DE628749C - Electrical switch with electrodes moved in resistance fluid - Google Patents
Electrical switch with electrodes moved in resistance fluidInfo
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Description
Schalter mit elektrolytischer Schaltflüssigkeit, bei denen bei der Stromunterbrechung mit der Bewegung der Elektroden ein zunehmender Flüssigkeitswiderstand in den abzuschaltenden Stromkreis eingeschaltet wird, sind bekannt. Bei einem dieser bekannten Schalter wird eine Hohlelektrode aus der Flüssigkeit herausgezogen, aus der dann Flüssigkeitsstrahlen auslaufen, so daß im letzten Teil der Schaltbewegung der Widerstand durch Verlängerung der Flüssigkeitssäulen rasch anwächst. Alle diese Schalter sind nur zur Abschaltung relativ kleiner Ströme geeignet, während, wenn man sie mit höheren Strömen belastet, in irgendeinem Zeitpunkt des Abschaltvorganges ein Lichtbogen gezündet wird.Switches with electrolytic switching fluid, in which case the power is interrupted with the movement of the electrodes, there is an increasing fluid resistance in the switch-off Circuit is switched on, are known. In one of these known switches, a hollow electrode is made from Liquid pulled out, from which jets of liquid then run out, so that in the last part of the switching movement the resistance increases rapidly by lengthening the liquid columns. All of these switches are only suitable for switching off relatively small currents, while when you are using them higher currents, an arc at any point during the shutdown process is ignited.
Gegenstand der Erfindung ist ein Schalter mit Widerstandsflüssigkeit, der zur Unterbrechung sehr hoher Ströme bei hohen Spannungen geeignet ist, also ein Hochleistungsschalter. Die Erfindung besteht darin, daß im ersten Teil des Ausschaltvorganges die Widerstandsänderung im wesentlichen durch Flächenverkleinerung, im zweiten Teil im wesentlichen durch Längenänderung des aktiven Widerstandskörpers erzeugt wird und die Elektrodenflächen derart bemessen und angeordnet sind, daß während der Ausschaltbewegung und insbesondere beim Übergang von der Widerstandsvergrößerung durch Flächenverkleinerung in diejenige durch Längenvergrößerung in keinem Raumelement der Flüssigkeit die Siedetemperatur überschritten wird.The invention relates to a switch with resistance fluid, which is used for interruption very high currents at high voltages is suitable, i.e. a high-performance switch. The invention consists in that in the first part of the switch-off process, the change in resistance is essentially due Area reduction, in the second part essentially by changing the length of the active one Resistance body is generated and the electrode surfaces are dimensioned and arranged in this way are that during the switch-off movement and especially during the transition from the increase in resistance through Area reduction to that by increasing length in no spatial element the boiling point of the liquid is exceeded.
Hierdurch ist einerseits eine schnelle Widerstandsvergrößerung bei mäßigem Elektrodenhub erzielt, anderseits ist die Gefahr, einer Verdampfung der Flüssigkeit und damit einer Lichtbogenbildung auch beim Abschalten großer Leistungen beseitigt.On the one hand, this results in a rapid increase in resistance with a moderate electrode stroke achieved, on the other hand, there is the risk of evaporation of the liquid and thus an arcing eliminated even when switching off large powers.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip läßt sich mathematisch wie folgt fassen: ..The principle on which the invention is based can be mathematically as follows grasp: ..
) fS.dt.<c-(DsP-"o ) fS.dt. <c- (DsP- "o
(x)(x)
"o"O
Darin bedeutet:
j It means:
j
= Stromdichte in A/cm2,= Current density in A / cm 2 ,
5* = spezifischer Widerstand der Flüssigkeit in Ohm/cm,5 * = specific resistance of the liquid in ohms / cm,
ta = Abschaltzeit, t a = switch-off time,
c = spezifische Wärme der Flüssigkeit W c = specific heat of the liquid W
rr see rr see
DSp = Siedetemperatur der Flüssigkeit beim D Sp = boiling point of the liquid at
Druck p, D0 = Temperatur der Flüssigkeit zur Zeit t = o..Pressure p, D 0 = temperature of the liquid at time t = o ..
