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Kaskadenstromwandler
Um das Isolationsproblem bei für hohe Reihenspannungen bestimmten Stromwandler zu vereinfachen, ist es bekannt, die sogenannte Kaskadenschaltung anzuwenden. Man unterscheidet eingliedrige' (einstufi- ge) oder mehrgliedrige (mehrstufige) Kaskadenstromwandler.
Wenn man, wie es heute meist verlangt wird, den Stromwandler mit mehreren Kernen und Sekundär- wicklungen zum Anschluss von Bürden für Messung, Zählung und Schutzanordnungen, also mit sogenannten Mess- und Relaiskernen ausrüsten will, so bereitet dies erhebliche Schwierigkeiten, wenn es sich um einen Kaskaden3tror. lwandler handelt. Es ist bekannt, zu diesem Zweck an die Sekundärwicklung eines einstufigen Kaskadenstromwandlers die Primärwicklung eines Hilfswandlers anzuschliessen, der mehrere Kerne und Sekundärwicklungen zum Anschluss der verschiedenen Bürden aufweist. In Fig. l der Zeichnung ist die Schaltung eines solchen Stromwandlers dargestellt.
Mit 11 ist der einstufige Kaskadenstromwandler mit seiner Primärwicklung 12, seiner Sekundärwicklung 13, den Schubwicklungen 14,15 und dem auf Mittelpotential befindlichen Eisenkern 16 bezeichnet. Der an die Sekundärwicklung 13 angeschlossene Hilfswandler 17 hat beispielsweise zwei von der Primärwicklung 18 erregte Eisenkerne 19 und 20 (Messund Relaiskern) mit den Sekundärwicklungen 21 und 22. Es ist auch bekannt, bei einem mehrstufigen Kaskadenstromwandler das unterste Glied, d. h. die Endstufe, mit mehreren Kernen und Sekundärwicklungen zum Anschluss der verschiedenen Bürden auszurüsten ; die Fig. 2 zeigt das Schaltbild für einen Kaska- denstromwandler mit zwei Gliedern oder Stufen 11 und 17.
Die Eisenkerne 16,19 und 20 sind beispielsweise Ringkerne oder rechteckige, die primären und sekundären Wicklungen jeweils auf demselben Schenkel tragende Rahmenkerne, so dass Schubwicklungen entfallen. Die Sekundärwicklung 13 des oberen Gliedes 11 und die Primärwicklung 18 des unteren Gliedes 17 bilden hier die Kopplungswicklungen zwischen beiden Stufen. Diese Ausbildung eines einstufigen oder mehrstufigen Kaskadenstromwandlers hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, dass der Kern hoher Genauigkeit und kleiner Leistung, z. B. der Mess- oder Zählkern 19, durch die hohe Belastung des oder der andern Kerne (Relaiskern 20) unzulässig über das dem Hilfswandler bzw. der Kaskadenendstufe 17 vorgeschaltete Kaskadenglied 11 beeinflusst wird.
Um diese messtechnische Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es schon bekanntgeworden, zwischen den den ver- schiedenen Burden zugeordneten Kernen der Endstufe eines mehrstufigen Kaskadenstromwandlers eine transformatorische, galvanische, magnetische oder kapazitive Kopplung derart vorzusehen, dass eine Feh- lerkompensation bei den für hohe Messgenauigkeit ausgelegten Kernen (Mess- und Zählkern) erreicht wird. Diese Fehlerkompensation bedingt jedoch einen erheblichen Mehraufwand, so dass man in der Regel auf die Anwendung der Kaskadenschaltung und deren isolationstechnische Vorteile verzichtet hat, wenn Stromwandler mit getrennten Mess- und Relaiskernen verlangt werden.
