DE693915C

DE693915C - Switch with electrodes moved in a resistance fluid

Info

Publication number: DE693915C
Application number: DE1930693915D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Kesselring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1930-02-16
Filing date: 1930-02-16
Publication date: 1940-07-20
Also published as: GB368947A; FR711103A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter, bei denen Schaltelektroden in Widerstandsflüssigkeit bewegt werden,. zwischen welche- zur Stromunterbrechung ein mit der Elektrodenbewegung zunehmender Widerstand eingeschaltet wird.The invention relates to electrical switches in which switching electrodes in Resistance fluid can be moved. between which- for power interruption with the electrode movement increasing resistance is switched on.

Erfindungsgemäß läßt sich die Wirkung solcher Schalter dadurch beträchtlich verbessern, daß die aktive, den Strom leitende Flüssigkeit zwischen den Elektroden während des Schaltvorganges, und zwar namentlich zu Beginn der Elektrodenbewegung, durch fortlaufendes Nachschieben frischer Schaltflüssigkeit ersetzt und/oder ergänzt wird.According to the invention, the effect of such switches can be considerably improved by that the active, the current-conducting liquid between the electrodes during the switching process, namely to Beginning of the electrode movement by continuously pushing in fresh switching fluid is replaced and / or supplemented.

DieZeit, während der die einzelnen Flüssigkeitsteilchen der Erwärmung durch den Stromdurchgang ausgesetzt sind, läßt sich hierdurch in beträchtlichem Maße verkürzen, so daß die Stromstärken, mit denen der Schalter belastet werden darf, ohne daß die Flüssigkeit über ein zulässiges Maß hinaus ' erwärmt wird, erheblich gesteigert werden können.The time during which the individual liquid particles are heated by the Are exposed to the passage of current, can thereby be shortened to a considerable extent, so that the currents with which the switch may be loaded without the Liquid is heated beyond a permissible level, can be increased significantly can.

Dies ist für Flüssigkeitswiderstandsschalter, die zum Abschalten einer möglichst hohen elektrischen Leistung befähigt sein sollen, von grundsätzlicher Bedeutung. Denn die Stromdichte ist in der Flüssigkeit unmittelbar nach der Trennung der Schaltelektroden besonders hoch, so daß, wenn das Medium zwischen den in der Flüssigkeit bewegten Elektroden sich im wesentlichen in Ruhe befände, eine unerwünschte Wärmeentwicklung eintreten könnte. Dies wird durch die Erfindung vermieden. This is for liquid resistance switches that are designed to shut off as high as possible electrical power should be capable of fundamental importance. Because the current density is special in the liquid immediately after the switching electrodes are disconnected high, so that when the medium moves between the electrodes in the liquid would be essentially at rest, an undesired heat development would occur could. This is avoided by the invention.

Eine einfache Ausführungsmöglichkeit besteht darin, den Elektroden die Form von Sieben, Gittern, Rosten o. dgl. zu geben und die Flüssigkeit durch eine oder alle Elektroden hindurchströmen zu lassen. Bei dieser Ausführimg werden, die unmittelbar vor den Elektroden lagernden stark erwärmten Flüssigkeitsteile' von dem aktiven Flüssigkeitskörper abgetrennt und aus dem Elektrodenraum hinausbefördert. . «A simple embodiment is to give the electrodes the shape of Sieves, grids, grids or the like to give and the liquid through one or all electrodes to let flow through. With this execution, the immediately before the Electrodes stored strongly heated liquid parts' from the active liquid body separated and conveyed out of the electrode chamber. . «

Besonders günstige Verhältnisse erhält man, wenn man die frische Flüssigkeit dem Raum zwischen den Elektroden seitlich der Elektrodenflächen zuströmen läßt und die Abströmung ' der Flüssigkeit aus dem aktiven Flüssigkeitskörper beidseitig durch die sieboder" gitterförmigen Elektrodenflächen hindurch erfolgen läßt. Hierdurch entsteht in dem aktiven Flüssigkeitskörper ein statischer Druck, der seine Belastungsfähigkeit erhöht, weil seine Durchschlagsfestigkeit steigt.Particularly favorable conditions are obtained if the fresh liquid is added to the Allows space between the electrodes to flow in on the side of the electrode surfaces and the outflow '' the liquid from the active liquid body through the sieve or " Lattice-shaped electrode surfaces can take place therethrough. This creates a static one in the active body of liquid Pressure that increases its resilience because its dielectric strength increases.