Befindet sich in einer beliebigen Flüssigkeit eine beispielsweise halbkugelförmige Elektrode, so ist gemäß Abb. 1 der Widerstand r, sofern der Radius J0 der HalbkugelIf there is a hemispherical electrode, for example, in any liquid, then according to Fig. 1 the resistance is r, provided that the radius J 0 of the hemisphere
62874$$ 62874
im Verhältnis zu den Gefäß abmessungen klein ist, angenähert durch folgende Formel gegeben:in relation to the vessel dimensions is small, given approximately by the following formula:
Verkleinert man nun den Radius der Halbkugel, was dem' Herausziehen einer Elektrode aus der Flüssigkeit gleichwertig ist, so erkennt man, daß der Widerstand schließlich, für S0 = O unendlich groß wird'. Liegt an diesem Flüssigkeitswiderstand gemäß Abb. ι eine konstante Spannung U1 so wird" der StromIf one now reduces the radius of the hemisphere, which is equivalent to 'pulling an electrode out of the liquid, one recognizes that the resistance finally becomes infinitely large for S 0 = O'. If there is a constant voltage U 1 at this fluid resistance as shown in FIG
Oq.Oq.
(3)(3)
Die Stromdichte / ist gegeben durch den" Quotienten aus dem Strom und der Oberfläche F der Halbkugel und wird sonachThe current density / is given by the quotient of the current and the surface F of the hemisphere and is accordingly
2 π U S0 2 π US 0
S-Sn SS n
= i (4)= i (4)
Aus (4) geht hervor, daß1 im letzte» Teil des Ausschaltvorganges, d. h. für immer kleiner werdende Kugelobetvfläche, die Stromdichte: dem Wert Unendlich zustrebt.From (4) it can be seen that 1 in the last part of the switch-off process, ie for ever smaller spherical surfaces, the current density: tends towards infinity.
Der Verlauf von Reststrom, Fläche und Stromdichte ist in Abb. 2 in Abhängigkeit von· S0 dargestellt. Es ist wesentlich,, daß^ diese Betrachtung nicht nur für halbkugelförmige Elektroden, sondern fürganz beliebig geformte Elektroden' zutrifft. Die gleiche Erscheinung tritt auf,- wenn die positive und1 negative Elektrode gleichzeitig aus der Schaltflüssigkeit austauchen' und somit die Flächen· der Elektrode und: der. Gegenelektrode während des- ganzen Ausschaltvorganges gleich; groß· sind". Die Ursache ist die Ausbauehung' der S tromlinien ζwis chen» den< Elektroden im der Flüssigkeit. The course of residual current, area and current density is shown in Fig. 2 as a function of · S 0 . It is essential that this consideration applies not only to hemispherical electrodes, but to electrodes of any shape. The same phenomenon occurs - if the positive and negative electrode 1 emersion simultaneously from the switching liquid 'and thus the surfaces of the electrode and ·: the. Counter electrode the same during the entire switch-off process; large "are". The cause is the expansion of the current lines between the electrodes in the liquid.
Der weitere Erfindungsgedanke zur Überwindung dieser prinzipiellen; Schwierigkeit besteht nun darin, daß die Querschnittsverminderung des aktiven Flüssigkeitsvolumens nur so weit getrieben wird, bis· die Stromdichte den durch. Gleichung (i), vorgeschriebenen; Grenzwert erreicht hat. Von diesem Zeitpunkt ab wird der Querschnitt nicht mehr weiter verringert, sondern der- Widerstand auf andere Weise erhöht. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß in der letzten Schaltphase die bewegliche. Elektrode in Flüssigkeit mit hohem spezifischem Widerstand, eintaucht oder daß die während der letzten Phase wirksame Flüssigkeit einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. Man kann ihre Flüssigkeiten von= verschiedenem spezifischem Gewicht sö> übereinandferschichten; daß' der spezifische Widerstand mit; fortschreitendem' A-usschaltvorgang zunimmt.The further inventive idea to overcome this principle; difficulty is now that the cross-sectional reduction of the active liquid volume is only driven so far until · the current density passes through. Equation (i), prescribed; Has reached the limit. From this point on, the cross-section is no longer further decreased, but the resistance increased in other ways. This can e.g. B. take place in that in the last switching phase the movable. Electrode in liquid with high resistivity, immersed or that effective during the last phase Liquid has a positive temperature coefficient. You can use their liquids of = different specific gravity sö> layers one on top of the other; that 'the specific Resistance with; as the switch-off process progresses.
