EP1047094B1 - Self-recovering current-limiting device with liquid metal - Google Patents

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EP1047094B1
EP1047094B1 EP20000108135 EP00108135A EP1047094B1 EP 1047094 B1 EP1047094 B1 EP 1047094B1 EP 20000108135 EP20000108135 EP 20000108135 EP 00108135 A EP00108135 A EP 00108135A EP 1047094 B1 EP1047094 B1 EP 1047094B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
limiting device
piston
self
liquid metal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20000108135
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1047094A1 (en
Inventor
Wolfgang Kremers
Andreas Krätzschmar
Frank Berger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
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Filing date
Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H87/00—Protective devices in which a current flowing through a liquid or solid is interrupted by the evaporation of the liquid or by the melting and evaporation of the solid when the current becomes excessive, the circuit continuity being reestablished on cooling

Definitions

  • the invention relates to a self-recovering current-limiting device with liquid metal according to the preamble of claim 1.
  • the electrical connection of the electrodes is interrupted via the liquid metal, which leads to the limitation of the short-circuit current.
  • the connecting channels fill again with liquid metal, whereupon the current limiting device is ready for operation again.
  • the connecting channels of adjacent partition walls are arranged offset from each other according to document SU 1 076 981 A.
  • a current limiting device is described with only one compressor chamber and mentioned as a medium above the liquid level vacuum, inert gas or an insulating liquid. It is known from document DE 26 52 506 A1 to use gallium alloys, in particular GaInSn alloys, in the case of contact devices as liquid metal.
  • U.S. Patent No. 4,429,295 discloses a self-recovering current limiting device including solid metal hollow cylindrical electrodes, two compressor compartments fully filled with liquid metal, and an intermediate wall having communication channels separating them.
  • the electrodes form with a respective inner piston of insulating material, a cylinder-piston device for receiving the evaporation pressure in the current limiting case against a return means in the form of an inert gas or a spring means.
  • GB-PS 1,209,020 a self-recovering current-limiting device is described in which a fixed and a movable electrode are conductively connected via a completely filled with liquid metal reservoir and a connecting channel.
  • the movable electrode is displaced by the pressure-evaporating liquid metal against a gaseous return means, wherein a connected to the movable electrode and outwardly reaching plunger can be connected to an actuator for a display center or a circuit breaker.
  • a connected to the movable electrode and outwardly reaching plunger can be connected to an actuator for a display center or a circuit breaker.
  • the invention is therefore based on the object to improve the performance of a generic current limiting device.
  • the high internal pressure in the current-limiting device which occurs when the current limiting case occurs, shifts the piston of the cylinder-piston device against the force effect of the return means in the direction of the adjacent electrode at high speed.
  • the associated increase in the volume of the associated compressor chamber leads to a equally rapid lowering of the liquid level, primarily in this compressor room. It has been found that while the current limiting process is dynamized in the sense of acceleration. This rapid lowering of the liquid level is generally so far that at least one of the intermediate walls all connecting channels emerge from the liquid metal, resulting in a significant extension of a resulting arc and thus to a stronger current limit or even the complete interruption of the current.
  • the ram reaching through the adjacent electrode on the piston serves on the one hand for better guidance of the piston and on the other hand is connected with latching means in such a way that after occurrence of a current limiting case the piston is no longer brought by itself by the return means into its starting position, but only after removal of the cause has to be reset consciously.
  • An advantageous development of the invention is that by lowering the liquid level below the connecting channels of one or more intermediate walls, the current limiting device remains turned off until deliberately made provision.
  • the locking means may also have a plurality of locking positions, which are associated with a setting scale and preferably with a pointer a plurality of initial positions of the plunger and thus of the piston. It has been found that the magnitude of the operating current is reduced under otherwise identical conditions as the level of the liquid metal over the connecting channels decreases. Thus, one and the same current limiting device can be adjusted by setting the plunger on the user side to a required rated current factor of a plurality of possible rated current factors. At the nominal current multiplied by the rated current factor, for which the system to be protected is designed, the current limiting device should respond. The extreme detent position can even be used to deliberately turn off the current limiting device. Are multiple current limiting devices to a multi-pole Merged establishment, then recommends the connection of the plunger of all poles, for example via a bridge.
  • the changing arrangement of the connecting channels of adjacent intermediate walls improves the current limiting behavior on the one hand by elongation of arcs and on the other hand facilitates the current limiting or even switching off lowering of the liquid level under at least a part of the connecting channels.
  • An advantageous development of the invention and thus further acceleration of the current limiting operation is the utilization of electrodynamic forces of a high current, if this either completely by the return means or at least to a considerable extent by the return means and parallel to at least by another, preferably flexible conductor out becomes.
  • this is a coil spring as elastic return means.
  • the liquid metal 6 is very quickly displaced from the connecting channels 10 and partially evaporated, which results in a steep pressure rise in the compressor chambers 7 and 8.
  • the strong increase in current in the helical return means 17 that counteract the resulting electrodynamic forces of the spring force and strive to contract the return means 17.
  • Both effects cause the piston 16 is driven at high speed to the adjacent electrode 4, so that it comes to an enlargement of the compressor chamber 8 connected to the piston 16. This enlargement in turn causes a rapid drop in the liquid level 13, so that it drops below the level of the connecting channels 10 of some intermediate walls 9 in the course of the piston movement.