Um eine möglichst rasche Widerstandsvergrößemng bei anfänglich großer Berührungsfläche der Elektroden zu erzielen, ist es zweckmäßig, den mittleren Querschnitt finIn order to increase the resistance as quickly as possible with an initially large contact area of the electrodes, it is useful to fin the mean cross-section

*) Vom dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben -worden:*) The patent seeker stated as the inventor:

Or.-Ing. Fritz Kesselring in Berlin-Hermsdorf.Or.-Ing. Fritz Kesselring in Berlin-Hermsdorf.

des aktiven Flüssigkeitskörpers mit fortschreitender Abschaltung zu verkleinern. Unter mittlerem Querschnitt des aktiven Flüssigkeitskörpers ist dabei der Querschnitt eines Zylinders zu verstehen, der bei gleicher Höhe, wie das aktive Flüssigkeitsvolumen, den gleichen Widerstand aufweist. Die Ver-■ riogerung des mittleren Querschnitts kann z. B. dadurch erreicht werden, daß das aktive ίο Flüssigkeitsvolumen durch Isolierkörper, beispielsweise Blenden, eingeschnürt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man die aktive Elektrodenfläche, d. h. die mit dem Flüssigkeitskörper in unmittelbarer Berührung stehende Elektrodenfläche, verringert. Bei Anordnungen, bei denen die Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht zur Elektrodenoberfläche fließt, kann man mit Vorteil deformierbare Elektroden anwenden. Diese können aus einer Flüssigkeit bestehen, welche relativ zur aktiven Widerstandsflüssigkeit wesentlich besser leitet, z. B. Quecksilber. Es ist denkbar, die Elektroden auch aus einem deformierbaren Körper, z. B. einem schwammartigen ?..<; Gebilde, oder aus einem pulver- oder schrotförmigen Körper aufzubauen. Der schrotförmige Körper hat zudem den Vorteil, daß er in gewissem Maße flüssigkeitsdurchlässig ist, wodurch eine gute Kühlung bedingt ist. Es ist wesentlich, daß das aktive, zwischen den Elektroden sich befindende Flüssigkeitsvolumen nur durch die Elektroden einerseits und durch feste Isoliermaterialien andererseits begrenzt ist, und zwar deshalb, um freie, :« mit der Atmosphäre oder einer Gas- oder Dampfschicht zusammenhängende Flüssigkeitsoberflächen zu vermeiden, da erfahrungsgemäß längs derartiger Flüssigkeitsoberfläche leicht Gleitfunken auftreten.
Für die Bewegung der Flüssigkeit wendet man zweckmäßig zusätzliche Einrichtungen an, z. B. von einer Feder oder Druckluft betätigte Kolben.- Es ist auch möglich, die Flüssigkeitsströmung darch ein propellerartiges Gebilde, welches von einem Motor angetrieben wird, zu erzeugen. Ferner ist es denkbar, die Flüssigkeitsströmung dadurch einzuleiten, daß man einen Teil der Flüssigkeit durch eine vom Abschaltstrom gespeiste Vorrichtung verdampft und so die eigentliche aktive Flüssigkeit unter erhöhten Druck setzt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Beschleunigung der aktiven Flüssigkeit um so größer ist, je größer der abzuschaltende Strom ist.of the active body of liquid to decrease in size as the shutdown progresses. The mean cross-section of the active liquid body is to be understood as the cross-section of a cylinder which has the same resistance at the same height as the active liquid volume. The reduction in the mean cross-section can, for. B. can be achieved in that the active ίο liquid volume is constricted by insulating bodies, such as diaphragms. Another possibility consists in reducing the active electrode area, ie the electrode area in direct contact with the body of liquid. Deformable electrodes can be used with advantage in arrangements in which the liquid flows essentially perpendicular to the electrode surface. These can consist of a liquid which conducts much better relative to the active resistance liquid, e.g. B. Mercury. It is conceivable that the electrodes also consist of a deformable body, e.g. B. a spongy? .. <; Constructed from a body in the form of a powder or shot. The shot-shaped body also has the advantage that it is liquid-permeable to a certain extent, which requires good cooling. It is essential that the active volume of liquid located between the electrodes is limited only by the electrodes on the one hand and by solid insulating materials on the other, in order to avoid free liquid surfaces connected to the atmosphere or a gas or vapor layer, since experience has shown that sliding sparks easily occur along such a liquid surface.
For the movement of the liquid, it is useful to use additional facilities such. B. actuated by a spring or compressed air piston.- It is also possible to produce the liquid flow darch a propeller-like structure which is driven by a motor. Furthermore, it is conceivable to initiate the liquid flow by evaporating part of the liquid by a device fed by the cut-off current and thus placing the actual active liquid under increased pressure. This arrangement has the advantage that the acceleration of the active liquid is greater, the greater the current to be switched off.