Eine weitere Maßnahme besteht darin, daß man die bewegliche Elektrode hohl macht, mit einer unteren Öffnung versieht und mit Flüssigkeit füllt. Nach der Trennung der Metalloberfläche dieser Elektrode vom Flüssigkeitsspiegel ist der Widerstand des Gebildes durch den aus der hohlen Elektrode austretenden Flüssigkeitsstrahl gegeben. Die Verlängerung dieses Flüssigkeitsstrahls führt zu jeder beliebigen Widerstandserhöhung '. ohne weitere Stromverdichtung. An Stelle des frei ausfließenden Strahls kann auch in der letzten Schaltphase aus dem Flüssigkeitskörper durch einen Isoliermantel ein säulen- förmiger aktiver Flüssigkeitskörper abgeschirmt werden, wodurch ebenfalls eine stetig anwachsende Widerstandserhöhung ohne Steigerung der Stromdichte erzielt wird.Another measure is that the movable electrode is made hollow, provided with a lower opening and filled with liquid. After the metal surface of this electrode has been separated from the liquid level, the resistance of the structure is given by the liquid jet emerging from the hollow electrode. The lengthening of this liquid jet leads to any increase in resistance . without further compression of electricity. Instead of the freely flowing jet, a columnar active liquid body can also be shielded from the liquid body by an insulating jacket in the last switching phase, which also results in a steadily increasing increase in resistance without increasing the current density.
Die Bedingungsgleichung (1) läßt sich besonders leicht erfüllen, wenn man die Flüssigkeit unter erhöhten Druck setzt, da dadurch ihr Siedepunkt heraufgesetzt wird und ein Ablösen der Flüssigkeit von der beweglichen Elektrode vermieden ist. Mit Rücksieht auf die Flüssigkeitsablösung ist es zweckmäßig, der beweglichen Elektrode eine Form zu geben, welche Flüssigkeitswirbel vermeidet, z. B. Tropfenform.The conditional equation (1) can be fulfilled particularly easily if the liquid puts under increased pressure, as this increases their boiling point and detachment of the liquid from the movable electrode is avoided. With hindsight In order to detach the liquid, it is useful to give the movable electrode a shape which swirls the liquid avoids, e.g. B. teardrop shape.
Zwei Ausführungsmöglichkeiten der Erfin- 9" dung sind in den Abb. 3, 4, 5 und 6 dargestellt. Two possible embodiments of the invention 9 " application are shown in Figs. 3, 4, 5 and 6.
In Abb. 3 bedeutet χ den feststehenden Flüssigkeitsbehälter, 2. die bewegliche, tropfenförmig ausgebildete Elektrode, 3 ein Schaltmesser, das in· der Einschaltstellung in die Häuptkontakte 4 eingreift und in fester Verbindung' mit der Schaltstange 5 steht. 6' ist ein· Ring aus Isoliermaterial zur Vermeidung elektrischer Entladung längs der Flüssigkeitsoberfläche 7, eine sogenannte Ionenbarriere. Die bewegliche Elektrode 2 besitzt an ihrem unteren Ende einen Raum 8, welcher sich beim Eintauchen mit der Schaltflüssigkeit anfüllt.In Fig. 3, χ denotes the stationary liquid container, 2. the movable, drop-shaped electrode, 3 a switch blade which, in the switched-on position, engages in the main contacts 4 and is firmly connected to the switching rod 5. 6 ' is a ring made of insulating material to avoid electrical discharge along the surface of the liquid 7, a so-called ion barrier. At its lower end, the movable electrode 2 has a space 8 which fills with the switching fluid when it is immersed.
