DE2028593B2 - Strombegrenzungsvorrichtung - Google Patents

Description

miteinander verbindet, welches jedoch beim Auf- vermieden wird.

treten eines oberhalb eines bestimmten Schwell- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer

wertes liegenden Überstromes verdampfbar ist, Strombegrenzungsvorrichtung der eingangs genannten

dadurch gekennzeichnet, daß die die Art dadurch gelobt, daß die die Längsbohrung um-

Längsbohrung (26) umgebende Isolierung (14) 20 gebende Isolierung aus Berylliumoxyd besteht,

aus Berylliumoxyd besteht. In diesem Zusammenhang ist es von Beryllium-

2. Strombegrenzungsvorrichtung nach An- oxyd bekannt (»Enzyklopädie der Technischen Chespruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs- mie«, 1928, Band 2, Seite 300, Verlag Urban und bohrung (26) einen Endbereich (26') geringeren Schwarzenberg, Wien-Berlin), daß dasselbe im Licht-Querschnitts aufweist. 25 bogen schmilzt. Während des eine Dauer von einigen

Millisekunden aufweisenden Strombegrenzungsvor-

gangs tritt naturgemäß in dem verdampften Strombegrenzungsvorgangs tritt naturgemäß in dem ver-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strombegren- dampften Strombegrenzungsmaterial ein Lichtbogen zungsvorrichtung mit zwei durch eine elektrische 30 auf. Da jedoch zwischen dem heißen Plasma des Isolierung voneinander getrennten metallischen Elek- Strombegrenzungsmaterials und der Oberfläche des troden, mit einer zwischen den Elektroden vorhan- Berylliumoxyds eine Trennschicht gebildet wird, wird denen, wenigstens durch die elektrische Isolierung das die elektrische Isolierung bildende Berylliumoxyd hindurchgehendeen Längsbohrung und mit einem in nicht in ungewunschter Weise zum Schmelzen gedieser Längsbohrung angeordneten, bei Raumtem- 35 bracht.

peratur in festem oder flüssigem Zustand befind- Im Gegensatz zu Aluminiumoxyd, welches Material

liehen, elektrisch leitfähigen Strombegrenzungsmate- eine thermische Leitfähigkeit zwischen 0,002 und rial aus der Gruppe von Metallen wie Natrium und 0,09 cal/sec cm^c C aufweist, besitzt Berylliumoxyd Kalium und deren Legierungen, welches bei nor- eine thermische Leitfähigkeit von etwa 0,5 bis 0,7 malen Betriebsströmen die beiden Elektroden elek- 40 cal/sec cm° C. Aufgrund der besonderen thermischen trisch miteinander verbindet, welches jedoch beim Eigenschaften von Berylliumoxyd erfolgt eine sehr Auftreten eines oberhalb eines bestimmten Schwell- gute und rasche Ableitung der in dem Strombegrenwertes liegenden Überstromes verdampfbar ist. zungsmaterial erzeugten Wärme. Dadurch wird ver-

Bekannte Strombegrenzungsvorrichtungen (DT-AS hindert, daß bei lang andauernden hohen Betriebs-1 146 966, US-PS 3 389 359, 3 389 360) weisen durch- 45 strömen ein ungewünschter Strombegrenzungsvorgang wegs zwei in einem gewissen Abstand voneinander stattfindet.

angeordnete metallische Elektroden auf, zwischen Die besonderen thermischen Eigenschaften von

welchen ein Leiter angeordnet ist, der aus einem bei Berylliumoxyd erweisen sich auch beim Auftreten Raumtemperatur in festem oder flüssigem Zustand eines Strombegrenzungsvorgangs als günstig, weil befindlichen elektrisch leitfähigen Strombegrenzungs- 50 beim Abschwellen eines Kurzschlußstromes das vermaterial besteht. Als Strombegrenzungsmaterialien dampfte und in Form eines Plasmas vorhandene kommen dabei Metalle wie Natrium, Kalium oder metallische Strombegrenzungsmaterial sich sehr Quecksilber in Frage. Um diesen zwischen den metal- schnell erneut %'erflüssigt bzw. verfestigt, so daß der lischen Elektroden vorhandenen elektrischen Leiter Zeitraum, während welchem der Strombegrenzungsist eine elektrische Isolierung vorgesehen, welche in 55 Vorgang stattfindet, nicht unnötigerweise verlängert der Regel aus einem keramischen Material wie Alu- wird,
miniumoxyd besteht. Um zu erreichen, daß der Beginn einer Verdamp-