Die Erfindung zeigt einen einfachen Weg, wie man in solchen Fällen doch von der Kaskadenschal- tung und ihren Vorteilen Gebrauch machen kann, ohne den geschilderten Mehraufwand für die Fehlerkompensation treiben zu müssen. Die Erfindung betrifft einen Kaskadenstromwandler in einstufiger Ausführung mit Schubwicklungen oder in mehrstufiger Ausführung mit Kopplungswicklungen und erforderli- :
henfalls auch mit Schubwicklungen und besteht darin, dass der Eisenkern jeder Stufe der Kaskade in zwei ) der mehr Einzelkerne mit je einer Sekundärwicklung unterteilt ist, dass die von dem zu messenden Strom lurchflossene Primärwicklung sämtliche Einzelkerne der betreffenden Stufe gemeinsam umfasst und dass
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ferner, bei einstufiger Ausführung jeder von den Einzelkernen mit Schubwicklungen versehen ist, bei mehrstufiger Ausführung jeder von den Einzelkernen der weiteren Stufen eine besondere Primärwicklung aufweist, wobei diese Primärwicklung und die Sekundärwicklung des entsprechenden Eisenkernes der vor- geschalteten Stufe miteinander verbunden die Kopplungswicklungen der beiden betreffenden Stufen bili den und erforderlichenfalls jeder von den Einzelkernen.
der weiteren Stufen auch mit Schubwicklungea versehen ist. Eine messtechnisch ungünstige gegenseitige Beeinflussung der Kerne, also insbesondere der
Kerne hoher Genauigkeit durch die anderen Kerne, tritt bei dem Kaskadenstromwandler gemäss der Erfin- dung nicht auf, so dass Massnahmen zur Fehlerkompensation, wie sie bei den bekannten Kaskadenstrom- wandlern mit mehreren in der Endstufe vorgesehenen Einzelkernen für verschiedene Sekundärwicklungen zur Speisung von Bürden für verschiedene Aufgaben notwendig sind, völlig entfallen. Ein Mehraufwand an
Kernmaterial tritt auch nicht auf.
In einstufiger Ausführung wird der Kaskadenstromwandler gemäss der Erfindung praktisch so aufgebaut, dass die zwei oder mehr Einzelkerne auf ihren einen Schenkeln die sie gemeinsam umfassende Primär- wicklung, auf ihren gegenüberliegenden Schenkeln die einzelnen Sekundärwicklungen zum Anschluss von
Bürden für verschiedene Aufgaben (z. B. Messgeräte, Zähler, Relais) tragen und dass jeder von den Einzel- kernen mit Schubwicklungen zur Kopplung der gemeinsamen Primärwicklung mit den einzelnen Sekundär- wicklungen versehen ist. Die Herstellung eines solchen einstufigen Kaskadenstromwandlers gemäss der Er- findung wird besonders einfach, wenn man ihn als giessharzisolierten Wandler ausführt.
Eine bevorzugte, sehr vorteilhafte Ausführungsform für einen solchen giessharzisolierten Kaskadenstromwandler gemäss Er- findung besteht darin, dass zur Isolation der Primärwicklung und der Sekundärwicklung gegenüber den
Einzelkernen zwei Giessharzkörper dienen, deren einer die Primärwicklung mit ihren Ausleitungen trägt, während in dem andern Giessharzkörper die zwei oder mehr Sekundärwicklungen mit ihren Ausleitungen eingebettet sind, und dass in den der Zahl der Einzelkerne entsprechenden, von der Primärwicklung ge- meinsam bzw. von den einzelnen Sekundärwicklungen umfassten Durchgängen der beiden Giessharzkörper die die Schubwicklungen tragenden Schenkel der Einzelkerne liegen.
Ein solcher Stromwandler ist auch zum Aufbau einer mehrstufigen Stromwandlerkaskade geeignet, wenn man ihn als oberstes Glied der Kas- kade benutzt, wobei seine Sekundärwicklungen als Kopplungswicklungen zur Verbindung mit der nächst- folgenden Kaskadenstufe dienen, welche die gleiche Anzahl von Einzelkernen, Sekundärwicklungen und
Schubwicklungen wie die oberste Stufe sowie statt einer gemeinsamen Primärwicklung eine entsprechende
Zahl von die betreffenden Schenkel der Einzelkerne einzeln umfassenden, mit den Kopplungswicklungen der obersten Stufe zu verbindenden Kopplungswicklungen aufweist.
Wohl ist es bereits bekannt, mehrstufige Kaskadenstromwandler in Giessharzisolierung auszuführen, indem für die aktiven Teile jeder Stufe ein besonderer den Ringkern der betreffenden Stufe umhüllender
Giessharzkörper vorgesehen wird, der in dem Kernfensterraum zwei durch eine Wand getrennte Durchgän- ge aufweist, die je nachdem, um welche Stufe es sich handelt, zum Hindurchführen der Primärwicklung und der Kopplungswicklung bzw. der beiden Kopplungswicklungen bzw. der Kopplungswicklung und der
Sekundärwicklung dienen.
