WO2000054298A1 - Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall - Google Patents

Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall Download PDF

Info

Publication number
WO2000054298A1
WO2000054298A1 PCT/EP2000/001512 EP0001512W WO0054298A1 WO 2000054298 A1 WO2000054298 A1 WO 2000054298A1 EP 0001512 W EP0001512 W EP 0001512W WO 0054298 A1 WO0054298 A1 WO 0054298A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current limiting
limiting device
shells
self
recovering current
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/001512
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Kremers
Frank Berger
Thomas Freyermuth
Andreas Krätzschmar
Original Assignee
Moeller Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moeller Gmbh filed Critical Moeller Gmbh
Priority to EP00910699A priority Critical patent/EP1157401B1/de
Priority to US09/914,983 priority patent/US6621401B1/en
Priority to DE50004494T priority patent/DE50004494D1/de
Priority to AT00910699T priority patent/ATE254801T1/de
Publication of WO2000054298A1 publication Critical patent/WO2000054298A1/de

Links

Classifications

    • 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, which contains electrodes made of solid metal for connection to an external circuit to be protected and several compressor rooms which are partially filled with liquid metal and are located one behind the other between the electrodes and which are formed by pressure-resistant insulating bodies and insulating partition walls held by them with connecting channels
  • Such a single-pole self-recovering current limiting device is known from the publication SU 922 911 A, which contains two electrodes made of solid metal, which are separated by first insulating bodies designed as pressure-resistant insulating housings. Inside the insulating housing, insulated intermediate walls and second insulating bodies arranged between them, which are designed as ring-shaped sealing disks, form compressor chambers which are partially filled with liquid metal and which are connected to one another via eccentrically arranged connecting channels of the intermediate walls filled with liquid metal. In normal operation, there is therefore 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.
  • the electrical connection of the electrodes via the liquid metal is thus interrupted, which leads to the limitation of the short-circuit current.
  • the connection channels fill again with liquid metal, whereupon the current limiting device is ready for operation again.
  • the partition walls have to withstand the pressure rise when liquid metal evaporates and are made of high-quality ceramic material with a high temperature resistance and a high resistance to arcing when compared to arcing.
  • a current limiting device with only one compressor chamber is described and vacuum, protective gas or an insulating liquid is mentioned as the medium above the liquid level.
  • the connecting channels of adjacent intermediate walls are arranged offset from one another.
  • the invention is therefore based on the object of significantly simplifying and reducing the cost of constructing a current limiting device.
  • the current limitation can be easily and quickly installed with little different parts of high functional integration. direction created without disadvantages for the properties of use. To implement a series of current limiting devices with different scaled nominal current ranges, it is sufficient to provide these few parts with their dimensions scaled accordingly.
  • the current limiting device is suitable for two positions of use pivoted essentially by 180 ° relative to one another.
  • the frictional connection of the two half-shells is done by known means, for example screw connections or or and clips.
  • a further embodiment of the invention consists in the structural combination of several poles belonging to a circuit, the seal along the joint surfaces of the half-shells simultaneously performing the seal between the poles.
  • a multi-pole current limiting device takes up a significantly smaller construction volume and requires less installation effort.
  • sealing material between the half-shells.
  • sealing bodies which are expediently to be inserted in hollow profiles provided for this purpose in the joining surfaces, and / or and a sealing layer which is to be applied, for example by gluing, to at least one of the joining surfaces, are proposed.
  • GalnSn alloys as the liquid metal to be used are easy to handle due to their physiological harmlessness.
  • An alloy of 660 parts by weight gallium, 205 parts by weight indium and 135 parts by weight tin is liquid at normal pressure from 10 ° C to 2000 ° C and has sufficient electrical conductivity.
  • Another advantageous embodiment of the invention consists on the one hand in that the half-shells in the region of the connecting channels have bushings made of insulating material which is resistant to high temperatures and erosion and, moreover, consist of a material of lower quality, for example a cast ceramic.