Wenn durch eine derartige Strombegrenzungsvor- fung des aus einem festen oder flüssigen Stromrichtung ein Kurzschlußstrom fließt, wird der durch begrenzungsmaterial bestehenden elektrischen Leiters das Strombegrenzungsmaterial gebildete elektrische 60 an einer vorgegebenen Stelle reproduzierbar statt-Leiter sehr stark erhitzt, so daß eine Verdampfung findet, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die desselben stattfindet. Da dabei der elektrische Wider- Längsbohrung einen Endbereich geringeren Querstand des durch das Strombegrenzungsmaterial ge- Schnitts aufweist.

bildeten elektrischen Leiters um mehrere Zehner- Die Erfindung soll nunmehr anhand von Auspotenzen ansteigt, erfolgt in gewünschtem Maße eine 65 führungsbeispielen näher erläutert und beschrieben Strombegrenzung. Sobald dann der durch die Strom- werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen begrenzungsvorrichtung fließende Strom erneut auf ist. Es zeigt
ceinen Normalwert absinkt, verflüssigt bzw. verfestigt F i g. 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Aus-

fuhrungsform der erfindungsgemäßen Strombegren- oder verflüssigt

zungsvorrichtung und ' ^J —=--*-- «-

F i g. 2 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgeniaßen Strombegrenzungsvorrichtung. 5 Kann nun wuc« w~~ ~ ~- ■ - _~_A~

Fig. 1 zeigt eine Sicherungsvorrichtung durchführen. Als Strombe^enzungsmateml werden

mit einer ersten metallischen Elektrode 10 und einer vorzugsweise Natrium, Kalium uuu

diese teilweise umgebenden zweiten metallischen bauende Legierungen verwendet.

Elektrode 12. Zwischen beiden besteht ein Spalt, der Beim Verdampfen des f^^^J

mit einer elektrischen Isolierung 14 gefüllt ist, durch io treten innerhalb der Langsbohrung; 26 undI dainner

welche die beiden Elektroden 10, 12 in räumlicher halb der Elektrode 20 ^f^^J^^^.

Zuordnung zueinander gehalten und elektrisch iso- hohe Drücke auf. Diese Drucke bewegeη ««]"«*»

liert sind. Zur Halterung der zweiten Elektrode 12 24 gemäß Fig. 1 nach rechts, ^^"^J™^

und der IsoUerung 14 iit ein äußeres metallisches, in der Kammer 30 ™⁸«^η^^ ^oV^w"

zyündrisches Element 16 vorgesehen. Zwischen der 15 zufolge ergibt sich eme Verringerung des "rucKes,

ersten Elektrode 10 und dem äußeren zylindrischen so daß die Strombegrenzungsvomchtung vor Scha-

Element 16 ist ferner eine aus elektrischem Isolier- den geschützt ist „„„„merniatprtiik

material bestehende Scheibe 18 angeordnet, durch Beim Verdampfen ^to Strombeff«nain^atenab

welche die Elektrode 10 von dem Element 16 isoliert wird das darum angeordnete ^M££"^ehr ^hohen

Element 16 isoliert wird das darum angeordnete Mate j_

wird. Die zweite Elektrode 12 ist an dem der ersten =0 Temperaturen ausgesetzt. Demzufolge muß,die elek-

it einer Ausneh- trische Isolierung 14, in welcher die ^#~*™ⁿi 26

wird. i te Elektrode 12 ist an dem d p

Elektrode 10 abgewandten Ende mit einer Ausneh- trische Isolierung 14, in welcher die ^#~*™ⁿi 26 mung versehen, in welche eine in Form eines Be- angeordnet ist, aus ^"^„^aSlt Bn Wer_ZU hälters ausgebildete Elektrode 20 eingesetzt ist. Zwi- stehen, das wenigstens IC)OO K ausnalt. tin nierzu sehen der Elektrode 20 und der Elektrode 12 ist geeignetes Isoliermaterial ist ^Be^^uj^um°f/^a· . _N eine Überschlagschwelle 22 vorgesehen, in welcher *5 Bekannte Strombegrenzungsmatenahen wie meine zentrale Öffnung angeordnet ist. In dem hohlen trium, Kalium und ihre Legierungen haben eme Teil der Elektrode 20 ist ein Kolben 24 verschiebbar thermische Leitfähigkeit /. in ^Größenordnung von gelagert, wodurch sich zwei getrennte Kammern er- 0,1 Cal/sec cm° C. Dagegen weist Berylhurnoxyd η aeben thermische Leitfähigkeit /. von ungefähr 0,5 Cal/sec

° Eine Langsbohrung 26 erstreckt sich durch die 30 cm°C auf, weshalb es besonders als Isoliermaterial erste Elektrode 10, die Isolierung 14 und die zweite für den vorliegenden Fall geeignet ist. Elektrode 12 und führt durch eine zentrale öffnung Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungrform

innerhalb der Überschlagschwelle 22 bis in die der der Strombegrenzungsvorrichtung ist die erste tie*- ersten Elektrode 10 zugekehrte Kammer der Elek- trode 10 mit der elektrischen Isolierung .14 mitdei trode 20. Die Längsbohrung 26 ist auf der einen 35 Elektrode M verbunden, so d^ die zweite Elektrade Seite im Bereich der ersten Elektrode 10 mit einem der Fig. 1 hierbei entfallt Das Strombegrenzungs-Ventil 28 versehen. Eine äußere Kammer 30 der material dient zur elektrischen Verbindung der Elek-Elektrode 20 ist mit Druckgas gefüllt, welches als troden 10 und 20. Hierbei weist euiι Endbereich 26 Druckausgleich dient. In einer Ringnut des Kolbens der Langsbohrung 26 im Bereich der ersten ϋΐβκ-24 ist ein Ring 32 vorgesehen, der die beiden Kam- 4° trode 10 einen kleineren Querschnitt auf als der mern gegeneinander abdichtet. übrige Teil der Langsbohrung 26.

Durch das Ventil 28 wird in die Langsbohrung 26 Bei dieser Anordnung erkennt man daß beim

ein geeignetes Strombegrenzungsmaterial eingefüllt, Auftreten eines Überstromes das Strombegrenzungsbis die Langsbohrung 26 und die damit in Verbin- material im verjüngten Endbereich 26 der Langsdung stehende Kammer innerhalb der Elektrode 20 45 bohrung 26 zuerst verdampft wird, worauf die Vergefüllt sind. Danach wird das Ventil 28 geschlossen. dampfung in Richtung des verbleibenden Teiles fort-

Das in der Langsbohrung 26 vorhandene Strom- schreitet, was durch die Richtung eines Pfeile, 36 begrenzungsmaterial ist bei Raumtemperatur fest dargestellt ist. Es hat ^sich _c ^h^^r.^aus^^tellt',,^d£ ™ oder flüssig und wird auf Grund eines Kurzschluß- Vorsehen eines verjüngten Endbereiches 26 im Bestromes verdampft, wobei hohe Dampfdrücke auf- ₅o reich der ersten Elektrode 10 sehr gut zur Ableitung treten. Das verdampfte Material weist einen elek- und Absorbierung von Warme von normalen Strotrischen Widerstand auf, der wesentlich höher ist als men geeignet ist. ,„„,·. _{t A Vn},u_o„ -,λ

die Kurzschlußimpedanz des dazugehörigen Schalt- Innerhalb der Elektrode 20 arbeitet der Kolben1

kreises, so daß der Kurzschlußstrom auf einen vor- in Verbindung mit dem zusammendruckbaren Druckgegebenen Wert begrenzt wird. Nach Abklingen des 55 gas in der Kammer 30, wodurch ^der ·" ^der ^!J-Kurzschlußstromes kühlt sich das verdampfte Ma- begrenzungsvornchtung auftretende Druck vermmterial sehr rasch ab, so daß es sich wieder verfestigt dert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

sich der durch das Strorabegrenzungsmaterial gePatentansprüche: büdete metallische Leiter, so daß der elektrische Widerstand der Strombegrenzungsvorrichtung erneut

1. Strombegrenzungsvorrichtung mitzwei durch relativ niedrige Werte annimmt

eine elektrische Isolierung voneinander getrenn- 5 Es zeigt sich jedoch, daß bei lang andauernden

ten metallischen Elektroden, mit einer zwischen hohen Betriebsströmen ein ungewunschter Strom-

den Elektroden vorhandenen, wenigstens durch begrenzungsvorgang stattfinden kann, weil die in

die elektrische Isolierung hindurchgehenden dem Strombegrenzungsmaterial erzeugte Wärme durch

Längsbohrung und mit einem in dieser Längsboh- die aus keramischem Material wie Aluminiumoxyd

rung angeordneten, bei Raumtemperatur in io bestehende elektrische Isolierung nicht schnell abge-

festem oder flüssigem Zustand befindlichen, elek- leitet werden kann.

irisch leitfähigen Strombegrenzungsmaterial aus Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

der Gruppe von Metallen wie Natrium und Kalium eine Strombegrenzungsvomchtung zu schaffen, bei

und deren Legierungen, welches bei normalen der ein Strombegrenzungsvorgang selbst bei lang

Betriebsströmen die beiden Elektroden elektrisch 15 andauernden hohen Betriebsströmen mit Sicherheit