Dieser bekannte Kaskadenstromwandler hat aber in jeder Stufe nur einen ein- zigen Eisenkern und weist im übrigen auch nicht den vorstehend beschriebenen, für einen einstufigen Kaskadenstromwandler gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Aufbau mit zwei Giessharzkörpern und mit nicht in Giessharz eingebetteten zwei oder mehr Eisenkernen auf.
In mehrstufiger, vorzugsweise flüssigkeitsisolierter Ausführung kann ein Kaskadenstromwandler gemäss der Erfindung derart aufgebaut werden, dass die vorzugsweise als Ringkerne gestalteten Einzelkerne der obersten Stufe mit ihren Sekundärwicklungen durch eine sie gemeinsam umhüllende Isolierung von der sie gemeinsam umfassenden Primärwicklung getrennt sind und dass diese Isolierung sich in einer die Ausleitungen aller Sekundärwicklungen enthaltenden Durchführung fortsetzt, während die vorzugsweise auch als Ringkerne ausgebildeten Einzelkerne der folgenden Stufe bzw. Stufen mit ihren Sekundärwicklungen jeder für sich gegenüber seiner Primärwicklung entsprechend isoliert ist und mit je einer eigenen oder mit einer gemeinsamen Durchführung für die Ausleitungen der Sekundärwicklungen versehen sind.
Besonders vorteilhaft in isolationstechnischer Hinsicht ist es bei einem solchen Kaskadenstromwandler in zweistufiger Ausführung, wenn die obere Stufe so bemessen und mit einer solchen Isolierung der gemeinsamen Primärwicklung gegenüber den auf einem Zwischenpotential befindlichen Einzelkernen mit ihren Sekundärwicklungen versehen ist, dass auf die obere Stufe etwa 2/3 der Potentialdifferenz zwischen Hochspannungsanschluss und Erde entfällt, während die untere Stufe (Endstufe) in ihrer Bemessung und in der Isolierung der einzelnen Primärwicklungen gegenüber ihren auf Erdpotential liegenden Einzelkernen mit ihren Sekundärwicklungen nur für etwa 1/3 der Potentialdifferenz ausgelegt ist.
Diese Ausführungsform erleichtert die erstrebte Verwendung von Isoliermänteln gleichen Durchmessers für die beiden Kas-
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kadenstufen und bringt eine Ersparnis an Isoliermaterial und eine Verringerung des Raumbedarfes für den
Kaskadenstromwandler, weil infolge der geringeren Isolierung jedes der Einzelkerne der unteren Stufe bzw. Stufen alle Einzelkerne der betreffenden Stufe in einem Gehäuse untergebracht werden können, des- sen Durchmesser nur so gross ist wie der Durchmesser des Gehäuses der obersten Stufe. Dieser Aufbau eines zweistufigen Kaskadenstromwandlers ist besonders dann von Vorteil, wenn man den Kaskadenstromwandler mit einem Spannungswandler kombinieren will, wie dies häufig erwünscht ist.
Man kann dann nämlich ohne Schwierigkeit die obere Kaskadenstufe des Spannungswandlers mit der oberen Stufe des Kaskaden- stromwandlers in dem gemeinsamen Gehäuse in an sich bekannter Weise so unterbringen, dass die aktiven
Teile des Stromwandlers oben, die aktiven Teile des Spannungswandlers unten liegen und die für die bei- derseitigen Ausleitungen erforderlichen Durchführungen in entgegengesetzten Richtungen nebeneinander verlaufen. Bei der unteren Kaskadenstufe wird die Anordnung sinngemäss genauso getroffen, d. h., die
Durchführungen für die Ausleitungen der Sekundärwicklungen der Stromwandler-Kaskadenstufe verlaufen von oben nach unten neben der von unten nach oben verlaufenden Durchführung für die Ausleitung der
Kaskadenspannungswandlerstufe, deren aktive Teile unten angeordnet sind.