  • the half-shells - with the exception of the bushings - are advantageously made of an inexpensive molding material which, on the whole, must meet the pressure conditions which occur in the limitation case and, moreover, the lower temperature requirements which occur outside the vicinity of the connecting channels.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in the fact that the half-shells consist of a temperature-resistant and erosion-resistant non-ceramic material.
  • Mica in particular is an inexpensive and light material that can be machined, for example by means of machining processes, and has sufficient resistance to high temperatures and to the effects of arcing.
  • the half-shells can also be produced inexpensively, especially in large quantities, from a high-temperature-resistant molding material or from a glass ceramic that is easy to shape and process.
  • An advantageous method for equipping such a current limiting device consists in inserting the electrodes and a number of contiguous and thus easy-to-use parts of the frozen liquid metal into the recesses provided for this purpose in the lower half-shell.
  • Such a frozen part consists of a number of bars, which is the number correspond to the compression spaces of the respective pole and a corresponding number of webs which connect the bars one behind the other.
  • the part is inserted with its bars into the compression half-spaces formed by the relevant half-shell and with its webs into the half connecting channels formed by this half-shell.
  • the current limiting device is then completed by closely joining the two half-shells.
  • the height of the frozen bars essentially corresponds to the later fill level of the molten liquid metal at the use temperature. Inlet openings in the insulating body for the liquid metal and outlet openings for gases to be displaced are not required.
  • An advantageous method for equipping the current limiting device according to the invention generally consists in that the liquid metal in the form of frozen and thus easy-to-handle, non-contiguous bars are inserted into the compression half-spaces formed by the lower half-shell.
  • the current limiting device is then completed by closely joining the two half-shells.
  • the height of the frozen ingot is decisive for the later level of the molten liquid metal. Inlet and outlet openings in the insulating body are not necessary here either.
  • the two half-shells are expediently to be connected under vacuum or a protective gas.
  • the vacuum or the protective gas forms the medium above the liquid level.
  • the outer envelope of the current limiting device 1 is one
  • Insulating body formed from two identical half-shells 2 and 3, which are to be connected at their joining surfaces 4 and 5.
  • the joining surfaces 4, 5 run in the central plane of the fully assembled current limiting device 1.
  • Shells 2 and 3 are made of a molded material that can withstand the pressure that occurs in the event of a short circuit, but does not have to meet the high requirements for the conditions that arise in the event of a short circuit due to the high temperatures and arcing that occur.
  • the half-shells 2 and 3 each have two parallel dividing half-walls 6 and 7 which run perpendicular to the joining surfaces 4 and 5 and in the interior of the connected half-shells electrically separate three parallel poles 8, 9 and 10 from one another.
  • Each pole 8 to 10 is assigned two recesses 11 and 12 in the interior of the half-shells 2 and 3.
  • Half of the cutouts 11 and 12 of the lower half-shell 2 receive T-shaped electrodes 13 and 14 made of copper (shown in FIG. 1 only for the middle pole 9).
  • the other half of the electrodes 13, 14 is received by the corresponding recesses 11, 12 of the upper half-shell 3.
  • the electrodes 13 and 14 each consist of a parallelepiped-shaped cross leg 15 and a central leg 16 projecting perpendicularly therefrom, which in each case forms the connecting conductor for the outer circuit to be protected, reaching outwards from the assembled half-shells 2 and 3.
  • the transverse legs 15 extend perpendicular to the joining surfaces 4, 5 and to the dividing half-walls 6, 7.
  • the middle legs 16 extend parallel to the joining surfaces 4, 5 and in continuation of the poles 8, 9, 10.
  • each half-shell 2 or 3 extends in the middle pole 9 between the partition walls 6 and 7 that laterally delimit it, and in the pole 8 on the right between the side boundary wall 6 and the opposite half side wall 21 and in the pole on the left 10 between the laterally delimiting partition 7 and the opposite half side wall 22 each have an odd number of intermediate half-walls 23 and 24.
  • the intermediate half-walls 23 and 24 result from the bottom wall 18 below lower half-shell 2 to the top wall 19 of the upper half-shell 3 extending intermediate walls 25.
