WO2003015115A1 - Strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall - Google Patents

Strombegrenzungseinrichtung mit flüssigmetall Download PDF

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WO2003015115A1
WO2003015115A1 PCT/EP2002/008975 EP0208975W WO03015115A1 WO 2003015115 A1 WO2003015115 A1 WO 2003015115A1 EP 0208975 W EP0208975 W EP 0208975W WO 03015115 A1 WO03015115 A1 WO 03015115A1
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liquid metal
electrodes
partition
current
current path
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PCT/EP2002/008975
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English (en)
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Inventor
Thomas Freyermuth
Original Assignee
Moeller Gmbh
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H77/00—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting
    • H01H77/02—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism
    • H01H77/10—Protective overload circuit-breaking switches operated by excess current and requiring separate action for resetting in which the excess current itself provides the energy for opening the contacts, and having a separate reset mechanism with electrodynamic opening
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H81/00—Protective switches in which contacts are normally closed but are repeatedly opened and reclosed as long as a condition causing excess current persists, e.g. for current limiting

Definitions

  • the invention relates to a current limiting device with liquid metal according to the preamble of claim 1.
  • US 4429295 describes a self-recovering current limiting device with a cylindrical chamber containing liquid metal, on the end faces of which the electrodes are arranged. There is also a cylindrical body in the current path, in which a narrowed passage channel for the current path is formed.
  • Such known current limiting devices have the disadvantage that a burning arc has its base on one of the electrodes, which are thermally attacked. Another disadvantage of known current limiting devices is the sensitivity of the arc to external fields. It also shows that known devices are not suitable for the highest currents. For use with large currents, larger dimensions and larger amounts of liquid metal are necessary, which must be moved quickly by the arc. With currents above 1,000 A up to 6,000 A nominal current, the relaxation times become too long, so that the known devices do not react quickly enough to limit the current.
  • the invention has for its object to provide a current limiting device that is suitable for the highest rated currents.
  • the essence of the invention is that there is no structural narrowing of the flow channel through relatively small bores in partition walls, but that the device is designed in the form of a double chamber divided by a partition wall and the current path below the free surface has a semi-toroidal shape.
  • the field lines run closer to the top edge of the partition than in the area far from the partition. Due to this asymmetry, there is a constant force component upwards, which leads to a bulging of the streamlines.
  • the electrodynamic forces of the semi-toroidal geometry (in combination with gravity and surface tension and thermal heating) set the surface of the liquid metal in motion in such a way that liquid metal is cleared away above the top edge of the partition and arcs are created in the empty spaces with in the cavities of existing plasma. Plasma is even easier to move due to electrodynamic forces than the particles of the liquid metal. Each arc is spread upwards and thus extended. After the arcs have been formed, the effect of an avalanche-like acceleration of the extinguishing process, which is exploited by the invention, occurs.
  • the electrodes are arranged in the area of the floor of the room and the insulating partition wall between the electrodes, the upper partition wall being below the fill level of the liquid metal.
  • the fill level of the liquid metal should be dimensioned such that arcing and burning arcs do not reach the electrodes as far as possible, thus avoiding the thermal stress on the material caused by a base attached to an electrode.
  • the upper edge of the partition should be parallel to the liquid metal surface.
  • the current path is thus designed such that it is curved by 180 ° above the partition. The current continues in opposite directions in the neighboring sub-chambers parallel.
  • the electrodynamic forces accompanying the current on both sides of the dividing wall generate an upward force such that the current carriers are pushed upwards, whereby the surface can be set in motion because of the easy mobility of the liquid.
  • Double chambers can be arranged one after the other in a linear or ring-shaped row, the current alternatingly finding its way above the partition in the liquid metal and to the adjacent double chamber in a solid conductor as an intermediate electrode.
  • quenching plates can be arranged in the area of the liquid metal surface, so that an arc forced into it is separated into partial arcs and cooled.
  • quenching plates When interrupted by quenching plates, several arcs are formed in succession, so that higher switching voltages can be achieved by adding the respective quenching arc voltages.
  • the advantage of the cylindrical or coaxial arrangement of the current limiter is that it is particularly insensitive to external fields.
  • the current paths and the position of an arc are not or only slightly influenced by external fields.