In vielen Fällen ist jedoch eine Kombination des Kaskadenstromwandlers mit einem Spannungswand- ler nicht erforderlich, so dass man bei dem Aufbau des Kaskadenstromwandlers keine Rücksicht auf die
Unterbringung der aktiven Teile eines Kaskadenspannungswandlers zu nehmen braucht. Anderseits besteht häufig der Wunsch, auf jede Stufe des Kaskadenstromwandlers den gleichen Anteil der Potentialdifferenz zwischen Hochspannungsanschluss und Erde entfallen zu lassen, also z. B. einen zweistufigen Kaskaden- stromwandler so auszuführen, dass auf jede der beiden Stufen die Hälfte der Potentialdifferenz zwischen
Hochspannungsanschluss und Erde entfällt.
Dies lässt sich gemäss der weiteren Erfindung dadurch erreichen, dass die vorzugsweise als Ringkerne gestalteten beiden Einzelkerne der obersten Stufe mit ihren Sekundär- wicklungen durch eine sie gemeinsam umhüllende Isolierung von der sie gemeinsam umfassenden Primär- wicklung getrennt sind und diese Isolierung sich in einer die Ausleitungen aller Sekundärwicklungen ent- haltenden Durchführung fortsetzt, während die beiden Einzelkerne der folgenden Stufe bzw.
Stufen mit ihren Sekundärwicklungen-jeder für sich gegenüber seiner Primärwicklung entsprechend isoliert und mit je einer Durchführung für die Sekundärwicklung bzw. die Primärwicklung versehen-räumlich derart übereinander angeordnet sind, dass die die Ausleitungen der Sekundärwicklung des oben liegenden Einzelkernes enthaltende nach unten gerichtete Durchführung neben der die Ausleitungen der Primärwicklung des unten liegenden Einzelkernes enthaltenden nach oben gerichteten Durchführung in dem zwischen den Einzelkernen befindlichen freien Raum liegt. Vorzugsweise werden die beiden Einzelkerne der obersten Stufe der Kaskade und mindestens der oben liegende Einzelkern der folgenden Stufe bzw. Stufen mit ihren Ebenen horizontal angeordnet.
Man kann den Aussendurchmesser des oben liegenden isolierten als Ringkern ausgebildeten Einzelkernes der unteren Stufe bzw. Stufen der Kaskade ebenso gross machen, wie den Aussendurchmesser der gemeinsam isolierten beiden, als Ringkerne ausgebildeten Einzelkerne der obersten Stufe der Kaskade und demgemäss für die einzelnen Stufen Isoliermäntel gleichen Durchmessers verwenden, auch wenn die Isolierung jedes der beiden Einzelkerne der unteren Stufe bzw. Stufen ebenso stark ist, wie bei der obersten Stufe. Der unten liegende Einzelkern der unteren Stufe bzw. Stufen der Kaskade, der zweckmässig als Mantelkern oder als Rahmenkern mit rechteckigem Kernfenster ausgebildet ist und dessen Aussenabmessungen auch nicht grösser sind, kann auch horizontal liegend angeordnet werden.
Man kann ihn aber auch mit vertikal liegender Ebene einbauen, insbesondere wenn man ihn in das Fundament hineinragen lässt.
Die Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines einstufigen Kaskadenstromwandlers gemäss der Erfindung mit beispielsweise einem Mess- und einem Relaiskern, während in Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsbeispiele eines einstufigen Kaskadenwandlers mit Giessharzisolierung schematisch unter Fortlassung aller für die Erfindung unwesentlichen Einzelheiten dargestellt sind.
Die Primärwicklung 23 des Kaskadenstromwandlers, deren Enden an die Hochspannungsanschlussklemmen K, L angeschlossen sind, erregt die beiden Einzelkerne 24 und 25, von denen jeder eine Sekundärwicklung 26 bzw. 27 trägt. Die sekundären Anschlussklemmen sind mit lk. 1 lund 2k, 21 bezeichnet. Zur Kopplung der beiden Sekundärwicklungen und der gemeinsamen Primärwicklung, die auf einander gegen- überliegenden Schenkeln 24,25 angeordnet sind, dienen die Schubwicklungen 28,29 bzw. 30,31 auf jedem der beiden Einzelkerne. Der eine von ihnen ist beispielsweise ein sogenannter Messkern hoher Genauigkeit, an dessen Sekundärwicklung ein Messgerät angeschlossen wird ; an die Sekundärwicklung des andern Kernes (Relaiskern) wird ein Schutzrelais angeschlossen.
Wie Fig. 4 zeigt, dient zur Isolation der auf Hochspannungspotential befindlichen Primärwicklung 23 gegenüber den Einzelkernen 24,25, die auf einem mittleren Potential zwischen Betriebshochspannung
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und Erde liegen, Ein Giessharzkörper 32, in den die Primärwicklung mit ihren Ausleitungen in an sich be- kannter Art und Weise eingebettet ist. Der Giessharzkörper weist zwei rohrförmige, von der Primärwick- lung gemeinsam umfasste Durchgänge 33,34 auf, in denen die die Schubwicklungen 28 und 30 tragenden
Schenkel der beiden Eisenkerne 24,25 liegen. Die beiden Sekundärwicklungen 26 und 27 sind mit ihren
Ausleitungen in einen weiteren Giessharzkörper 35 eingebettet, der ebenfalls zwei rohrförmige Durchgän- ge 36,37 aufweist, in denen die die Schubwicklungen 29 und 31 tragenden Schenkel der beiden Eisenker- ne 24,25 liegen.
Der Durchgang 36 ist von der Schubwicklung 29, der Durchgang 37 von der andern
Schubwicklung 31 umfasst. Die beiden Giessharzkörper 32 und 35, mit Ausnahme der die Ausleitungen enthaltenden Durchführungen (Fortsätze) erhalten zweckmässig einen leitenden oder halbleitenden Aussen- belag, der mit den Eisenkernen 24, 25 und den Verbindungsleitungen der Schubwicklungen 28,29 bzw.
30, 31 leitend verbunden wird, also auf einem mittleren Potential zwischen Betriebsspannung und Erde liegt. Als besonders vorteilhaft ist zu erwähnen, dass man für die Herstellung der beiden Giessharzkörper
32,35 eine und dieselbe Giessform verwenden kann, da beide Körper vollkommen gleiche Gestalt haben können.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform für einen einstufigen giessharzisolierten Kaskadenstromwandler gemäss der Erfindung weist der die Primärwicklung 23 enthaltende Giessharzkörper 32a nur einen, wenigstens annähernd kreisrunden, Durchgang 38 auf, der zur Aufnahme der die Schubwicklungen 28,30 tragenden Schenkel beider Eisenkerne 24,25 dient. Die Kerne sind mit ihren Ebenen schräg zueinander angeordnet, bilden also zwischen sich einen spitzen Winkel. Man erhält damit den Vorteil, dass die Primärwicklung 23 kreisförmig gestaltet und gleichzeitig an Giessharz gespart werden kann. Allerdings braucht man zur Herstellung derbeiden Giessharzkörper 32a und 35 zwei verschiedene Giessformen.
Man kann die Querschnitte der Eisenkerne 24,25 übrigens in an sich bekannter Art und Weise auch so gestalten, dass ihr Gesamtquerschnitt annähernd eine Kreisform ergibt, so dass der Durchgang 38 von den die Schubwicklungen tragenden Kernschenkeln praktisch voll ausgefüllt wird.
An sich ist es bei Trockenstromwandlern, deren einteiliger Isolierkörper einen von der Primärwicklung umschlungenen Querdurchgang zur Aufnahme eines Teiles des die Sekundärwicklung tragenden magnetischen Kreises aufweist, bekannt, den magnetischen Kreis von zwe, Eisenkerrien bilden zulassen, deren Ebenen schräg zueinander liegen, also zwischen sich einen spitzen Winkel bilden. Diese Massnahme dient lediglich einer Verringerung der Bauhöhe des Wandlers, also einem ganz andern Zweck als bei dem vorbeschriebenen, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines einstufigen Kaskadenstromwandlers gemäss der Erfindung mit einer Primärwicklung, zwei Eisenkernen, vier Schubwicklungen und zwei Sekundärwicklungen.
Ein Ausführungsbeispiel für einen mehrstufigen, u. zw. zweistuilgen Kaskadenstromwandler gemäss der Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt, wobei Fig. 6 das Prinzipschaltbild und Fig. 7 rein sche- matisch unter Fortlassung aller für die Erfindung unwesentlichen Einzelheiten ein Beispiel für den konstruktiven Aufbau eines solchen zweistufigen Kaskadenstromwandlers zeigt. Die Primärwicklung 39 des Kaskadenstromwandlers, deren Enden an die Hochspannungsklemmen K, L, angeschlossen sind, umfasst die beiden vorzugsweise als Ringkerne ausgebildeten Einzelkerne 40 und 41, von denen jeder eine Sekundärwicklung 42 bzw. 43 trägt. Die Primärwicklung 39, die Eisenkerne 40,41 und die Sekundärwicklungen 42,43 bilden die aktiven Teile der oberen Stufe der Kaskade.
Die untere Stufe (Endstufe) der Kaskade weist die gleiche Zahl von Einzelkernen auf wie die obere Stufe, d. h. in dem dargestellten Beispiel zwei vorzugsweise als Ringkerne ausgebildete Einzelkerne 44 und 45. Jeder von diesen Kernen trägt eine Primärwicklung 46 buzz. 47 und eine Sekundärwicklung 48 bzw. 49. Die Sekundärwicklungen 42,43 der oberen Stufe und die Primärwicklungen 46,47 der unteren Stufe bilden die Kopplungswicklungen der beiden Stufen der Kaskade. An die sekundären Klemmen 1k, 11 bzw. 2k, 21 des Kaskadenstromwandlers werden die Bürden für verschiedene Aufgaben, z. B. ein Messgerät und ein Schutzrelais, angeschlossen.
Die beiden Ringkerne 40 und 41 der oberen Kaskadenstufe sind, wie Fig. 7 zeigt, mit den zugehörigen Sekundärwicklungen 42 bzw. 43 bewickelt und gemeinsam mit einer ausreichenden Isolation 50 versehen, die, wenn es sich um einen flüssigkeitsisolierten Stromwandler handelt, in üblicher Weise aus Papierbandagen od. dgl. hergestellt ist. Die Isolation 50 weist einen als Durchführung für die Ausleitun-
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Fig. 7 nur rein schematisch angedeutet, in der genügenden Anzahl von Windungen um die von der Isolation 50 umhüllten beiden Ringkerne 40,41 mit ihren Sekundärwicklungen 42,43 herumgeschlungen. Ein Isoliermantel 52 mit einer metallischen Grundplatte 53 und einem Metalldeckel oder einer Metallhaube 54 bildet das mit Isolierflüssigkeit gefüllte Gehäuse für die aktiven Teile der oberen Stufe des Kaskaienstromwandlers.
Die untere Stufe der Kaskade besitzt einen Isoliermantel 55 mit einer metallischen Grundplatte 56 und einem Metalldeckel 57. In diesem ebenfalls mit Isolierflüssigkeit gefüllten Gehäuse
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sind die beiden Ringkerne 44 und 45 mit ihren Sekundärwicklungen 48 bzw. 49 untergebracht. Der die
Sekundärwicklung 48 tragende Ringkern 44 ist mit einer beispielsweise aus Papierbandagen od. dgl. be- stehenden Isolierhülle 58 gegenüber seiner Primärwicklung 46 isoliert ; eine entsprechende Isolierhülle 59 dient zur Isolation des Ringkernes 45 und seiner Sekundärwicklung 49 gegenüber seiner Primärwicklung 47.
Die Isolierhüllen 58 und 59 haben als Durchführungen für die Ausleitungen der beiden Sekundärwicklun- gen 48,49 dienende Fortsätze 60 bzw. 61. Die Wicklungen 46 und 47, die mit den Wicklungen 42 und
43 der oberen Stufe verbunden sind, umschlingen die Ringkerne 44 und 45 mit einer entsprechenden An- zahl von Windungen, was in der Fig. 7 nur schematisch angedeutet ist.
Die Ringkerne 44 und 45 befinden sich auf Erdpotential und sind durch die Isolierhüllen 58,59 ge- genüber den auf einem mittleren Potential befindlichen Primärwicklungen 46,47 entsprechend isoliert.