Der Vorgang der Widerstandserhöhung ist derart zu steuern, daß während des gesamten Vorganges die elektrische Durchbruchsfeldstärke der aktiven Flüssigkeit nicht erreicht So wird. Insbesondere erhält man eine sehr gute elektrische Ausnutzung der Apparatur, wenn \ während des gesamten Vorganges die elektrische Beanspruchung konstant bleibt, d. h., auf einen zylindrischen Widerstandskörper angewendet, wenn der Spannungsabfall proportional dem jeweiligen Elektrodenabstand ist.The process of increasing the resistance is to be controlled in such a way that the electrical breakdown field strength of the active liquid is not reached during the entire process. In particular, one obtains a very good electrical utilization of the apparatus when \ is the electrical stress constant during the entire process, ie, applied to a cylindrical resistor body, when the voltage drop is proportional to the respective electrode gap.

In Abb. ι ist durch Pfeil 1 eine beliebige Flüssigkeitsströmung dargestellt. Mit 2 und 3 sind Schalterelektroden bezeichnet, die in den zu unterbrechenden Stromkreis eingeschaltet sind und deren Berührungsfläche 4 im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung steht. Durch Auseinanderbewegen der Elektroden in Richtung der Pfeile 5 und 6 kann der Elektrodenabstand vergrößert werden. Entsprechend erhöht sich der Widerstand dieses Gebildes. Durch das Durchströmen der Flüssigkeit wird das aktiv zwischen den Elektroden sich befindende Flüssigkeitsvolumen dauernd erneuert.In Fig. Ι is an arbitrary arrow 1 Liquid flow shown. With 2 and 3 switch electrodes are designated, which in the circuit to be interrupted are switched on and their contact surface 4 is essentially is parallel to the direction of flow. By moving the electrodes apart in In the direction of arrows 5 and 6, the electrode spacing can be increased. Corresponding the resistance of this structure increases. By flowing through the Liquid becomes the volume of liquid that is actively located between the electrodes constantly renewed.

Abb. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Elektroden 7 und 8 sich in einem zylindrischen Isolierrohr 9 verschieben. Diese Verschiebung erfolgt durch die aktive Flüssig- «5 keit selbst, welche durch die Rohre 10 und 11 zwischen die Elektroden eintritt.Fig. 2 shows an arrangement in which the electrodes 7 and 8 are in a cylindrical Move insulating tube 9. This shift takes place through the active liquid «5 speed itself, which through the pipes 10 and 11 enters between the electrodes.

Besonders günstige Verhältnisse weist die prinzipielle Anordnung gemäß Abb. 3 auf. Hierbei kann die Flüssigkeit 12 durch die siebartig ausgebildeten Elektroden 13, 14 hindurchtreten. The basic arrangement according to Fig. 3 has particularly favorable conditions. In this case, the liquid 12 can pass through the sieve-like electrodes 13, 14.

Abb. 4 zeigt eine besondere Anordnung zur Ausübung des Verfahrens. Dabei wird die aktive Flüssigkeit 15 mittels eines Kolbens 16 'J5 durch die feststehende siebartige Elektrode 17 hindurchgepreßt. Die bewegliche Elektrode 18, welche in dem Isolierzylinder 19 gleitet, wird durch die Flüssigkeit 15 nach oben bewegt. Das aktive Flüssigkeitsvolumen 1 on 20 ist durch diejenige Flüssigkeitsmenge gegeben, welche sich zwischen dem Sieb 17 und dem Kolben 18 befindet.Fig. 4 shows a special arrangement for performing the method. The active liquid 15 by means of a piston 16 'J5 pressed through the stationary sieve-like electrode 17. The movable electrode 18, which slides in the insulating cylinder 19, is followed by the liquid 15 moved up. The active liquid volume is 1 on 20 is given by the amount of liquid that is between the sieve 17 and the piston 18 is located.

In Abb. S und 6 sind zwei Anordnungen gemäß Abb. 4 _§von verschiedenen Querschnitten > in Reihe geschaltet. Die in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen bilden sich zwischen den Elektroden 23, 24 einerseits, 24, 25 andererseits und den Schaltstücken 34, 33.In Fig. S and 6, two arrangements according to Fig. 4 _§ of different cross-sections are connected in series. The interruption points connected in series are formed between the electrodes 23, 24 on the one hand, 24, 25 on the other hand and the contact pieces 34, 33.

In Abb. 5 ist der Schalter geschlossen. Die 1 ·< > Elektroden 23 bis 25 berühren sich, 25 steht in leitender Verbindung mit dem Schaltstück 34. Der Strom wird der Elektrode 23 zugeführt und durch den Gleitkontakt 45 am Schaltstift 33 abgenommen.In Fig. 5 the switch is closed. The 1 · < > Electrodes 23 to 25 touch, 25 is in conductive connection with the contact piece 34. The current is supplied to the electrode 23 and through the sliding contact 45 am Switch pin 33 removed.

Durch den Kolben 21 wird die Flüssigkeit, deren Spiegel bei 22 steht, zunächst beschleunigt und trifft bereits mit bestimmter Geschwindigkeit auf das feststehende Sieb 23 auf. Sie tritt dann zunächst durch die bewegliehen Siebe 24 und 25, wobei das Gas in den Hohlräumen 26 und 27 komprimiert wird.The liquid, the level of which is at 22, is initially accelerated by the piston 21 and already hits the stationary screen 23 at a certain speed on. It then first passes through the movable screens 24 and 25, with the gas entering the Cavities 26 and 27 is compressed.

Dann bewegt sich das bewegliche Sieb 24 zusammen mit dem Kolben 28 nach oben. Infolge der Beschleunigung wird das Sieb 25 zunächst fest gegen das Sieb 24 gepreßt. Dieser Zustand dauert an, bis der Kolben 28 auf die Anschläge 29 (vgl. Abb. 6) auftrifft. Nun trennt sich, das Sieb 25 vom dem Sieb 24, und es entsteht ein neuer Flüssigkeitskörper 30 mit wesentlich kleinerem Querschnitt und dadurch entsprechend schnellerer Widerstandszunahme. Nach einer gewissen Zeit trifft der Kolben 31 auf die Anschläge 32, dann setzt nur noch der Schaltstift 33 seine Bewegung fort und trennt sich dabei von demThen the movable screen 24 moves upward together with the piston 28. As a result During the acceleration, the sieve 25 is first pressed firmly against the sieve 24. This condition continues until the piston 28 hits the stops 29 (see Fig. 6). Now the sieve 25 separates from the sieve 24, and a new body of liquid 30 with a much smaller cross-section is created thereby correspondingly faster increase in resistance. After a certain time, the piston 31 hits the stops 32, then only the switching pin 33 continues its movement and separates itself from the

ig Schaltstück 34.ig contact piece 34.