  • each pole 8, 9, 10 is one by the electrodes 13 and 14 and the adjacent intermediate wall 25 and two adjacent intermediate walls 25 successive row of compressor spaces 26 are formed, each composed of a lower compressor half space 27 located in the lower half shell 2 and an upper compressor half space 28 located in the upper half shell 3.
  • Each half-shell 2 and 3, including the intermediate half-walls 23 and 24, is formed in one piece.
  • the intermediate half-walls 23 and 24 each have two semicircular, stepped recesses 31 and 32, which are open in the plane of the respective joining surface 4 and 5, respectively.
  • Correspondingly shaped bushings 33 made of non-conductive material are to be inserted into the recesses 31 of the lower half-shell 2 (shown in FIG. 1 only in the middle pole 9 and in the foremost intermediate half wall 23 of the right-hand pole 8, for the remaining part of the pole 8 only in Projection indicated over the associated recesses 31).
  • the corresponding recesses 32 of the intermediate half-walls 24 of the upper half-shell 3 also surround the bushes.
  • the bushes 33 have a central through bore, with which there are connecting channels 34 between adjacent compressor spaces 26.
  • the sockets 33 consist of a high-temperature-resistant ceramic material which meets the extreme requirements against arcing influences in the event of a short circuit.
  • the sockets 33 of adjacent intermediate walls 25 are arranged offset from one another.
  • the center plane of the current limiting device 1 simultaneously forms the common center plane of all the connecting channels 34 and runs between the joining surfaces 4 and 5.
  • Ingots 35 made of frozen liquid metal are inserted into the compression half-spaces 27 of the lower half-shell 2 equipped so far (only shown for the central pole 9 in FIG. 1).
  • the bars 35 are held flush by the partition walls 23 and the partition walls 6 and side walls 21, 22.
  • the height of the bars 35 extends beyond the level of the joining surface 2 to such an extent that after the current limiting elements have been assembled, direction 1, the melting liquid metal fills the connecting channels 34 and with its liquid level exceeds them with a sufficient distance. If the half-shells 2 and 3 are joined together under a protective gas atmosphere, this protective gas then forms the medium above the liquid level.
  • open grooves 41 are inserted into the joining surfaces, into which insulating sealing bodies (not shown in FIG. 1) are to be inserted.
  • An insulating sealing layer (likewise not shown in FIG. 1) is glued onto the joining surface 4 or 5 and 5.
  • the number of intermediate half-walls 23 and 24 results in an even number of compressor half-spaces 27 and 28, which in turn allows the identical design of both half-shells 2 and 3.
  • the current limiting device 1 can be operated in two positions of use, the second position of use resulting from the first position of use by pivoting 180 ° about the longitudinal axis running through the central pole 9.
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, but also encompasses all embodiments having the same effect in the sense of the invention.
  • the half-shells 2 and 3 can also be assembled without solidified liquid metal previously divided into bars, only in this case are closable filling openings for the liquid metal to be subsequently filled in and, if necessary, provide closable outlet openings for escaping gas.
  • the half-shells are made of a temperature-resistant and erosion-resistant material, half of the connecting channels can be formed directly from the intermediate half-walls, so that contiguous frozen parts made of liquid metal per pole can be inserted during assembly.
  • the current limiting device according to the invention can also be designed with more or less than three poles.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Fuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall. Sie enthält Elektroden (13; 14) aus Festmetall zum Anschließen an einen äußeren zu schützenden Stromkreis und mehrere mit Flüssigmetall teilweise aufgefüllte, zwischen den Elektroden (13; 14) hintereinander liegende Verdichterräume (26), die durch druckfeste Isolierkörper und durch diese gehaltene isolierende Zwischenwände (25) mit Verbindungskanälen (34) gebildet werden. Die Isolierkörper und die Zwischenwände (25) bilden je eine einheitliche obere und untere Halbschale (2; 3) mit einander gegenüber liegenden Fügeflächen (4; 5). Die Halbschalen (2; 3) sind im Bereich der gemeinsamen Mittelebene der Verbindungskanäle (34) entlang der Fügeflächen (4; 5) dichtend verbunden. Die T-förmig ausgebildeten Elektroden (13; 14) lagern je zur Hälfte in entsprechenden Aussparungen (11; 12) der Halbschalen (2; 3) und reichen mit ihrem Mittelschenkel (16) aus den Halbschalen (2; 3) nach außen.