  • a preferably circular electrode is located centrally in the housing and forms at least part of the housing base there or is located in the lower region of the housing.
  • the partition wall lies around in a cup shape, the second partial chamber is located coaxially on the outside and has the second electrode in the bottom area.
  • the electrodes should have the same area, so that there is no asymmetry in the conductance values.
  • the cross section of the current path can be narrowed by at least one metal object (baffle plate). These elements are insulated and fastened inside the vessel.
  • the quenching plates can be in the form of flat surfaces or in a ring shape to match the cylindrical geometry.
  • the cross section of the current path, or the level of the liquid metal can be designed to be changeable by moving at least one insulating body (intermediate wall or stamp). With the level, the distance of the liquid metal surface from the upper edge of the partition walls and thus the cross section of the current path can be changed.
  • the setting of the level corresponds to the setting of the response characteristic of the current limiter. With the stamp adjustment, the level of the liquid metal can also be changed during the formation of an arc, so that the quenching process can still be influenced during the current limiting process.
  • the room can be equipped with at least one means for pressure compensation when an arc is formed.
  • the space can be covered with metal and lie at the potential of one of the electrodes, which further increases the insensitivity to external electromagnetic interference.
  • GalnSn alloys should preferably be used as the liquid metal.
  • the current limiter can be used to fuse an electrical device or a
  • Circuit can be connected in series with a fuse switch.
  • the circuit breaker ensures that a current that is limited in strength is definitely cut off. is switched.
  • the proposed arrangements are particularly suitable for the highest rated currents, and tests have shown that they can be used for currents of several 1,000 A.
  • the maximum cross section of the current path - set by the level of the liquid metal or by the cross sections of the possible current paths - can be set to a specific value of the current carrying capacity.
  • FIG. 1 shows an annular current limiting device in section
  • FIG. 2 details of annular extinguishing plates
  • FIG. 3A shows a linear arrangement with two partial chambers
  • FIG. 3B shows a linear current limiting device with two double chambers.
  • the 1 shows a rotationally symmetrical current limiting device 10. It has a vertical axis of symmetry. The elements of the device are arranged coaxially around the axis of symmetry and are enclosed in a pressure-tight manner by an insulating material housing 16.
  • the electrodes 13.1; 13.2 form the bottom of the vessel and are made of solid metal with a connection to a circuit S to be protected.
  • the electrodes 13.1 and 13.2 are completely covered by liquid metal 18, so that there is a continuous electrically conductive connection between the electrodes.
  • the current is led out laterally from the device to power connection points 60.
  • the electrodes, which are made of copper, are galvanized to protect them against corrosion with the liquid metal.
  • the interior 5 is filled with liquid metal 18 up to the fill level 18.1.
  • the partition In the volume of the liquid metal 18 there is an insulating partition 6, which has a connecting channel 9 for the current flow in the liquid metal 18 between the electrodes 13.1; 13.2 determined.
  • the partition In Fig. 1, the partition has 6 cup shape; the material is suitable ceramic material. The partition is made relatively thin. The upper
  • Edge can be rounded.
  • the field lines run between the upper edge and the liquid metal surface and form the cross section of the current path W.
  • the current path W runs from the circular, inner electrode 13.1 over the edge of the partition 6 on a toroidal, 180 ° curved path to the outer electrode, which is arranged in a ring-shaped and thus rotationally symmetrical manner in the insulating material housing.
  • the current path is anti-parallel on both sides of the partition.
  • the electrodes 13.1 and 13.2 have the same area and are therefore identical in terms of their conductance.
  • Fig. 2 it is shown in detail that the quenching plates are coaxially annular. They are staggered one above the other and are each designed as cylindrical or conical sheet metal sections with different diameters.
  • the liquid metal When an arc is formed, the liquid metal is strongly swirled; the quenching plates not only help to reduce the burning time of the arc, but also to dampen the movement of the liquid metal.
  • the housing is double-walled.
  • An inner housing can react elastically against occurring pressure via spring elements or bellows 40 (indicated schematically here in FIG. 1).
  • Another possibility of carrying out a pressure compensation can be, for example, that a pressure expansion vessel is used, which is arranged appropriately on the arrangement.