In Abb. 7 ist eine Anordnung der Erfindung mit deformierbaren Elektroden dargestellt. Es bedeutet 35 ein Metallgefäß mit einem Druckluftanschluß 36. An dieses schließt sich das Isoliergefäß 42 an, welches einen sich nach unten verjüngenden Querschnitt hat. 37 ist die siebförmige, in diesem Falle feststehende Elektrode, welcher der Strom zugeführt wird, 38 die Oberfläche der deformierbaren, z. B. aus Quecksilber bestehenden beweglichen Elektrode, bei 43 wird der Strom aus dem Quecksilberkörper abgenommen. Nach öffnen des Hahnes 39 wird die Widerstandsflüssigkeit 40 unter Druck gesetzt.In Fig. 7 an arrangement of the invention with deformable electrodes is shown. 35 means a metal vessel with a compressed air connection 36. This is connected to it the insulating vessel 42, which has a downwardly tapering cross section. 37 is the sieve-shaped, in this case fixed electrode, to which the current is supplied is, 38 the surface of the deformable, z. B. made of mercury movable Electrode, at 43 the current is drawn from the mercury body. After opening the tap 39, the resistance fluid becomes 40 pressured.

s<> öffnet man dann den Hahn 41, so wird zunächst die Flüssigkeit 40 und die Quecksilbermasse 44 beschleunigt. Sowie der Ouecksilberspiegel 38 die Siebelektrode 37 verläßt, beginnt dieEinschaltung eines aktiven Flüssigkeitskörpers. Auch für diese Anordnung ist es wichtig, daß der Flüssigkeit vor ihrer Einschaltung die Möglichkeit gegeben ist, sich zu beschleunigen, so daß sie von An-•fang an mit einer bestimmten Geschwindig-s <> if the cock 41 is then opened, first of all the liquid 40 and the mercury mass 44 accelerated. As well as the silver mirror 38, the sieve electrode 37 the activation of an active body of liquid begins. Also for this arrangement It is important that the liquid is given the opportunity before it is switched on is to accelerate so that it starts at a certain speed from the start.

1" keit in den Stromkreis hineingebracht wird. Durch das sich verjüngende Isoliergefäß 42 wird erreicht, daß mit zunehmender Abschaltzeit der mittlere Querschnitt des aktiven • Flüssigkeitsvolumens verringert wird.1 "speed is brought into the circuit. The tapered insulating vessel 42 ensures that with increasing switch-off time the mean cross-section of the active • liquid volume is reduced.

Claims

Claims ·.

i. Switch with electrodes moved in resistance fluid, between which to interrupt the current, a resistance that increases with the movement of the electrodes is switched on, characterized in that the active one, which conducts the current Liquid between the electrodes during the switching process, namely at the beginning of the electrode movement, is replaced and / or supplemented by continuously adding fresh switching fluid.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the electrodes are the 6 « In the form of sieves, grids or grids and which. Liquid is passed through one or all of the electrodes.

3. Switch according to claim 2, characterized in that fresh liquid the space between the electrodes flows towards the side of the electrode surfaces and the outflow of the liquid from the active liquid body on both sides through the sieve or grid-shaped electrode surfaces takes place through.

4. Switch according to claim 1, characterized. marked that. the mean cross-section of the active liquid volume decreases with increasing switch-off time will.

5. Switch according to claim 4, characterized in that the active volume of liquid is constricted by insulating bodies.

6. Switch according to claim 4, characterized by a movable multiple electrode made up of electrode areas of decreasing cross-section, which initially moves as a whole and then moves away from it Separate the individual electrode areas with a smaller cross-section one after the other.

7. Switch according to claim 4, characterized in that one or all of the electrodes are deformable.

8. Switch according to claim 4, characterized in that the deformable Electrodes made of a liquid that conducts well relative to the active resistance liquid consist, for example, of mercury.

1 sheet of drawings