Description

B e s c h r e i b u n g
Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall, die Elektroden aus Festmetall zum Anschließen an einen äußeren zu schützenden Stromkreis und mehrere mit Flüssigmetall teilweise aufgefüllte, zwischen den Elektroden hintereinander liegende Verdichterräume enthält, die durch druckfeste Isolierkörper und durch diese gehaltene isolierende Zwischenwände mit Verbindungskanälen gebildet werden
Stand der Technik
Aus der Druckschrift SU 922 911 A ist eine solche einpolige 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 Strombegrenzungsfali 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. Die Zwischenwände müssen dem Druckanstieg bei Verdampfung von Flüssigmetall standhalten und bestehen aus hochwertigem keramischem Material mit einer hohen Temperaturfestigkeit und einer gegenüber Lichtbogenwirkung hohen Abbrandfestigkeit. 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. Zur Verbesserung der Begrenzungseigenschaften sind nach Druckschrift SU 1 076 981 A die Verbindungskanäle benachbarter Zwi- schenwände gegeneinander versetzt angeordnet. Es ist nach Druckschrift DE 26 52 506 A1 bekannt, bei Kontakteinrichtungen Gallium-Legierungen, insbesondere GalnSn-Legierungen zu verwenden.
Die Strombegrenzungseinrichtungen nach dem Stand der Technik erfordern eine aufwendige und komplizierte Konstruktion - und zwar hinsichtlich der hohen Teilezahl als auch der zu verwendenden teuren Werkstoffe sowie deren schwierigen Bearbeitung.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Strombegrenzungseinrichtung wesentlich zu vereinfachen und zu verbilligen.
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.
Durch die einheitlich als Isolierkörper und Zwischenhalbwände ausgebildeten Halbschalen, deren dichtende Verbindung sowie die Lagerung der T-förmig ausgebildeten Elektroden wird mit wenig unterschiedlichen Teilen hoher Funktionsintegration eine einfach und schnell montierbare Strombegrenzungsein- richtung geschaffen, ohne dass Nachteile für die Gebrauchseigenschaften entstehen. Zur Realisierung einer Baureihe von Strombegrenzungseinrichtungen unterschiedlich skalierter Nennstrombereiche genügt es, diese wenigen Teile in ihren Abmessungen entsprechend skaliert zur Verfügung zu stellen. Die Strombegrenzungseinrichtung ist für zwei, im wesentlichen um 180° gegeneinander verschwenkte Gebrauchslagen geeignet. Die kraftschlüssige Verbindung beider Halbschalen geschieht durch bekannte Mittel, beispielsweise Schraubverbindungen oder bzw. und Klammern.
Eine gerade Anzahl von Verdichterräumen zwischen den zu jeweils einem Pol gehörenden Elektroden führt zu dem Vorteil, beide Halbschalen identisch auszubilden, was eine weitere Verringerung der Teilezahl bedeutet.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht in der baulichen Zusammen- fassung mehrerer zu einem Stromkreis gehörender Pole, wobei die Dichtung entlang der Fügeflächen der Halbschalen gleichzeitig die Dichtung zwischen den Polen vornimmt. Gegenüber mehreren einpoligen Strombegrenzungseinrichtungen nimmt eine derartige mehrpolige Strombegrenzungseinrichtung ein wesentlich kleineres Bauvolumen ein und erfordert einen geringeren Monta- geaufwand.
Es ist zweckmäßig, zwischen den Halbschalen Dichtungsmaterial vorzusehen. Dazu werden insbesondere Dichtungskörper, die in zweckmäßiger Weise in dafür in den Fügeflächen vorgesehenen Hohlprofilen einzulegen sind, oder bzw. und eine Dichtungsschicht, die auf wenigstens eine der Fügeflächen aufzubringen, beispielsweise aufzukleben ist, vorgeschlagen.
Eine versetzte Anordnung der Verbindungskanäle benachbarter Zwischenwände führt zu einer Verlängerung des Lichtbogen und erhöht damit die Strombegrenzungswirkung; sie kann jedoch auch die Ausbildung eines langen Lichtbogens über alle Verdichterräume hinweg unterdrücken und zur Aufteilung in mehrere, wirksamer begrenzende Teillichtbögen zwingen. 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 be- sitzt eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit.
Eine andere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht einerseits darin, dass die Halbschalen im Bereich der Verbindungskanäle Buchsen aus hochtemperatur- und abbrandfestem isolierendem Material aufweisen und im übrigen aus einem demgegenüber geringwertigeren Werkstoff, beispielsweise einer gegossenen Keramik bestehen. Der Einsatz hochwertiger Materialien wird dadurch wirksam auf diejenigen Bereiche der Halbschalen, die im Kurzschlussfall den extremen Bedingungen ausgesetzt sind, eingeschränkt. Vorteilhaft sind die Halbschalen - ausgenommen die Buchsen - aus einem preis- werten Formstoff hergestellt, der im Ganzen den im Begrenzungsfall auftretenden Druckverhältnissen und im übrigen den außerhalb des Nahbereiches der Verbindungskanäle auftretenden geringeren Temperaturanforderungen genügen muss.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht anderseits darin, dass die Halbschalen aus einem temperatur- und abbrandfesten nichtkeramischen Werkstoff bestehen. Insbesondere Glimmer ist ein preiswerter und leicht, beispielsweise mittels spanender Formgebungsverfahren, bearbeitbarer Werkstoff und weist eine ausreichende Beständigkeit gegen hohe Temperatu- ren und gegen Lichtbogeneinwirkung auf. Die Halbschalen lassen sich auch preiswert, insbesondere bei hohen Stückzahlen, aus einem hochtemperatur- festen Formstoff oder aus einer leicht form- und bearbeitbaren Glaskeramik herstellen. Ein vorteilhaftes Verfahren zum Bestücken einer derartigen Strombegrenzungseinrichtung besteht darin, dass in die dafür vorgesehenen Aus- sparungen der unteren Halbschale die Elektroden und eine der vorgesehen Zahl von Polen entsprechende Anzahl zusammenhängender und damit leicht zu handhabender Teile des gefrorenen Flüssigmetalls eingelegt werden. Ein derartiges gefrorenes Teil besteht aus einer Anzahl von Barren, die der Anzahl der Verdichterräume des jeweiligen Pols entsprechen und einer entsprechenden Anzahl von Stegen, welche die Barren hintereinander verbinden. Das Teil wird mit seinen Barren in die von der betreffenden Halbschale gebildeten Verdichterhalbräume und mit seinen Stegen in die von dieser Halbschale gebil- deten halben Verbindungskanäle eingelegt. Danach wird durch dichtes Zusammenfügen beider Halbschalen die Strombegrenzungseinrichtung vervollständigt. Die Höhe der gefrorenen Barren entspricht im wesentlichen der späteren Füllstandshöhe des bei Gebrauchstemperatur geschmolzenen Flüssigmetalls. Einlassöffnungen im Isolierkörper für das Flüssigmetall sowie Aus- lassöffnungen für zu verdrängende Gase sind hierbei nicht erforderlich.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Bestücken der erfindungsgemäßen Strombegrenzungseinrichtung besteht allgemein darin, dass in die von der unteren Halbschale gebildeten Verdichterhalbräume das Flüssigmetall in Form von gefrorenen und damit leicht zu handhabenden, nicht zusammenhängenden Barren eingelegt werden. Danach wird durch dichtes Zusammenfügen beider Halbschalen die Strombegrenzungseinrichtung vervollständigt. Die Höhe der gefrorenen Barren ist maßgebend für die spätere Füllstandshöhe des geschmolzenen Flüssigmetalls. Einlass- und Auslassöffnungen im Isolierkörper sind auch hier nicht erforderlich.
Im Anschluss an die vorstehend beschriebenen Bestückungsverfahren sind die beiden Halbschalen zweckmäßig unter Vakuum oder einem Schutzgas zu verbinden. In der so fertiggestellten Strombegrenzungseinrichtung bildet das Vakuum bzw. das Schutzgas das Medium über dem Flüssigkeitsspiegel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die äußere Umhüllung der Strombegrenzungseinrichtung 1 wird von einem
Isolierkörper aus zwei gleichen Halbschalen 2 und 3 gebildet, die an ihren Fügeflächen 4 und 5 zu verbinden sind. Die Fügeflächen 4, 5 verlaufen in der Mittelebene der fertig montierten Strombegrenzungseinrichtung 1. Die Halb- schalen 2 und 3 bestehen aus einem Formstoff, der den im Kurzschlussfall auftretenden Druck widerstehen kann, jedoch nicht den hohen Anforderungen an die Bedingungen genügen muss, die im Kurzschlussfall durch die entstehenden hohen Temperaturen und die Lichtbögen entstehen. Die Halbschalen 2 und 3 besitzen jeweils zwei parallel verlaufende Trennhalbwände 6 und 7, die senkrecht zu den Fügeflächen 4 bzw. 5 verlaufen und im Inneren der verbundenen Halbschalen drei parallel nebeneinander verlaufende Pole 8, 9 und 10 elektrisch voneinander trennen. Jedem Pol 8 bis 10 sind im Inneren der Halbschalen 2 und 3 je zwei Aussparungen 11 und 12 zugeordnet. Von den Aussparungen 11 und 12 der unteren Halbschale 2 werden T-förmige Elektroden 13 bzw. 14 aus Kupfer je zur Hälfte aufgenommen (in Fig. 1 nur für den mittleren Pol 9 dargestellt). Die andere Hälfte der Elektroden 13, 14 wird von den entsprechenden Aussparungen 11 , 12 der oberen Halbschale 3 aufgenommen. Die Elektroden 13 und 14 bestehen aus jeweils einem quaderförmi- gen Querschenkel 15 und einem davon senkrecht abstehenden Mittelschenkel 16, der aus den zusammengefügten Halbschalen 2 und 3 nach außen reichend jeweils den Anschlussleiter für den äußeren zu schützenden Stromkreis bildet. Die Querschenkel 15 erstrecken sich senkrecht zu den Fügeflächen 4, 5 sowie zu den Trennhalbwänden 6, 7. Die Mittelschenkel 16 erstrecken sich parallel zu den Fügeflächen 4, 5 sowie in Fortsetzung der Pole 8, 9, 10.
In jeder Halbschale 2 bzw. 3 erstreckt sich im mittleren Pol 9 zwischen den ihn seitlich begrenzenden Trennhalbwänden 6 und 7 sowie in dem rechts gelegenen Pol 8 zwischen der seitlich begrenzenden Trennwand 6 und der gegen- über befindlichen halben Seitenwand 21 sowie in dem links gelegenen Pol 10 zwischen der seitlich begrenzenden Trennwand 7 und der gegenüber befindlichen halben Seitenwand 22 jeweils eine ungerade Anzahl von Zwischenhalb- wänden 23 bzw. 24. Die Zwischenhalbwände 23 und 24 ergeben beim Zusammenfügen der Halbschalen 2 und 3 sich von der unten gelegenen Deck- wand 18 der unteren Halbschale 2 zu der oben gelegenen Deckwand 19 der oberen Halbschale 3 erstreckenden Zwischenwände 25. In jedem Pol 8, 9, 10 wird jeweils durch die Elektrode 13 bzw. 14 und den ihr benachbarten Zwischenwand 25 sowie durch jeweils zwei benachbarte Zwischenwände 25 eine hintereinander liegende Reihe von Verdichterräumen 26 gebildet, die sich jeweils aus einem in der unteren Halbschale 2 befindlichen unteren Verdichterhalbraum 27 sowie einem in der oberen Halbschale 3 befindlichen oberen Verdichterhalbraum 28 zusammensetzen. Jede Halbschale 2 bzw. 3 ist ein- schließlich der Zwischenhalbwände 23 bzw. 24 einteilig ausgebildet.
Die Zwischenhalbwände 23 und 24 weisen im Beispiel jeweils zwei halbkreisförmige, stufenförmig abgesetzte Ausnehmungen 31 bzw. 32 auf, die in der Ebene der jeweiligen Fügefläche 4 bzw. 5 geöffnet sind. In die Ausnehmungen 31 der unteren Halbschale 2 sind entsprechend geformte Buchsen 33 aus nichtleitendem Material einzusetzen (in Fig. 1 nur in dem mittleren Pol 9 sowie in der vordersten Zwischenhalbwand 23 des rechtgelegenen Pols 8 eingesetzt dargestellt, für den restlichen Teil des Pols 8 nur in Projektion über den zugehörigen Ausnehmungen 31 angedeutet). Beim Zusammenfügen der Halb- schalen 2 und 3 werden die Buchsen ebenso von den entsprechenden Ausnehmungen 32 der Zwischenhalbwände 24 der oberen Halbschale 3 umgriffen. Die Buchsen 33 weisen einen zentrale Durchgangsbohrung auf, womit Verbindungskanäle 34 zwischen jeweils benachbarten Verdichterräumen 26 bestehen. Die Buchsen 33 bestehen im Gegensatz zu den Halbschalen 2 und 3 aus einem hochtemperaturbeständigem keramischen Material, das den extremen Anforderung gegen Lichtbogeneinflüsse im Kurzschlussfall genügt. Zur Verbesserung der Begrenzungseigenschaften der Strombegrenzungseinrichtung 1 sind die Buchsen 33 benachbarter Zwischenwände 25 zueinander versetzt angeordnet. Die Mittelebene der Strombegrenzungseinrichtung 1 bildet gleichzeitig die gemeinsame Mittelebene aller Verbindungskanäle 34 und verläuft zwischen den Fügeflächen 4 und 5.
In die Verdichterhalbräume 27 der soweit bestückten unteren Halbschale 2 werden Barren 35 aus gefrorenem Flüssigmetall eingesetzt (in Fig. 1 nur für den mittleren Pol 9 dargestellt). Die Barren 35 werden bündig von den Zwi- schenhalbwänden 23 und den Trennhalbwänden 6 bzw. Seitenwänden 21 , 22 gehalten. Die Barren 35 reichen mit ihrer Höhe über die Ebene der Fügefläche 2 soweit hinaus, dass nach dem Zusammenbau der Strombegrenzungsein- richtung 1 das schmelzende Flüssigmetall die Verbindungskanäle 34 ausfüllt und mit seinem Flüssigkeitsspiegel diese mit einem ausreichenden Abstand übersteigt. Wenn das Zusammenfügen der Halbschalen 2 und 3 unter einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird, bildet dann dieses Schutzgas das Medium über dem Flüssigkeitsspiegel.
In den Trennhalbwänden 6 und 7 sind zu den Fügeflächen offene Nuten 41 eingelassen, in die isolierende Dichtungskörper (in Fig. 1 nicht dargestellt) einzulegen sind. Auf die Fügefläche 4 oder bzw. und 5 wird eine isolierende Dichtungsschicht (in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellt) aufgeklebt. Durch diese Materialien wird die gegenseitige Abdichtung der Pole 8 bis 10 untereinander sowie die Abdichtung der Strombegrenzungseinrichtung 1 insgesamt nach außen gewährleistet. Die Halbschalen 2 und 3 sind kraftschlüssig zu verbinden, beispielsweise mittels gegenseitig verschraubbarer Klemmbacken (in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt). Durch die ungerade
Anzahl der Zwischenhalbwände 23 bzw. 24 ergibt sich eine gerade Anzahl von Verdichterhalbräumen 27 bzw. 28, was wiederum die identische Ausbildung beider Halbschalen 2 und 3 gestattet. Damit werden zur Herstellung der beschriebenen dreipoligen Ausführungsform der Strombegrenzungseinrich- tung 1 außer den eben genannten Dichtungs- und Verbindungsmitteln nur noch 4 verschiedene Teile benötigt, nämlich die identischen Halbschalen 2 und 3, die identischen Elektroden 13 und 14, die identischen Buchsen 33 und die identischen Barren 35. Die Strombegrenzungseinrichtung 1 kann in zwei Gebrauchslagen betrieben werden, wobei sich die zweite Gebrauchslage aus der ersten Gebrauchslage durch eine Schwenkung von 180° um die durch den mittleren Pol 9 verlaufende Längsachse ergibt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So können die Halbschalen 2 und 3 auch ohne von vorher in Barren aufgeteiltem erstarrtem Flüssigmetall zusammengefügt werden, nur sind in diesem Falle verschließbare Einfüllöffnungen für das nachträglich einzufüllende Flüssigmetall und erforderlichenfalls ver- schließbare Auslassöffnungen für entweichendes Gas vorzusehen. Wenn die Halbschalen insgesamt aus einem temperatur- und abbrandfesten Material bestehen, können die Verbindungskanäle direkt hälftig aus den Zwischen- halbwänden gebildet werden, so dass pro Pol zusammenhängende gefrorene Teile aus Flüssigmetall bei der Montage eingelegt werden können. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Strombegrenzungseinrichtung auch mit mehr oder mit weniger als drei Polen ausgeführt werden.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall, ent- haltend
- Elektroden (13; 14) aus Festmetall zum Anschließen an einen äußeren zu schützenden Stromkreis und
- mehrere mit Flüssigmetall teilweise aufgefüllte, zwischen den Elektroden (13; 14) hintereinander liegende Verdichterräume (26), - die durch druckfeste Isolierkörper und durch diese gehaltene isolierende
Zwischenwände (25) mit Verbindungskanälen (34) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Isolierkörper und die Zwischenwände (25) je eine einheitliche obere und untere Halbschale (2; 3) mit einander gegenüber liegenden Fügeflächen (4; 5) bilden,
- dass die Halbschalen (2; 3) im Bereich der gemeinsamen Mittelebene der Verbindungskanäle (34) entlang der Fügeflächen (4; 5) dichtend verbunden sind und
- dass die Elektroden (13; 14) im wesentlichen T-förmig ausgebildet sind, je zur Hälfte in entsprechenden Aussparungen (11 ; 12) der Halbschalen (2; 3) lagern und mit ihrem Mittelschenkel (16) aus den Halbschalen (2; 3) nach außen reichen.
2. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 , da- durch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden (13; 14) eine gerade Anzahl von Verdichterräumen (26) angeordnet ist und beide Halbschalen (2; 3) identisch ausgebildet sind.
3. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (2; 3) für mehrerer Pole
(8; 9; 10) je zwei Elektroden (13; 14) lagern und jeweils zwischen diesen hintereinander liegende Verdichterräume (26) unter Ausbildung isolierender Trennhalbwände (6; 7) umschließen, wobei die Pole (8; 9; 10) sich nebeneinander und parallel zur Mittelebene der Verbindungskanäle (34) erstrecken.
4. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach einem der vorste- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Fügeflächen (4; 5) der Halbschalen (2; 3) ein elektrisch isolierendes Dichtungsmaterial angeordnet ist.
5. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 4, da- durch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial aus wenigstens einem Dichtungskörper besteht.
6. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial aus einer wenig- stens auf einer der Fügeflächen (4; 5) aufgebrachten Dichtungsschicht besteht.
7. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungska- näle (34) unmittelbar hintereinander liegender Zwischenwände (25) gegeneinander versetzt angeordnet sind.
8. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigmetall eine GalnSn-Legierung ist.
9. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (2; 3) im Bereich der Verbindungskanäle (34) Buchsen (33) aus hochtemperatur- und abbrandfestem isolierendem Material jeweils halbteilig umfassen und im übrigen aus einem demgegenüber geringwertigeren Werkstoff bestehen.
10. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (2; 3) aus einem temperatur- und abbrandfesten nichtkeramischen Werkstoff, wie Glimmer, einem hochtemperaturfesten Formstoff, einer bearbeitbaren Glaskeramik oder einer gegossenen Keramik bestehen.
11. Verfahren zum Bestücken einer selbsterholenden Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zusammenfügen beider Halbschalen (2; 3) in die untere Halbschale (2) eine der Anzahl der Pole (8; 9; 10) entsprechende Anzahl gefrorener Flüssigmetallkörper mit Barren in die unteren Verdichterhalbräume (27) sowie mit die Barren verbindenden Stegen in die hälftigen Verbindungskanäle eingelegt werden.
12. Verfahren zum Bestücken einer selbsterholenden Strombegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zusammenfügen beider Halbschalen (2; 3) Barren (35) aus gefrorenem Flüssigmetall in die unteren Verdichterhalbräume (27) der unteren Halbschalen (2) eingelegt werden.
13. Verfahren zum Bestücken einer selbsterholenden Strombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestücken vor dem dichtenden Zusammenfügen der Halbschalen (2; 3) unter Vakuum oder einem Schutzgas stattfindet.
PCT/EP2000/001512 1999-03-05 2000-02-24 Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall WO2000054298A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP00910699A EP1157401B1 (de) 1999-03-05 2000-02-24 Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall
US09/914,983 US6621401B1 (en) 1999-03-05 2000-02-24 Self-recovering current limiting device having liquid metal
DE50004494T DE50004494D1 (de) 1999-03-05 2000-02-24 Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall
AT00910699T ATE254801T1 (de) 1999-03-05 2000-02-24 Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19909558.2 1999-03-05
DE19909558A DE19909558C1 (de) 1999-03-05 1999-03-05 Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000054298A1 true WO2000054298A1 (de) 2000-09-14