  • Electrodes, partitions and all other elements are fastened in the insulating housing, known means for sealing the electrodes against the walls and against the partition elements (O-rings) and for non-positively connecting the components provided in the insulating housing.
  • O-rings sealing the electrodes against the walls and against the partition elements
  • non-positively connecting the components provided in the insulating housing are not shown for reasons of clarity.
  • the housing is metal-coated in the manner of a Faraday cage (reference number 15) and is at the potential of one of the electrodes, which further increases the insensitivity to external electromagnetic interference.
  • the cross section of the current path can be changed by moving P of the stamp 17 arranged in the central region made of insulating material.
  • FIG. 3A shows a linear arrangement 11 with 2 partial chambers with a flat partition 6 'and in FIG. 3B a linear current limiting device 11' with 2 double chambers 20 'according to the inventive principle.
  • the essential details - also provided with the same reference symbols - correspond to those from FIG. 1.
  • the double chambers are filled with liquid metal 18 up to the fill level 18.1.
  • the current flow W runs from a first electrode over the upper edge of the partition 6 'like a torus, on a strongly curved path to the second electrode.
  • Plane quenching plates 8 ′ are immersed in the liquid metal layer and are correspondingly fastened parallel to the upper edge of the partition.
  • a solid electrode 14 is located between the double chambers in FIG. 3B.
  • the partial chambers in FIG. 3B are separated by a wall 6 ′′.

Landscapes

  • Furnace Details (AREA)
  • Fuses (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung (10) mit Flüssigmetall. Es sind Elektroden im Bereich des Bodens des Raums und eine oder mehrere isolierende Trennwände zwischen den Elektroden (13.1, 13.2) angeordnet. Die Oberkante der Trennwände (6) liegt unterhalb der freien Oberfläche (18.1) des Flüssigmetalls (18), und der Strompfad (W) ist derart gebildet, dass dieser oberhalb jeder Trennwand um 180° gekrümmt verläuft. Die elektrodynamischen Kräfte bewirken eine Aufbauchung der Stromlinien und damit eine Aufspreizung der Lichtbögen, was zu Vermehrung der Zahl und der Verlängerung der Lichtbögen führt, womit schnelles und wirkungsvolles Löschen erreicht wird. Mit einer ringförmigen Anordnung ergibt sich eine gegen äußere Felder sehr gut abgeschirmte Geometrie.

Description

B e s c h r e i b u n g
Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall
Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzungseinrichtung mit Flüssigmetall nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der Druckschrift SU 922911 A ist ein früher Prototyp einer selbsterholenden Strombegrenzungseinrichtung beschrieben. In der Druckschrift DE 40 12385 A1 wird als Medium über dem Flüssigmetallspiegel Vakuum, Schutzgas oder eine isolierende
Flüssigkeit erwähnt. Zur Verbesserung der Begrenzungseigenschaften sind nach Druckschrift SU 1 076 981 die Verbindungskanäle benachbarter Zwischenwände gegeneinander versetzt angeordnet.
Weiterhin ist in der US 4429295 eine selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung beschrieben, mit einer Flüssigmetall enthaltenden, zylindrischen Kammer, an deren Endflächen die Elektroden angeordnet sind. Im Stromweg befindet sich ein ebenfalls zylindrischer Körper, in dem ein verengter Durchgangskanal für den Strompfad ausgebildet ist.
In den vorbekannten Anordnungen besteht im Normalbetrieb im Flüssigmetall eine durchgehende leitende Verbindung zwischen den Elektroden. Im Strombegrenzungsfall wird infolge der hohen Stromdichte schlagartig das Flüssigmetall aus den verengten Verbindungskanälen verdrängt (Pincheffekt).
Solche bekannte Strombegrenzungseinrichtungen haben den Nachteil, dass ein brennender Lichtbogen seinen Fußpunkt auf einer der Elektroden hat, wobei diese thermisch angegriffen werden. Ein weiterer Nachteil bekannter Strombegrenzungseinrichtungen liegt in der Empfindlichkeit des Lichtbogens gegen äußere Felder. Wei- terhin zeigt sich, dass bekannte Einrichtungen nicht für höchste Ströme geeignet sind. Zum Einsatz für große Stromstärken sind größere Dimensionen und größere Mengen an Flüssigmetall notwendig, die vom Lichtbogen schnell bewegt werden müssen. Bei Strömen über 1.000 A bishin zu 6.000 A Nennstrom werden die Relaxationszeiten zu lang, so dass die bekannten Einrichtungen nicht ausreichend schnell zur Strombegrenzung reagieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strombegrenzungseinrichtung anzugeben, die für höchste Nennströme geeignet ist.
