerstandes unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgase auch zum Löschen eines etwaigen Unterbrechungslichtbogens an der Trennungsstelle in Luft dienen.

7. Schalter nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgase auch zur Betätigung des Druckgasantriebes der beweglichen Elektroden dienen.

8. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltflüssigkeit so tief gekühlt wird, daß ihr Widerstand auf Unendlich anwächst, so daß die Unterbrechung des Stromkreises in der Widerstandsflüssigkeit erfolgt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen