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Vorrichtung zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen, deren
Elektroden durch einen Leiter zweiter Klasse stromleitend verbunden sind.
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Die Leiter zweiter Klasse, die sogenannten Zonenleiter, besitzen für
den Zweck der Stromunterbrechung gegenüber den Leitern erster Klasse, das ist den
Elektronenleitern, den Vorzug, daß eine Unterbrechungsstrecke, welche in dem Leiter
geschaffen wird, nur von einer Spannung durchschlagen werden kann, die über
300 Volt beträgt. Eine Spannung unter 300 Volt kann jedenfalls einen
Stromfiuß durch eine zwischen flüssigen Leitern zweiter Klasse geschaffene Unterbrechungsstrecke
nicht hervorbringen.
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Es sind Elektrolytschalterbekanntgeworden, welche den Stromkreis lichtbogenfrei
in einem Leiter zweiter Klasse dadurch unterbrechen sollen, daß durch die Stromwärme
des zu unterbrechenden Stromes selbst die Flüssigkeit verdampft wird. Der Anwendungsbereich
dieser bekannten Schalter ist jedoch sehr beschränkt, dadurch, daß man ihre Bemessung
mit Rücksicht auf die Verdampfungsleistung des zu unterbrechenden Stromes vornehmen
muß. Bei kleinen zu unterbrechenden Stromstärken erfolgt die Verdampfung der Flüssigkeit
nur sehr langsam, bei großen dagegen explosionsartig rasch. Infolgedessen ist die
Unterbrechungszeit bei kleinen Strömen unbrauchbar lang, bei großen Strömen ist
sie dagegen so kurz, daß unerwünschte Überspannungen in dem unterbrochenen Stromkreis
entstehen. Außerdem wird der Schalter durch den explosionsartigen Druck des Dampfes
sehr stark beansprucht. Der Betrieb fordert jedoch von einem Schalter gerade, daß
er in der Lage ist, den Stromkreis in einem weiten Bereich der abzuschaltenden Stromstärken
zu unterbrechen und daß dabei die Abschaltzeit einen bestimmten günstigen, nicht
zu langen und nicht zu kurzen Wert hat, der etwa zwischen 1/10 und 1/10o Sekunde
liegt. Außerdem sind die bekannten Schalter dadurch praktisch unbrauchbar, daß der
Abschaltstrom in der Flüssigkeit, ehe er diese verdampft, immer einen relativ- hohen
Spannungsabfall hervorruft, weil die Stromdichte relativ hoch bemessen sein muß,
so daß ein den Flüssigkeitsschalter einschaltender Parallelschalter unentbehrlich
ist und an diesem beim Öffnen regelmäßig ein Lichtbogen gezündet wird.
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Nach der Erfindung wird eine Unterbrechung elektrischer Stromkreise
durch eine Vorrichtung, deren Elektroden durch einen Leiter zweiter Klasse stromleitend
verbunden sind, dadurch ermöglicht, daß die Bedingungen für die Verdampfung der
stromleitenden
Flüssigkeit, um den Zusammenhang der Flüssigkeit
zwischen den Elektroden zu unterbrechen, an von den Elektroden entfernten, entsprechend
ausgebildeten Stellen des flüssigen Stromleiters auch durch äußere Einw irkungtii
aufgezwungene Änderungen des auf der Flüssigkeit lagernden Druckes eingeleitet wird.
Die Anzahl der gegebenenfalls hintereinanderzuschaltenden Stellen ist nach der zu
unterbrechenden Spannung des Stromkreises zu bemessen, derart, daß auf die einzelnen
Unterbrechungsstellen nicht mehr als 3oo bis iooo Volt entfallen, während die Anzahl
der gegebenenfalls parallel zu schaltenden Stellen nach der zu unterbrechenden Stromstärke
bemessen werden muß.
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Durch die Erfindung ist eine Unterbrechung des Stromes in dem Leiter
zweiter Klasse über weite Bereiche der abzuschaltenden Ströme und dabei bei sämtlichen
Stromwerten innerhalb der vorteilhaftesten Abschaltzeit möglich. Dadurch nämlich,
daß die Schaffung von Gas- oder Dampftrennungsstellen willkürlich durch äußere Druckänderungen
herbeigeführt wird, ist man in der Bemessung des stromleitenden Flüssigkeitskörpers
des Schalters nicht mehr einseitig von der zu unterbrechenden Stromstärke und der
ihr entsprechenden Stromwärme abhängig. Man kann vielmehr die Bildung dieser L-nterbrechungsstellen
in beliebiger Weise beschleunigen, ihre Anzahl den Strom- und Spannungsverhältnissen
anpassen und dadurch bei relativ kleinem Gesamtwiderstand des Flüssigkeitskörpers
zwischen den Elektroden die Trennungsstellen im ganzen Bereich der abzuschaltenden
Stromstärken mit Sicherheit hervorrufen. Die Eigenstromwärme des zu unterbrechenden
Stromes wirkt hierbei ohnedies mit und unterstützt diesen Vorgang; sobald er einmal
eingeleitet ist.
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Man kann bestimmte Stellen zwischen den Elektroden derart ausgestalten
oder ausrüsten, daß beim Einsetzen der willkürlichen Druckänderung die Flüssigkeit
in ihnen verdampft, z. B. kann man einzelne Stellen des stromleitenden Flüssigkeitskörpers
verengen oder auf andere Weise über die Temperatur der umgebenden Flüssigkeit erwärmen
und zum Zweck der Unterbrechung den auf der Flüssigkeit lastenden Druck plötzlich
vermindern. Unter dein den Siedepunkt herabsetzenden Einfluß dieser Druckverminderung
verdampft die Flüssigkeit an den verengten Stellen, wo die Stromdichte höhere Werte
annimmt. Über der Flüssigkeit wird beispielsweise ein Gasraum angeordnet, in dem
der auf der Flüssigkeit lastende Druck geregelt -,werden kann. Die Regelung kann
beispielsweise in der Weise durchgeführt werden, daß dieser Raum an einen Unterdruckbehälter
angeschlossen wird, wobei die Verbindung beispielsweise über ein Ventil beliebig
gesteuert werden kann. Das Gefäß kann bei geschlossenem Stromkreis unter normalem
Druck stehen; es ist aber besonders zweckmäßig, es unter Überdruck zu setzen, weil
dadurch der Siedepunkt und damit die Leitfähigkeit des Elektrolyten noch erhöht
wird, so daß größere Stromstärken durch einen verhältnismäßig schwachen stromleitenden
Querschnitt geleitet werden können. Zu diesem Zweck kann z. B. ein zweiter Rohranschluß
zu einem Druckgasbehälter vorgesehen sein.
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Zum Zweck. der Unterbrechung öffnet man das Ventil zu dem Behälter,
in welchem ein verminderter Druck herrscht. Durch die plötzliche Druckentlastung
verdampft die Flüssigkeit, und es bilden sich Dampfblasen, welche den Strom unterbrechen.
Die Dainpfbildüng ist um so heftiger, je stärker der herrschende Dampfdruck den
Unterdruck überwiegt. Um den Druck möglichst unmittelbar zu entlasten, ist es zweckmäßig,
diesen Stellen möglichst wenig Flüssigkeit vorzulagern, d. h. sie möglichst knapp
an den Flüssigkeitsspiegel zu verlegen. Ist die Anzahl der Dampfblasen genügend
groß gewählt, so daß auf die einzelne Dampfblase nicht mehr als 3oo bis iooo Volt
entfallen, dann ist der Stromkreis unterbrochen.
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Man kann auch in jeder Trennwand inelirere Löcher anbringen, so daß
eine Parallelschaltung von Strompfaden entstellt.
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Ein Ausführungsbeispiel für diese Art eines Stromunterbrechers zeigt
die Abbildung. In einem leitenden Gefäß 2o, welches gleichzeitig die eine Elektrode
des Stromkreise:. bildet, sind zwei Isoliertöpfe 2i und 22 eingesetzt. Sie können
z. B. aus einem keramischen Isoliermaterial bestehen. Sie sind mit einer großen
Anzahl von Löchern versehen oder sind natürlich porös. 23 ist die Gegenelektrode.
In dem Isolierdeckel 2-1 des Gefäßes, welcher gutdichtend aufgesetzt ist, befindet
sich ein Loch 25, an welches eine Leitung angeschlossen wird, durch die der in dem
Gefäß herrschende Druck vermindert werden kann. Normalerweise stellt das Gefäßinnere
unter normalem atinosphärischein Druck oder auch unter einem gewissen L'berdruck.
Durch die Stromwärme des durch.die Löcher der Töpfe 21, 22 fließenden Stromes
ist die Flüssigkeit im Innern dieser Löcher gegenüber der umgebenden Flüssigkeit
stärker erwärmt. Zum Zwecke der Unterbrechung wird null eine Druckentlastung voll
solche-i-Größe herbeigeführt, daß die Flüssigkeit in den Löchern oder Poren der
Gefäße 2i, 22 verdampft, und zwar in der gewünschten , günstigsten Abschaltzeit.
Die Anzahl der eingesetzten Töpfe und damit die Zahl der in
Reihe
geschalteten Unterbrechungsstellen richtet sich nach der Spannung des zu unterbrechenden
Stromkreises.
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Man kann nach der weiteren Erfindung bestimmte Stellen des Flüssigkeitskörpers
zwischen den Elektroden zum Einschieben von Druckgas zwischen die Flüssigkeit einrich=
ten. Bei Stromkreisen, deren Spannung 300 Volt überschreitet, wird eine größere
Anzahl derartiger Taschen hintereinandergeschaltet.
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Es ist auch möglich, bestimmte Stellen des Gefäßes, welche die stromleitende
Flüssigkeit enthalten, noch mit einer Zusatzheizung auszurüsten. Diese kann entweder
zum Zwecke der Unterbrechung eingeschaltet werden und ist dann derart bemessen,
daß sie die Verdampfung an den betreffenden Stellen in der günstigsten Abschaltzeit
bewirkt. Man kann auch eine dauernde Zusatzheizung an den Verdampfungsstellen vorsehen,
um bei kleiner Stromdichte, z. B. bei kleinem Abschaltstrom oder bei verhältnismäßig
großer Querschnittsbemessung des leitenden Flüssigkeitspfades, noch eine entsprechend
rasche Verdampfung durch Druckentlastung zu erzielen.
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Es kann vorteilhaft sein, bei einer Unterbrechungsvorrichtung mit
mehreren parallel oder hintereinandergeschalteten Unterbrechungsstellen dieUnterbrechungsstellen
stufenweise hintereinander ansprechen zu lassen, z. B. um ein zu rasches Unterbrechen
und damit Überspannungen zu vermeiden. Man kann eine solche stufenweise Unterbrechung
dadurch erreichen, daß eine abgestufte Erwärmung der Flüssigkeit an den einzelnen
Unterbrechungsstellen oder eine verschieden starke Druckentlastung an den einzelnen
Stellen vorgesehen wird. Man kann auch eine Zusatzheizung von verschiedener Stärke
an den einzelnen Stellen anwenden. Schließlich kann man durch die Höhe der über
den einzelnen Stellen lastenden Flüssigkeitsmassen die Stärke der Druckentlastung
verschieden abstufen. Je größer die vorgelagerte Flüssigkeitsmasse ist, desto mehr
beeinträchtigt sie die Druckentlastung.