In Abb. 4· ist der Schalter kurz vor der Beendigung des Ausschaltvorganges dargestellt. Die Verbindung zwischen der beweglichen Elektrode 2 und dfem Flüssigkeitsspiegel 7 ist lediglich noch, durch den Flüssigkeitsstrahl 9 gegeben1, dessen Widerstand mit zunehmender Länge dieses Strahls anwächst. Die Flüssigkeit kann aus dem Raum 8 unbehindert abströmen, da die Luft durch die öffnungen 10 freien Zutritt hat.In Fig. 4 · the switch is shown shortly before the end of the switch-off process. The connection between the movable electrode 2 and DFEM liquid level 7 is just still given by the liquid jet 9 1, whose resistance increases with increasing length of this beam. The liquid can flow out of the space 8 unhindered, since the air has free access through the openings 10.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende:The mode of operation of the arrangement is now as follows:
Beim Bewegen- der. Schaltstange 5 nach oben trennen· sich zunächst das Schaltmesser 3 und die Kontakte^. Dadurch wird der Strom gezwungen, durch: die Flüssigkeit hindurchzufließen. Der Abstand zwischenWhen moving. Shift rod 5 according to at the top · first the switch blades separate 3 and the contacts ^. This will the current is forced to flow through: the liquid. The distance between
der beweglichen Elektrode und dem Flüssigkeitsgefäß ist in diesem Zeitpunkt noch sehr klein und damit der Widerstand entsprechend gering. Die Bewegung hat so zu erfolgen, daß beim Trennen der Hauptkontakte kein Schaltfeuer auftritt. Mit dem Weiterheben der Elektrode 2 verringert sich ihre benetzte Fläche, und damit vergrößert sich der Widerstand. Außerdem wird auch die Länge der Stromlinien vergrößert. Im Moment, da der untere Rand der beweglichen Elektrode den Flüssigkeitsspiegel erreicht, wird nun die Widerstandsänderung, welche bisher im wesentlichen durch Flächenverminderungof the movable electrode and the liquid container is still very much at this point small and thus the resistance is correspondingly low. The movement must be carried out in such a way that that no switching fire occurs when the main contacts are disconnected. With the further lifting of the electrode 2, its wetted area is reduced, and thus the resistance increases. It also increases the length of the streamlines. At the moment, since the lower edge of the movable electrode is the Liquid level is reached, the change in resistance, which was previously in the essentially through a reduction in area
*5 hervorgerufen wurde, in eine Widerstandsänderung durch Zunahme der Länge des aktiven Widerstandskörpers umgesetzt. Dieser Zustand ist in Abb. 4 dargestellt. Das Volumen der Flüssigkeit in dem Raum 8 muß so bemessen werden, daß der Flüssigkeitspfad 9 am Ende einen derartigen Widerstand erreicht, daß die Unterbrechung des Reststroms störungsfrei erfolgt. Die Erfahrung zeigt, daß Ströme unter 5 Amp. im allgemeinen störungsfrei abgeschaltet werden.* 5 was caused into a change in resistance implemented by increasing the length of the active resistor body. This State is shown in Fig. 4. The volume of the liquid in the space 8 must be so be dimensioned so that the liquid path 9 reaches such a resistance at the end, that the interruption of the residual current takes place without interference. Experience shows that currents below 5 amps in general can be switched off without interference.
Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist darin zu erblicken, daß der Flüssigkeitspfad 9 relativ hoch belastet werden kann, da sich die aktive Flüssigkeit dauernd erneuert und die Wärme abführt. Besonders zweckmäßige Verhältnisse erreicht man in dieser Beziehung, wenn man die Flüssigkeit unter erhöhtem Druck ausströmen läßt. Um den Flüssigkeitsstrahl zusammenzuhalten, - kann ein an sich bekannter Strahlregler verwendet werden. Es kann auch der aus der beweglichen Elektrode austretende Flüssigkeitsstrom in ein Isolierrohr geführt werden, welches etwa an der Elektrode befestigt wird.A particular advantage of this arrangement can be seen in the fact that the liquid path 9 can be loaded relatively high because the active fluid is constantly renewed and the heat dissipates. Particularly useful Ratios are achieved in this respect if the liquid is allowed to flow out under increased pressure. To the To hold the liquid jet together, a jet regulator known per se can be used will. It can also be the flow of liquid emerging from the movable electrode be fed into an insulating tube, which is attached to the electrode.
An Stelle eines einzigen Flüssigkeitspfades 9 können auch mehrere Flüssigkeitsstrahlen angeordnet werden, derart, daß mit fallendem Flüssigkeitsspiegel im Raum 8 diese Strahlen der Reihe nach zum VersiegenInstead of a single liquid path 9, several liquid jets can be arranged in such a way that with falling liquid level in space 8 these jets one after the other to dry up
+S gebracht werden.+ S to be brought.