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.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass keine bauliche Einengung des Stromkanals durch relativ kleine Bohrungen in Trennwänden vorhanden ist, sondern dass die Einrichtung in Form einer von einer Trennwand geteilten Doppelkammer ausgebildet ist und der Strompfad unterhalb der freien Oberfläche einen halb-torusartigen Verlauf hat. In der Nähe der Trennwandoberkante verlaufen die Feldlinien enger als im trenn- wand-fernen Bereich. Durch diese Unsymmetrie ist eine ständige Kraftkkomponente nach oben vorhanden, was zu einer Aufbauchung der Stromlinien führt.
Bei Erreichen des Strombegrenzungswertes versetzen die elektrodynamischen Kräfte der halb-torusartigen Geometrie (im Zusammenspiel mit Schwerkraft und Oberflächenspannung und der thermischen Aufheizung) die Oberfläche des Flüssigmetalls derart in Bewegung, dass oberhalb der Trennwandoberkante Flüssigmetall weggeräumt wird und in den Leerstellen jeweils Lichtbögen entstehen, mit in den Hohlräumen vorhandenem Plasma. Plasma ist durch elektrodynamische Kräfte noch leichter verschieblich als die Teilchen des Flüssigmetalls. Jeder Lichtbogen wird nach oben aufgespreizt und somit verlängert. Nach Ausbilden der Lichtbögen tritt der durch die Erfindung ausgenutzte Effekt einer lawinenartigen Beschleunigung des Löschvorgangs ein.
Vorgeschlagen wird daher eine Anordnung, bei der die Elektroden im Bereich des Bodens des Raums und die isolierende Trennwand zwischen den Elektroden ange- ordnet sind, wobei die Trennwandoberkante unterhalb der Füllhöhe des Flüssigmetalls liegt. Die Füllhöhe des Flüssigmetalls sollte so bemessen sein, dass entstehende und brennende Lichtbögen möglichst nicht an die Elektroden heranreichen, womit die thermische Materialbelastung durch einen an einer Elektrode anhaftenden Fußpunkt vermieden wird. In der Gebrauchslage der Strombegrenzungseinrichtung sollte die Oberkante der Trennwand parallel zur Flüssigmetalloberfläche liegen. Der Strompfad hat somit eine Ausbildung, dass er oberhalb der Trennwand um 180° gekrümmt verläuft. Der Strom verläuft weiterhin in den benachbarten Teil-Kammern gegensinnig parallel. Die den Strom begleitenden elektrodynamischen Kräfte beiderseits der Trennwand erzeugen eine aufwärts gerichtete Kraft, derart, dass die Stromträger nacl oben gedrängt werden, wodurch wegen der leichten Beweglichkeit der Flüssigkeit die Oberfläche in Bewegung versetzbar ist.
Im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen tritt hier der Pincheffekt für die Ausbildung eines Lichtbogens an engen Durchgangsöffnungen zurück.
Mehrere Doppelkammern können in linearer oder ringförmiger Reihung hintereinan- der angeordnet sein, wobei der Strom abwechselnd oberhalb der Trennwand im Flüssigmetall und zur benachbarten Doppelkammer in einem Feststoff-Leiter als Zwischenelektrode seinen Weg findet.
Zur weiteren Beschleunigung des Löschvorgangs können im Bereich der Flüssig metall- Oberfläche Löschbleche angeordnet werden, so dass ein dort hinein gedrängter Lichtbogen in Teillichtbögen vereinzelt und abgekühlt wird. Mit der Unterbrechung durch Löschbleche bilden sich mehrere Lichtbögen hintereinander, so dass durch die Addition der jeweiligen Löschbogenspannungen höhere Schaltspannungen erzielt werden können.