Family

ID=7899726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2000/001512 WO2000054298A1 (de) 1999-03-05 2000-02-24 Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6621401B1 (de)
EP (1) EP1157401B1 (de)
AT (1) ATE254801T1 (de)
DE (2) DE19909558C1 (de)
WO (1) WO2000054298A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10360103B4 (de) * 2003-12-20 2006-03-02 Moeller Gmbh Anordnung und Montageverfahren einer Strombegrenzungsvorrichtung
US7626483B2 (en) * 2004-08-30 2009-12-01 Kyushu Institute Of Technology Self-recovering current limiting fuse using dielectrophoretic force
WO2009055763A2 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 Kowalik Daniel P Micro-fluidic bubble fuse
JP5050265B2 (ja) * 2007-11-09 2012-10-17 国立大学法人九州工業大学 自己回復性限流ヒューズ
US8953314B1 (en) * 2010-08-09 2015-02-10 Georgia Tech Research Corporation Passive heat sink for dynamic thermal management of hot spots

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2652506A1 (de) * 1976-11-18 1978-05-24 Gec Elliott Automation Ltd Elektrische hochstromvorrichtungen
SU922911A1 (ru) * 1980-05-05 1982-04-23 Kb Polt Inst Kujbysheva Токоограничитель 1
SU1076981A1 (ru) * 1982-07-29 1984-02-29 Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.В.В.Куйбышева Токоограничитель
DE4012385A1 (de) * 1989-04-26 1991-03-28 Karl Marx Stadt Tech Hochschul Stromgesteuerte abschaltvorrichtung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1595061A (en) * 1922-10-17 1926-08-03 Valerius Johann Electric cut-out
US3249722A (en) * 1963-09-24 1966-05-03 Jr John E Lindberg Electrical relay employing liquid metal in a capillary tube that is wet by the liquid metal
US3331937A (en) * 1965-03-01 1967-07-18 Gen Electric Liquid metal switch
US3381248A (en) * 1965-10-23 1968-04-30 Harold P. Furth Magnetic pressure liquid circuit breaker
US3389360A (en) * 1967-04-19 1968-06-18 Gen Electric Change of state current limiter having flat plate construction
US3389359A (en) * 1967-04-19 1968-06-18 Gen Electric Change of state current limiter devices with stacked segment construction
US3699489A (en) * 1970-03-28 1972-10-17 Tokyo Shibaura Electric Co Current limiting device
US3838373A (en) * 1970-12-25 1974-09-24 Mitsubishi Electric Corp Self-recovering current limiter
GB2036443B (en) * 1978-11-21 1983-04-13 Gec Elliott Automation Ltd Liquidi-metal switch
SU1045296A2 (ru) * 1980-12-30 1983-09-30 Предприятие П/Я В-8574 Переключатель
US4429295A (en) * 1981-11-13 1984-01-31 Electric Power Research Institute, Inc. Variable impedance current limiting device
US4510356A (en) * 1983-09-30 1985-04-09 Malm John A Liquid metal switch apparatus
US5581192A (en) * 1994-12-06 1996-12-03 Eaton Corporation Conductive liquid compositions and electrical circuit protection devices comprising conductive liquid compositions
US5471185A (en) * 1994-12-06 1995-11-28 Eaton Corporation Electrical circuit protection devices comprising conductive liquid compositions
DE19903776B4 (de) * 1999-02-01 2004-02-12 Moeller Gmbh Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2652506A1 (de) * 1976-11-18 1978-05-24 Gec Elliott Automation Ltd Elektrische hochstromvorrichtungen
SU922911A1 (ru) * 1980-05-05 1982-04-23 Kb Polt Inst Kujbysheva Токоограничитель 1
SU1076981A1 (ru) * 1982-07-29 1984-02-29 Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.В.В.Куйбышева Токоограничитель
DE4012385A1 (de) * 1989-04-26 1991-03-28 Karl Marx Stadt Tech Hochschul Stromgesteuerte abschaltvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
US6621401B1 (en) 2003-09-16
ATE254801T1 (de) 2003-12-15
DE50004494D1 (de) 2003-12-24
EP1157401B1 (de) 2003-11-19
DE19909558C1 (de) 2000-05-25
EP1157401A1 (de) 2001-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0291762B1 (de) Metallgekapselte, mit Druckgas gefüllte, mehrphasige Hochspannungsschaltanlage
DE69920796T2 (de) Schutzschalter mit mehreren parallelgeschalteten Schaltkammern pro Phase
DE60013673T2 (de) Schaltanlage und Leistungsschalteranordnung
EP1157401B1 (de) Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall
EP1190429B1 (de) Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall
DE3149750C2 (de)
EP0916148B1 (de) Schaltkammergehäuse für einen leistungsschalter und gehäusemodule zur herstellung eines derartigen schaltkammergehäuses
DE2802554B1 (de) Niederspannungs-Leistungsschalter mit durch Trennwaende unterteiltem Isolierstoffgehaeuse
DE19853580C1 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
DE19916324A1 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
EP2434520B1 (de) Mehrpoliges elektrisches Schaltgerät
DE19903940C1 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
DE19909559C1 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
DE19903939B4 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
DE19903776B4 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung
EP1363299B1 (de) Leistungsschalter für hohe Ströme und Niederspannung
DE19905372C1 (de) Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
EP0718942A2 (de) Hochspannungsanlage
DE917623C (de) Schaltkammer
DE2322737C2 (de) Hochspannungs-Schaltfeld
DE758230C (de) Schaltanlage, bei der der den Leistungsschalter enthaltende Raum von dem Sammelschienenraum durch Lichtbogenschutzwaende abgetrennt ist
WO2000065618A2 (de) Selbsterholende strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall
EP4169051A1 (de) Hochspannungsleistungsschalter und verfahren zum herstellen eines hochspannungsleistungsschalters
DE2647779A1 (de) Elektrischer schalter
DE1665559A1 (de) Fluessigkeitsarmer elektrischer Leistungsschalter

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2000910699

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2000910699

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09914983

Country of ref document: US

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2000910699

Country of ref document: EP