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Description

Die Erfindung betrifft eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a self-recovering current-limiting device with liquid metal according to the preamble of claim 1.

Aus der Druckschrift SU 922 911 A ist eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung bekannt, die zwei Elektroden aus Festmetall enthält, die durch als druckfestes Isoliergehäuse ausgebildete erste Isolierkörper getrennt sind. Innerhalb des Isoliergehäuses sind durch isolierende Zwischenwände und dazwischen angeordnete zweite Isolierkörper, die als ringförmige Dichtscheiben ausgeführt sind, mit Flüssigmetall teilweise aufgefüllte, hintereinander liegende Verdichterräume ausgebildet, die untereinander über mit Flüssigmetall ausgefüllte, außermittig angeordnete Verbindungskanäle der Zwischenwände verbunden sind. Damit besteht im Normalbetrieb über das Flüssigmetall eine durchgehende innere leitende Verbindung zwischen den Elektroden. Im Strombegrenzungsfall wird infolge der hohen Stromdichte das Flüssigmetall aus den Verbindungskanälen verdrängt. Damit ist die elektrische Verbindung der Elektroden über das Flüssigmetall unterbrochen, was zur Begrenzung des Kurzschlussstromes führt. Nach Abschaltung oder Beseitigung des Kurzschlusses füllen sich die Verbindungskanäle wieder mit Flüssigmetall, worauf die Strombegrenzungseinrichtung erneut betriebsbereit ist. Zur Verbesserung der Begrenzungseigenschaften sind nach Druckschrift SU 1 076 981 A die Verbindungskanäle benachbarter Zwischenwände gegeneinander versetzt angeordnet. In der Druckschrift DE 40 12 385 A1 wird eine Strombegrenzungseinrichtung mit nur einem Verdichterraum beschrieben und als Medium über dem Flüssigkeitsspiegel Vakuum, Schutzgas oder eine isolierende Flüssigkeit erwähnt. Es ist nach Druckschrift DE 26 52 506 A1 bekannt, bei Kontakteinrichtungen als Flüssigmetall Gallium-Legierungen, insbesondere GalnSn-Legierungen zu verwenden.From the document SU 922 911 A a self-recovering current limiting device is known, which contains two electrodes made of solid metal, which are separated by formed as a pressure-resistant insulating first insulating body. Within the insulating housing are formed by insulating intermediate walls and interposed second insulating body, which are designed as annular sealing discs with liquid metal partially filled, one behind the other compressor spaces, which are connected to each other via filled with liquid metal, off-center connection channels of the intermediate walls. Thus, in normal operation, there is a continuous internal conductive connection between the electrodes via the liquid metal. In the current limiting case, the liquid metal is displaced from the connecting channels due to the high current density. Thus, the electrical connection of the electrodes is interrupted via the liquid metal, which leads to the limitation of the short-circuit current. After switching off or elimination of the short circuit, the connecting channels fill again with liquid metal, whereupon the current limiting device is ready for operation again. To improve the limiting properties, the connecting channels of adjacent partition walls are arranged offset from each other according to document SU 1 076 981 A. In the document DE 40 12 385 A1 a current limiting device is described with only one compressor chamber and mentioned as a medium above the liquid level vacuum, inert gas or an insulating liquid. It is known from document DE 26 52 506 A1 to use gallium alloys, in particular GaInSn alloys, in the case of contact devices as liquid metal.

In der US-PS 4 429 295 ist eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung beschrieben, die hohlzylindrische Elektroden aus Festmetall, zwei vollständig mit Flüssigmetall gefüllte Verdichterräume und eine diese trennende Zwischenwand mit Verbindungskanälen enthält. Die Elektroden bilden mit einem jeweils innen liegenden Kolben aus Isolierstoff eine Zylinder-Kolben-Einrichtung zur Aufnahme des Verdampfungsdruckes im Strombegrenzungsfall entgegen eines Rückstellmittels in Form eines Inertgases oder eines Federmittels. In der GB-PS 1 209 020 ist eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung beschrieben, bei der eine feststehende und eine bewegliche Elektrode über einen mit Flüssigmetall vollständig gefüllten Vorratsraum und einen Verbindungskanal leitend verbunden sind. Im Strombegrenzungsfall wird die bewegliche Elektrode durch den Druck verdampfenden Flüssigmetalls entgegen einem gasförmigen Rückstellmittel verschoben, wobei ein mit der beweglichen Elektrode verbundener und nach außen reichender Stößel mit einem Betätiger für ein Anzeigemitte oder einen Leistungsschalter verbunden werden kann. Nach Beendigung des Strombegrenzungsvorganges kehrt durch das kondensierende Flüssigmetall die bewegliche Elektrode mit dem Stößel in die Ausgangslage zurück. Für bestimmte Anwendungen ist es wünschenswert, dass der Strombegrenzungsvorgang noch schneller abläuft.U.S. Patent No. 4,429,295 discloses a self-recovering current limiting device including solid metal hollow cylindrical electrodes, two compressor compartments fully filled with liquid metal, and an intermediate wall having communication channels separating them. The electrodes form with a respective inner piston of insulating material, a cylinder-piston device for receiving the evaporation pressure in the current limiting case against a return means in the form of an inert gas or a spring means. In GB-PS 1,209,020 a self-recovering current-limiting device is described in which a fixed and a movable electrode are conductively connected via a completely filled with liquid metal reservoir and a connecting channel. In the current limiting case, the movable electrode is displaced by the pressure-evaporating liquid metal against a gaseous return means, wherein a connected to the movable electrode and outwardly reaching plunger can be connected to an actuator for a display center or a circuit breaker. After completion of the current limiting process returns through the condensing liquid metal, the movable electrode with the plunger back to the starting position. For certain applications, it is desirable for the current limiting process to be faster.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Arbeitsverhalten einer gattungsgemäßen Strombegrenzungseinrichtung zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve the performance of a generic current limiting device.

Ausgehend von einer Strombegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.Starting from a current limiting device of the type mentioned, the object is achieved by the characterizing features of the independent claim, while the dependent claims advantageous developments of the invention can be found.

Der bei Eintritt des Strombegrenzungsfalles entstehende hohe Innendruck in der Strombegrenzungseinrichtung verschiebt mit hoher Geschwindigkeit den Kolben der Zylinder-Kolben-Einrichtung gegen die Kraftwirkung des Rückstellmittels in Richtung der benachbarten Elektrode. Die damit verbundene Vergrößerung des Volumens des zugehörigen Verdichterraumes führt zu einer ebenso schnellen Absenkung des Flüssigkeitsspiegels, in erster Linie in diesem Verdichterraum. Es wurde herausgefunden, dass dabei der Strombegrenzungsvorgang im Sinne einer Beschleunigung dynamisiert wird. Diese schnelle Absenkung des Flüssigkeitsspiegels erfolgt im allgemeinen so weit, dass wenigstens bei einer der Zwischenwände alle Verbindungskanäle aus dem Flüssigmetall auftauchen, was zu einer erheblichen Verlängerung eines entstehenden Lichtbogens und damit zu einer stärkeren Strombegrenzung oder gar zur vollständigen Unterbrechung des Stromes führt. Der durch die benachbarte Elektrode reichenden Stößel am Kolben vorzusehen dient zum einen der besseren Führung des Kolbens und ist zum anderen mit Rastmitteln in der Art verbunden sein, dass nach Auftreten eines Strombegrenzungsfalles der Kolben nicht mehr von selbst durch das Rückstellmittel in seine Ausgangslage gebracht wird, sondern erst nach Beseitigung der Störursache bewusst zurückgesetzt werden muss.The high internal pressure in the current-limiting device, which occurs when the current limiting case occurs, shifts the piston of the cylinder-piston device against the force effect of the return means in the direction of the adjacent electrode at high speed. The associated increase in the volume of the associated compressor chamber leads to a equally rapid lowering of the liquid level, primarily in this compressor room. It has been found that while the current limiting process is dynamized in the sense of acceleration. This rapid lowering of the liquid level is generally so far that at least one of the intermediate walls all connecting channels emerge from the liquid metal, resulting in a significant extension of a resulting arc and thus to a stronger current limit or even the complete interruption of the current. The ram reaching through the adjacent electrode on the piston serves on the one hand for better guidance of the piston and on the other hand is connected with latching means in such a way that after occurrence of a current limiting case the piston is no longer brought by itself by the return means into its starting position, but only after removal of the cause has to be reset consciously.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass durch Absenkung des Flüssigkeitsspiegels unterhalb der Verbindungskanäle einer oder mehrerer Zwischenwände die Strombegrenzungseinrichtung bis zur bewusst vorgenommenen Rückstellung ausgeschaltet bleibt.An advantageous development of the invention is that by lowering the liquid level below the connecting channels of one or more intermediate walls, the current limiting device remains turned off until deliberately made provision.

Die Rastmittel können auch mehrere Raststellungen aufweisen, denen in Verbindung mit einer Einstellskala und vorzugsweise mit einem Zeiger mehrere Ausgangsstellungen des Stößels und damit des Kolbens zugeordnet sind. Es wurde gefunden, dass sich die Größe des Ansprechstromes bei im übrigen gleichen Bedingungen mit abnehmender Füllstandshöhe des Flüssigmetalls über den Verbindungskanälen verringert. Damit kann ein und dieselbe Strombegrenzungseinrichtung durch Setzen des Stößels anwenderseitig auf einen erforderlichen Nennstromfaktor aus einer Mehrzahl von möglichen Nennstromfaktoren eingestellt werden kann. Bei dem mit dem Nennstromfaktor multiplizierten Nennstrom, für den die zu schützende Anlage ausgelegt ist, soll die Strombegrenzungseinrichtung ansprechen. Die äußerste Raststellung kann sogar zum bewussten Ausschalten der Strombegrenzungseinrichtung verwendet werden. Sind mehrere Strombegrenzungseinrichtungen zu einer mehrpoligen Einrichtung zusammengeführt, dann empfiehlt sich die Verbindung der Stößel aller Pole, beispielsweise über eine Brücke.The locking means may also have a plurality of locking positions, which are associated with a setting scale and preferably with a pointer a plurality of initial positions of the plunger and thus of the piston. It has been found that the magnitude of the operating current is reduced under otherwise identical conditions as the level of the liquid metal over the connecting channels decreases. Thus, one and the same current limiting device can be adjusted by setting the plunger on the user side to a required rated current factor of a plurality of possible rated current factors. At the nominal current multiplied by the rated current factor, for which the system to be protected is designed, the current limiting device should respond. The extreme detent position can even be used to deliberately turn off the current limiting device. Are multiple current limiting devices to a multi-pole Merged establishment, then recommends the connection of the plunger of all poles, for example via a bridge.

Die wechselnde Anordnung der Verbindungskanäle benachbarter Zwischenwände verbessert einerseits durch Längung entstehender Lichtbögen das Strombegrenzungsverhalten und erleichtert anderseits die strombegrenzende oder gar abschaltende Absenkung des Flüssigkeitsspiegels unter wenigstens einen Teil der Verbindungskanäle. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung und damit weiteren Beschleunigung des Strombegrenzungsvorgangs besteht in der Ausnutzung elektrodynamischer Kräfte eines hohen Stromes, wenn dieser entweder vollständig durch das Rückstellmittel oder wenigstens zu einem erheblichen Teil durch das Rückstellmittel und dazu parallel wenigstens durch einen anderen, vorzugsweise flexiblen Leiter, geführt wird. Insbesondere eignet sich hierfür eine Schraubenfeder als elastisches Rückstellmittel.The changing arrangement of the connecting channels of adjacent intermediate walls improves the current limiting behavior on the one hand by elongation of arcs and on the other hand facilitates the current limiting or even switching off lowering of the liquid level under at least a part of the connecting channels. An advantageous development of the invention and thus further acceleration of the current limiting operation is the utilization of electrodynamic forces of a high current, if this either completely by the return means or at least to a considerable extent by the return means and parallel to at least by another, preferably flexible conductor out becomes. In particular, this is a coil spring as elastic return means.

Ist Vakuum oder ein Schutzgas mit gegenüber der Atmosphäre niedrigem Druck als Medium sowohl in den Verdichterräumen über dem Flüssigmetall als auch in dem Raum zwischen Kolben und benachbarter Elektrode vorgesehen, dann sind in der Regel keine Maßnahmen zum Druckausgleich infolge der Kolbenbewegung erforderlich.If a vacuum or a protective gas with low pressure compared to the atmosphere medium is provided both in the compressor chambers above the liquid metal and in the space between the piston and adjacent electrode, then usually no measures for pressure equalization due to the piston movement are required.

GalnSn-Legierungen als zu verwendendes Flüssigmetall sind einfach zu handhaben durch ihre physiologische Unbedenklichkeit. Eine Legierung aus 660 Gewichtsanteilen Gallium, 205 Gewichtsanteilen Indium und 135 Gewichtsanteilen Zinn ist bei Normaldruck von 10°C bis 2000°C flüssig und besitzt eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit.GalnSn alloys as liquid metal to be used are easy to handle due to their physiological safety. An alloy of 660 parts by weight of gallium, 205 parts by weight of indium and 135 parts by weight of tin is liquid under normal pressure of 10 ° C to 2000 ° C and has sufficient electrical conductivity.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigenFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following, explained with reference to figures embodiment. Show it

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen

Fig. 1a, 1b:
ein beispiel einer nicht erfindungsgemäßen Strombegrenzungseinrichtung im Längsschnitt;
Fig. 2a, 2b:
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strombegrenzungseinrichtung im Längsschnitt.
Further details and advantages of the invention will become apparent from the following, with reference to figures explained embodiments. Show it
Fig. 1a, 1b:
an example of a non-inventive current limiting device in longitudinal section;
2a, 2b:
an embodiment of the current limiting device according to the invention in longitudinal section.

Die selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung 1 nach Fig. 1a enthält zwei Elektroden 3 und 4 aus Kupfer, die in äußere Anschlussleiter 5 übergehen. Zwischen den Elektroden 3 und 4 sind mehrere mit Flüssigmetall 6 teilweise aufgefüllte, hintereinander liegende Verdichterräume 7 und 8 angeordnet. Die Verdichterräume 7, 8 sind untereinander durch isolierende Zwischenwände 9 getrennt. Die Zwischenwände 9 weisen gegeneinander versetzte Verbindungskanäle 10 auf. Die Elektroden 3, 4 sowie die Zwischenwände 9 werden durch druckfeste Isolierkörper in Form von Dichtscheiben 11 und in Form eines Formgehäuses 12 aus zwei Halbschalen gehalten. Der der rechtsseitigen Elektrode 4 benachbarte Verdichterraum 8 wird durch eine diesen Verdichterraum 8 abdichtende Zylinder-Kolben-Einrichtung gebildet, die aus einem isolierenden Zylinde 15 und einem darin dicht geführten Kolben 16 aus Kupfer besteht. Der Kolben 16 ist als offener Zylinder ausgebildet und liegt infolge der Kraftwirkung eines elastischen Rückstellmittels 17, das sich in Form einer Schraubenfeder an den gegenüberliegenden Innenflächen von Kolben 15 und Elektrode 4 abstützt, mit seinem Kragen 18 an der benachbarten Zwischenwand 9 an. Das Rückstellmittel 17 besteht aus leitendem Material und ist mit den Innenseiten des Kolbens 16 und der benachbarten Elektrode 4 sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend verbunden. Nach Fig. 1a befindet sich der Flüssigkeitsspiegel 13 des Flüssigmetalls 6 in allen Verdichterräumen 7, 8 oberhalb der Verbindungskanäle 10. Somit besteht im Normalbetrieb der Strombegrenzungseinrichtung 1 eine durchgehende leitende Verbindung von der linksseitigen Elektrode 3 über das Flüssigmetall 6 in den Verdichterräumen 7 und 8 sowie in den Verbindungskanälen 10, über den Kolben 16 und über das Rückstellmittel 17 zur rechtsseitigen Elektrode 4.The self-recovering current-limiting device 1 according to FIG. 1 a contains two electrodes 3 and 4 made of copper, which pass into external connecting conductor 5. Between the electrodes 3 and 4 a plurality of liquid metal 6 partially filled, one behind the other compressor chambers 7 and 8 are arranged. The compressor rooms 7, 8 are separated from each other by insulating partitions 9. The intermediate walls 9 have mutually offset connection channels 10. The electrodes 3, 4 and the intermediate walls 9 are held by pressure-resistant insulating body in the form of sealing disks 11 and in the form of a molded housing 12 of two half-shells. The right-hand electrode 4 adjacent the compressor chamber 8 is formed by a compressor chamber 8 this sealing cylinder-piston device, which consists of an insulating cylinder 15 and a tightly guided therein piston 16 made of copper. The piston 16 is formed as an open cylinder and is due to the force of an elastic return means 17, which is supported in the form of a helical spring on the opposite inner surfaces of the piston 15 and electrode 4, with its collar 18 on the adjacent partition wall 9. The return means 17 is made of conductive material and is connected to the inner sides of the piston 16 and the adjacent electrode 4, both mechanically and electrically conductive. According to Fig. 1a, the liquid level 13 of the liquid metal 6 is in all compressor rooms 7, 8 above the connecting channels 10. Thus, in normal operation of the current limiting device 1 is a continuous conductive connection of the left-side electrode 3 via the liquid metal 6 in the compressor chambers 7 and 8 and in the connecting channels 10, via the piston 16 and via the return means 17 to the right-side electrode 4th

Ein starker Anstieg des durch die Strombegrenzungseinrichtung 1 fließenden Stromes, in der Regel durch einen äußeren Kurzschluss, hat zwei Effekte zur Folge. Zum einen wird das Flüssigmetall 6 infolge der stark ansteigenden Stromdichte sehr schnell aus den Verbindungskanälen 10 verdrängt und zum Teil verdampft, was einen steilen Druckanstieg in den Verdichterräumen 7 und 8 zur Folge hat. Zum anderen bewirkt der starke Stromanstieg in dem schraubenförmigen Rückstellmittel 17, dass die dabei entstehenden elektrodynamischen Kräfte der Federkraft entgegenwirken und bestrebt sind, das Rückstellmittel 17 zusammenzuziehen. Beide Effekte bewirken, dass der Kolben 16 mit großer Geschwindigkeit zu der benachbarten Elektrode 4 hin getrieben wird, so dass es zu einer Vergrößerung des mit dem Kolben 16 verbundenen Verdichterraumes 8 kommt. Diese Vergrößerung wiederum bewirkt ein rasches Absinken des Flüssigkeitsspiegels 13, so dass dieser im Verlaufe der Kolbenbewegung unter das Niveau der Verbindungskanäle 10 einiger Zwischenwände 9 absinkt. Die beschriebenen Vorgänge beschleunigen erheblich den Strombegrenzungsvorgang, der bis zur vollständigen Stromunterbrechung führen kann. Nach Abschaltung des Stromes, was in der Regel durch einen in Reihe mit der Strombegrenzungseinrichtung 1 angeordneten Schutzschalter erfolgt, kehrt der Kolben 16 in seine Ausgangsstellung gemäß Fig. 1a zurück. Als Medium sowohl über dem Flüssigmetall 6 als auch in dem Raum zwischen Kolben 16 und benachbarter Elektrode 4 ist Vakuum vorgesehen, so dass keine Maßnahmen zum Druckausgleich erforderlich sind. Die für die Erfindung erheblichen Rastmittel werden mit Fig. 2a und 2b beschrieben.A large increase in the current flowing through the current limiting device 1, usually due to an external short circuit, has two effects. On the one hand, due to the strongly increasing current density, the liquid metal 6 is very quickly displaced from the connecting channels 10 and partially evaporated, which results in a steep pressure rise in the compressor chambers 7 and 8. On the other hand causes the strong increase in current in the helical return means 17 that counteract the resulting electrodynamic forces of the spring force and strive to contract the return means 17. Both effects cause the piston 16 is driven at high speed to the adjacent electrode 4, so that it comes to an enlargement of the compressor chamber 8 connected to the piston 16. This enlargement in turn causes a rapid drop in the liquid level 13, so that it drops below the level of the connecting channels 10 of some intermediate walls 9 in the course of the piston movement. The operations described significantly speed up the current limiting process, which can lead to the complete power interruption. After switching off the current, which is usually done by a arranged in series with the current limiting device 1 circuit breaker, the piston 16 returns to its initial position shown in FIG. 1a. As a medium both above the liquid metal 6 and in the space between the piston 16 and adjacent electrode 4 vacuum is provided, so that no measures for pressure equalization are required. The significant locking means for the invention are described with Figs. 2a and 2b.

In der selbsterholenden Strombegrenzungseinrichtung 2 nach Fig. 2a und 2b sind zum einen parallel zu der leitenden Verbindung durch das Rückstellmittel 17 zwischen dem Kolben 16 und der benachbarten Elektrode 4 flexible elektrische Leiter 19 angeordnet, so dass nur ein Teil des Gesamtstromes für die elektrodynamisch bewirkte Kompression des Rückstellmittels 17 zur Verfügung steht, die Kompression damit erst bei einem höheren Gesamtstrom zur Wirkung kommt. Zum anderen ist der Kolben 16 mit einem Stößel 20 versehen, der durch die benachbarte Elektrode 4 geführt nach außen reicht und dort mit Rastmitteln in Verbindung steht, welche im Beispiel aus mehreren am Stößel 20 seitlich angebrachten Rastkerben 21 und einem unter Federkraft stehenden Raststift 22 bestehen. Die Rastmittel sind im Sinne eines Gesperres ausgebildet, so dass der Kolben 16 während der Strombegrenzung sich zwar auf die benachbarte Elektrode 4 zu bewegt (Fig. 2b), jedoch nicht mehr selbsttätig zurück unter der alleinigen Wirkung des Rückstellmittels 17 in seine Ausgangslage (Fig. 2a) fahren kann. Dies kann erst durch bewusstes Lösen des Rastmittels unter Aufhebung der mit dem Raststift 22 verbundenen Federkraft erfolgen. Mit der in Fig. 2b gezeigten Raststellung des Stößels 20 wird demonstriert, dass nach einem Begrenzungsfall der Flüssigkeitsspiegel 13 des Flüssigmetalls 6 soweit unter das Niveau der Verbindungskanäle 10 gesunken ist, dass die Strombegrenzungseinrichtung 2 in dieser Position ausgeschaltet bleibt.In the self-recovering current limiting device 2 according to FIGS. 2 a and 2 b, flexible electrical conductors 19 are arranged parallel to the conductive connection by the return means 17 between the piston 16 and the adjacent electrode 4, so that only part of the total current for the electrodynamically effected compression the return means 17 is available, the compression thus comes only at a higher total current to the effect. On the other hand, the piston 16 is provided with a plunger 20 which extends outwardly through the adjacent electrode 4 and communicates there with latching means, which in the example consists of several plungers 20 laterally mounted notches 21 and a standing under spring detent pin 22 exist. The locking means are designed in the sense of a locking mechanism, so that the piston 16 while the current limit moves to the adjacent electrode 4 (Fig. 2b), but not automatically back under the sole action of the return means 17 in its initial position (Fig. 2a) can drive. This can be done only by deliberate release of the locking means while canceling the spring force associated with the locking pin 22. With the locking position of the plunger 20 shown in Fig. 2b it is demonstrated that after a limiting case, the liquid level 13 of the liquid metal 6 has dropped below the level of the connecting channels 10 that the current limiting device 2 remains off in this position.

Der Stößel 16 weist eine Einstellskala 23 auf, die den einzelne Rastkerben 21 zugeordnet ist. Der Raststift 22 ist als Zeiger zum besseren Ablesen der gerade eingenommen Raststellung ausgebildet. Die Größe des Ansprechstromes, bei dem die Strombegrenzung einsetzt, ist abhängig von der Füllstandshöhe des Flüssigmetalls 6 über den Verbindungskanälen 10. Damit kann die Strombegrenzungseinrichtung 2 durch bewusstes Setzen des Stößels 20 anwenderseitig auf einen bestimmten Nennstromfaktor (im Beispiel "14") aus einer Mehrzahl von möglichen Nennstromfaktoren (im Beispiel "6" und "14") eingestellt werden kann. Zusätzlich kann die Strombegrenzungseinrichtung 2 bewusst ausgeschaltet werden (Raststellung "0" gemäß Fig. 1b).The plunger 16 has an adjustment scale 23 which is associated with the individual notches 21. The locking pin 22 is designed as a pointer for better reading of the currently occupied detent position. The size of the operating current, in which the current limit is used, depends on the filling level of the liquid metal 6 via the connecting channels 10. Thus, the current limiting device 2 by deliberately setting the plunger 20 user side to a certain nominal current factor (in the example "14") of a plurality of possible rated current factors (in the example "6" and "14") can be set. In addition, the current limiting device 2 can be deliberately switched off (detent position "0" according to FIG. 1b).

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondem umfasst auch alle im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche gleichwirkenden Ausführungsformen. So lässt sich die Erfindung beispielsweise dahingehend weiterbilden, dass mehrere zum Schutz einer mehrpoligen Anlage baulich vereinigte baugleiche Strombegrenzungseinrichtungen 2 zur gemeinsamen Verstellung mit ihren Stößeln 20 über eine verbindende Brücke gekoppelt sind.The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes all embodiments having the same scope within the scope of the appended claims. Thus, the invention can be further developed, for example, to the effect that several to protect a multi-pole system structurally identical identical current limiting devices 2 are coupled for common adjustment with their plungers 20 via a connecting bridge.

Claims (9)

  1. Self-recovering current-limiting device with liquid metal, comprising electrodes (3; 4) of solid metal for connecting to a circuit to be protected and a plurality of compression chambers (7; 8), which are partially filled with liquid metal (6) and arranged in series between the electrodes, which compression chambers are formed by pressure-resistant insulating bodies (11; 12) and by insulating intermediate walls (9), which are held by the latter and have connecting channels (10), characterized in that
    at least one of the compression chambers (7; 8) adjacent to the electrodes (3; 4) is formed by a cylinder-piston device (15, 16) sealing this compression chamber (8), the piston (16) of which is connected in an electrically conducting manner to the adjacent electrode (4) and can be displaced in the direction of the adjacent electrode (4) against a restoring means (17), and in that
    the piston (16) has a push rod (20), which reaches through the adjacent electrode (4) to the outside and is in connection with latching means (21, 22), which prevent a spontaneous restoring movement of the piston (16).
  2. Self-recovering current-limiting device according to the preceding claim, characterized in that at least one latching position is provided, corresponding to a position of the piston (16) in which the liquid level (13) of the liquid metal (6) remains lowered below all the connecting channels (10) of at least one intermediate wall (9).
  3. Self-recovering current-limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of latching positions are provided in conjunction with a setting scale (23) for current-limiting characteristics to be set.
  4. Self-recovering current-limiting device according to the preceding claim, characterized in that the setting scale (23) is assigned a pointer (22).
  5. Self-recovering current-limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the push rod (20) of adjacent or integrated identical current-limiting devices (2) of additional poles are connected in a bridge-like manner.
  6. Self-recovering current-limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting channels (10) of adjacent intermediate walls (9) are arranged in such a way that the liquid metal (6) has changing filling levels with respect to the connecting channels (10).
  7. Self-recovering current-limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic restoring means (17) undertakes at least part of the electrical connection between the piston (16) and the adjacent electrode (4) and, if a predetermined value of the current flowing through the restoring means (17) is exceeded, is compressed by the effect of electrodynamic forces, taking the piston (16) with it.
  8. Self-recovering current-limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that a vacuum or a protective gas under negative pressure is provided on both sides of the piston (16).
  9. Current-limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid metal (6) is a GaInSn alloy.
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