Es werden zwei unterschiedliche Geometrien von Doppelkammern vorgeschlagen. Eine lineare Anordnung von zwei Teil-Kammern hintereinander mit im wesentlichen ebener Trennwand und eine andere in ringförmiger, koaxialer Anordnung des Gehäuses und einer becherförmiger Trennwand. Beiden ist gemeinsam, dass oberhalb der Trennwän- de der Stromweg halbtorus-artig ausgebildet ist.
Der Vorteil der zylindrischen oder koaxialen Anordnung des Strombegrenzers ist, dass dieser besondere gegen Fremdfelder unempfindlich ist. Die Stromwege und die Position eines Lichtbogens werden von äußeren Feldern nicht oder nur gering beeinflusst.
In der zylindrischen Anordnung wird das Entstehen und Brennen mehrerer Teillichtbögen erleichtert, da kein Entstehungsort bevorzugt ist, insbesondere auch dadurch, dass die Lichtbögen keinen Fuß-Kontakt mit einer der Elektroden haben. In der lineare Anor- dung können wegen lokaler Unsymmetrien Stellen hoher Potentialspitzen vorhanden sein, so dass die Tendenz geringer ist, dass sich an mehreren Stellen nebeneinander Teillichtbögen bilden. Bei der zylindrischen Anordnung befindet sich eine, vorzugsweise kreisförmige Elektrode zentral im Gehäuse und bildet dort mindestens einen Teil des Gehäusebodens oder liegt im unteren Bereich des Gehäuses. Die Trennwand liegt becherförmig herum, die zweite Teil-Kammer liegt koaxial außen und hat im Bodenbereich die zweite Elektrode.
Zu weiteren Einzelheiten oder Ausführungsformen der Erfindung wird angeführt:
Die Elektroden sollten flächengleich ausgebildet sein, so dass keine Unsymmetrie in den Leitwerten vorhanden ist.
Der Querschnitt des Stromwegs kann durch mindestens einen metallischen Gegenstand (Löschbleche) eingeengt sein. Diese Elemente sind isoliert im Innern des Gefäßes befestigt. Die Löschbleche können als ebene Flächen oder in Anpassung an die zylindrische Geometrie in Ringform vorliegen.
Der Querschnitt des Stromwegs, bzw. das Niveau des Flüssigmetalls kann durch Verschieben mindestens eines isolierenden Körpers (Zwischenwand oder Stempel) veränderbar gestaltet sein. Mit dem Niveau ist der Abstand der Flüssigmetalloberfläche von der Oberkante der Trennwände und damit der Querschnitt des Stromwegs veränderbar Die Einstellung des Niveaus entspricht der Einstellung der Ansprechkennlinie des Strombegrenzers. Mit der Stempelverstellung lässt sich weiterhin auch das Niveau des Flüssigmetalls während der Ausbildung eines Lichtbogens verändern, so dass der Löschvorgang noch während des Strombegrenzungsvorgangs beeinflussbar ist.
Der Raum kann mit mindestens einem Mittel zum Druckausgleich bei Ausbildung eines Lichtbogens ausgestattet sein.
Der Raum kann metallisch umhüllt sein und auf dem Potential einer der Elektroden liegen, wodurch noch die Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Beeinflussung von außen erhöht wird.
Vorzugsweise sollen GalnSn-Legierungen als Flüssigmetall eingesetzt werden.
Der Strombegrenzer kann für die Sicherung eines elektrischen Geräts oder einer
Schaltung mit einem Sicherungsschalter in Reihe geschaltet werden. Der Sicherungsschalter stellt sicher, dass ein in seiner Stärke begrenzter Strom definitiv abge- schaltet wird. Die vorgeschlagenen Anordnungen sind besonders für höchste Nennströme geeignet, wobei Versuche die Einsatzmöglichkeit für Stromstärken von einigen 1.000 A bewiesen haben.
Der maximale Querschnitt des Stromwegs - eingestellt durch das Niveau des Flüssigmetalls oder durch die Querschnitte der möglichen Strombahnen - lässt sich auf einen bestimmten Wert der Strombelastbarkeit einstellen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 eine ringförmige Strombegrenzungseinrichtung im Schnitt, Fig. 2 Details von ringförmigen Löschblechen, Fig. 3A eine lineare Anordnung mit 2 Teil-Kammern und Fig. 3B eine lineare Strombegrenzungseinrichtung mit 2 Doppelkammern.
In Fig. 1 ist eine rotationssymmetrische Strombegrenzungseinrichtung 10 dargestellt. Sie hat eine vertikale Symmetrieachse. Die Elemente der Einrichtung sind koaxial um die Symmetrieachse angeordnet und werden von einem Isolierstoffgehäuse 16 druck- fest umschlossen. Die Elektroden 13.1; 13.2 bilden den Boden des Gefäßes und sind aus Festmetall mit Anschluss an einen zu schützenden Stromkreis S. Die Elektroden 13.1 und 13.2 werden von Flüssigmetall 18 vollständig bedeckt, so dass zwischen den Elektroden eine durchgehende elektrisch leitende Verbindung besteht. Seitlich aus der Einrichtung wird der Strom zu Stromanschlussstellen 60 herausgeführt. Die aus Kupfer bestehenden Elektroden sind galvanisch vergütet, um gegen Korrosion mit dem Flüssigmetall geschützt zu sein. Der Innenraum 5 ist bis zur Füllhöhe 18.1 mit Flüssigmetall 18 gefüllt. Im Volumen des Flüssigmetalls 18 steht eine isolierende Trennwand 6, die einen Verbindungskanal 9 für den Stromfluss im Flüssigmetall 18 zwischen den Elektroden 13.1; 13.2 bestimmt. In Fig. 1 hat die Trennwand 6 Becherform; das Material ist geeignetes keramisches Material. Die Trennwand ist relativ dünn ausgeführt. Der obere
Rand kann gerundet sein. Zwischen dem oberen Rand und der Flüssigmetall- Oberfläche verlaufen die Feldlinien und bilden den Querschnitt des Stromwegs W.
Der Stromweg W läuft von der kreisförmigen, inneren Elektrode 13.1 über die Kante der Trennwand 6 auf torus-artigem, um 180° gekrümmten Weg zu der äußeren Elektrode, die ringförmig und somit rotationssymmetrisch im Isolierstoffgehäuse angeordnet ist. Beiderseits der Trennwand ist der Stromweg antiparallel. Die Elektroden 13.1 und 13.2 sind flächengleich und damit identisch im Leitwert ausgebildet.
In die Flüssigmetallschicht tauchen metallische, isoliert befestigte Löschbleche 8 ein. In Fig. 2 ist detailliert herausgestellt, dass die Löschbleche koaxial ringförmig ausgebildet sind. Sie liegen gestaffelt übereinander und sind jeweils als zylindrische oder kegelförmige Blechabschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet.
Bei Ausbildung eines Lichtbogens wird das Flüssigmetall stark verwirbelt; die Löschbleche tragen nicht nur zur Verringerung der Brenndauer des Lichtbogens, sondern auch zur Dämpfung der Bewegung des Flüssigmetalls bei. Oberhalb des Flüssigmetalls 18 befindet sich beispielsweise Vakuum oder eine Inertgas-Atmosphäre. Das Gehäuse ist doppelwandig ausgebildet. Ein inneres Gehäuse kann über (hier in Figur 1 schematisch angedeutete) Federelementen oder Federbälge 40 elastisch gegen auftretenden Druck reagieren. Eine andere Möglichkeit einen Druckausgleich vorzunehmen, kann beispielsweise darin bestehen, dass ein Druckausdehnungsgefäß benutzt wird, welches an der Anordnung passend angeordnet wird.
Elektroden, Trennwände und alle anderen Elemente sind im Isoliergehäuse befestigt, wobei bekannte Mittel zum Abdichten der Elektroden gegen die Wandungen und gegen die Trennelemente (O-Ringe) und zum kraftschlüssigen Verbinden der im Isoliergehäuse vorgesehenen Bauteile eingesetzt werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese jedoch nicht dargestellt.
Das Gehäuse ist in Art eines Faraday-Käfigs metallisch umhüllt (Bezugszeichen 15) und liegt auf dem Potential einer der Elektroden, wodurch noch die Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Beeinflussung von außen erhöht wird.
Der Querschnitt des Stromwegs kann durch Verschieben P des im zentralen Bereichs angeordneten Stempels 17 aus Isoliermaterial verändert werden.
Das Niveau des Flüssigmetalls kann auch während des Schaltvorgangs - getriggert durch den plötzlichen Stromanstieg - verändert werden. Damit ist erreichbar, dass mehrphasig geschaltete Einrichtungen kontrolliert schaltbar sind. Mit der Einstellung der Füllhöhe lässt sich die Ansprechbarkeit der Einrichtung verändern, womit je nach Einsatzfall bestimmte Kennlinien eingestellt werden können. In Fig. 3A ist eine lineare Anordnung 11 mit 2 Teil-Kammern mit einer ebenen Trennwand 6' und in Fig. 3B eine lineare Strombegrenzungseinrichtung 11' mit 2 Doppelkammern 20' nach dem erfinderischen Prinzip dargestellt. Die wesentlichen Einzelhei- ten - auch mit denselben Bezugszeichen versehen - entsprechen denen aus Fig. 1. Die Doppelkammern sind bis zur Füllhöhe 18.1 mit Flüssigmetall 18 gefüllt. Der Stromfluss W verläuft von einer ersten Elektrode über die Oberkante der Trennwand 6' torus-artig, auf stark gekrümmtem Weg zur zweiten Elektrode. In die Flüssigmetallschicht tauchen plane Löschbleche 8' ein, die entsprechend parallel zur Oberkante der Trennwand befestigt sind. Zwischen den Doppelkammern in Fig. 3B befindet sich eine Feststoff-Elektrode 14. Getrennt werden die Teil-Kammern in Fig. 3B durch eine Wand 6".

Claims

Patentansprüche
1. Selbsterholende Strombegrenzungseinrichtung in einem Isolierstoffgehäuse, enthal- tend
- Elektroden (13.1; 13.2) aus Festmetall zum Anschließen an einen zu schützenden Stromkreis (S),
- einen zwischen den Elektroden angeordneten, mit Flüssigmetall (18) unvollständig gefüllten Raum (5), wobei das Flüssigmetall (18) die Elektroden (13.1; 13.2) benetzt und der Raum (5) durch einen druckfesten Isolierkörper (16) umschlossen ist,
- weiterhin füllt das Flüssigmetall (18) mindestens eine Doppelkammer (20), in der eine, vom Boden des Raums aufstehende isolierende Trennwand (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (13.1; 13.2) im Bereich des Bodens des Raums (5) und auf je einer Seite der Trennwand (6,6') angeordnet sind, dass die Ober- kante der Trennwand (6,6') unterhalb der Füllhöhe (18.1) des Flüssigmetalls (18) liegt, wobei der Strompfad (W) derart gebildet ist, dass dieser oberhalb der Trennwand (6,6') um 180° gekrümmt verläuft.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllhöhe (18.1) der Doppelkammer so bemessen ist, dass ein gebildeter Lichtbogen oberhalb der
Elektroden (13.1 ; 13.2) brennt, ohne auf einer der Elektroden aufzusitzen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkammer (20) zylindrisch und die Trennwand (6) becherförmig ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkammer (20') durch eine plane Trennwand (6') geteilt ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass mehrere Doppelkammern (20, 20') hintereinander angeordnet sind, und der
Strompfad von einer Doppelkammer (20, 20') zur anderen über eine Feststoffelektrode (14) verläuft.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stromwegs (W) durch mindestens einen metallischen Gegenstand (8, 8') eingeengt ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau des Flüssigmetalls (18) durch Verschieben (P) mindestens eines isolierenden Körpers (17) veränderbar ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niveau des Flüssigmetalls (18) während der Ausbildung eines Lichtbogens durch Verschieben eines Stempels (17) veränderbar ist.
9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Flüssigmetall gefüllte Raum (5) metallisch umhüllt ist und auf dem Potential einer der Elektroden (13.1,13.2) liegt.
10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Stromwegs (W) auf einen bestimmten Wert der Strombelastbarkeit eingestellt ist.
11. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (5) mit mindestens einem Mittel (40) zum Druckausgleich bei Ausbil- düng eines Lichtbogens ausgestattet ist.
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DE10139565.5 2001-08-10
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EP (1) EP1415315A1 (de)
DE (1) DE10139565B4 (de)
WO (1) WO2003015115A1 (de)

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