In Abb. s und 6 bedeutet· 11 das Flüssigkeitsgefäß, 12 die bewegliche äußere, 13 die bewegliche innere Elektrode. 14 ist ein Isolierzylinder mit Öffnungen 15. Beim Abschalten wird zunächst die äußere Elektrode 12 nach oben bewegt und dadurch der Widerstand vornehmlich durch Verringerung des Querschnittes vergrößert. Im Moment, wo der Deckel 16 auf den Stellring 17 der inneren Elektrode 13 auf trifft, wird diese innere Elektrode (vgl. Abb. 6) aus dem Isolierrohr herausgezogen. Dadurch entsteht eine Widerstandsänderung bei praktisch gleichbleibender Stromdichte im wesentlichen durch Verlängerung des Widerstandskörpers.In Fig. S and 6 11 means the liquid container, 12 the movable outer, 13 the movable inner electrode. 14 is an insulating cylinder with openings 15. When switching off, the outer electrode 12 moves upwards and thereby the resistance mainly by reducing the Cross-section enlarged. At the moment when the cover 16 is on the collar 17 of the inner When electrode 13 hits, this inner electrode (see Fig. 6) is removed from the insulating tube pulled out. This results in a change in resistance that remains practically the same Current density essentially due to the extension of the resistor body.
Um störungsfrei einschalten zu können, ist es im allgemeinen zweckmäßig, den Hauptkontakt zuerst zu schließen. Zu diesem Zweck wird der Hauptkontakt 3-4 (vgl. z. B. Abb. 3) getrennt von der Flüssigkeitselektrode angeordnet und beim Einschalten vor dem Eintauchen der beweglichen Elektrode 2 geschlossen.In order to be able to switch on without interference, it is generally advisable to use the main contact close first. For this purpose the main contact 3-4 (see e.g. Fig. 3) is separated from the liquid electrode arranged and closed when switching on before immersing the movable electrode 2.
Um den letzten Reststrom sicher unter- . brechen zu können, ist es vorteilhaft, als oberste Flüssigkeitsschicht in an sich bekannter Weise, eine solche aus einer Isolierflüssigkeit zu verwenden, die vermöge ihres kleineren spezifischen Gewichtes auf der Schaltflüssigkeit schwimmt.To safely under- the last residual current. to be able to break, it is advantageous as the uppermost liquid layer in per se known Way to use one made of an insulating liquid, by virtue of its smaller one specific weight floats on the switching fluid.
Um einen Funkenüberschlag nach der Trennung der beweglichen Elektrode von der Flüssigkeitsoberfläche sicher zu verhindern, wird der als feststehende Elektrode dienende Flüssigkeitsbehälter nach der Abbildung mit einem sich erweiternden Rand ausgebildet, so daß sich mit zunehmender Ausschaltbewegung der Abstand zwischen den Elektroden längs des Flüssigkeitsspiegels vergrößert.To avoid arcing after separating the movable electrode from the To safely prevent the surface of the liquid, it is used as a fixed electrode Liquid container designed according to the figure with a widening edge, so that with increasing switch-off movement, the distance between the electrodes increases along the liquid level.
Claims (11)
, 9. Switch according to claim 1, characterized in that .the liquid is placed under increased pressure.
,
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE628749T | 1930-01-26 |
Publications (1)
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ID=34812921
Family Applications (1)
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DE1930628749D Expired DE628749C (en) | 1930-01-26 | 1930-01-26 | Electrical switch with electrodes moved in resistance fluid |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1121162B (en) * | 1952-09-03 | 1962-01-04 | Calor Emag Elektrizitaets Ag | Electric circuit breaker with arc extinguishing in liquid |
DE1172347B (en) * | 1959-06-10 | 1964-06-18 | Licentia Gmbh | Electrical switch or variable resistor with a liquid with electrolytic conductivity |
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US3074309A (en) * | 1958-01-13 | 1963-01-22 | Nat Res Dev | Flame spectrophotometry |
US3328543A (en) * | 1963-09-25 | 1967-06-27 | Ibm | Pneumatic switch |
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FR709393A (en) | 1931-08-06 |
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