Die Ringkerne 40 und 41 der oberen Stufe befinden sich auf dem gleichen mittleren Potential wie die
Wicklungen 46,47 der unteren Stufe bzw. die mit diesen verbundenen Wicklungen 42,43 der oberen
Stufe. Dementsprechend müssen die Ringkerne 40 und 41 durch die Isolation 50 gegenüber der auf Hoch- spannung befindlichen Primärwicklung 39 isoliert sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man die Isolier- hülle 50 mit ihrer Durchführung 51 und den Isoliermantel b2 der oberen Stufe so bemisst, dass auf die obere Stufe etwa 2/3 der Potentialdifferenz zwischen dem Hochspannungsanschluss (also der Primärwick- lung 39) und Erde entfällt ; die untere Stufe wird dann in der Bemessung des Isoliermantel 55 und der
Isolierungen 58 und 59 sowie der Durchführungen 60 und 61 nur für etwa 1/3 der Potentialdifferenz ausge- legt.
Bei dieser Anordnung erzielt man eine wesentliche Ersparnis an Isoliermaterial und eine Verringe- rung des Raumbedarfs für die aktiven Teile der beiden Kaskadenstufen ; denn die für die grössere Potential- differenz bemessene Isolierung 50 der oberen Stufe wird nur einmal benötigt, da sie beide Ringkeme 40,
41 gemeinsam umgibt ; die für die beiden Ringkerne 44,45 der unteren Stufe erforderliche getrennte Iso- lation in Gestalt der Isolierhüllen 58,59 hat jedoch wegen der geringeren Potentialdifferenz zwischen den
Wicklungen 46,47 und den geerdeten Ringkernen 44,45 eine wesentlich geringere Stärke.
Die beiden
Ringkerne 44,45 mit ihren Sekundärwicklungen und ihren Isolierhüllen 53,59 sowie ihren Primärwick- lungen 46,47 können in Abweichung von der Darstellung in Fig. 7 auch dicht nebeneinander angeordnet werden, sp dass sie gegebenenfalls eine Einheit bilden, wobei es auch möglich ist, die beiden Durchfüh- rungen 60,61 zu einer gemeinsamen Durchführung für alle sekundären Ausleitungen zusammenzufassen.
Man kann aber auch inder unteren Stufe zwei getrennte Einkern-Stromwandler entsprechender Bemessung verwenden.
Der in Fig. 7 dargestellte Kaskadenstromwandler kann au ch mit Giessharzisolierung ausgefUhrt werden.
Schliesslich ist in der Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für einen mehrstufigen Kaskadenstromwandler gemäss der Erfindung dargestellt, bei dem bei Unterteilung des Eisenkernes jeder Stufe in zwei Einzelkerne auf jede Stufe der Kaskade der gleiche Anteil der Potentialdifferenz entfällt und trotzdem der Forderung nach Isoliermaterialeinsparung und nach Verringerung des Raumbedarfes Rechnung getragen ist.
Die obere Stufe des Kaskadenstromwandlers, der in seiner Schaltung dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Wandler entspricht, stimmt in ihrem Aufbau vollständig mit der oberen Stufe des in Fig. 7 gezeichneten Wandlers überein, nur ist im Hinblick darauf, dass auf jede der beiden Kaskadenstufen hier die Hälfte der Potentialdifferenz zwischen Hochspannungsanschluss und Erde entfallen soll, die Isolierung 50 der Primärwicklung 39 gegenüber den beiden Ringkernen 40,41 und ihren Sekundärwicklungen 42,43 schwächer bemessen als bei dem in Fig. 7 dargestellten Kaskadenstromwandler, bei dem auf die obere Stufe der Kaskade etwa 2/3 der Potentialdifferenz entfällt. Die Isolation 50 weist einen als Durchführung für die Ausleitungen der beiden Sekundärwicklungen 42,43 dienenden Fortsatz 51 auf.
Das Gehäuse der oberen Kaskadenstufe besteht aus dem Isoliermantel 52 mit der metallischen Grundplatte 53 und dem Metalldeckel oder der Metallhaube 54. Die untere Stufe der Kaskade besitzt einen Isoliermantel 55 mit einem metallischen geerdeten Fundament 56 und einem Metalldeckel 57. In diesem Gehäuse ist oben der Ringkern 44 mit seiner Sekundärwicklung 48 horizontal liegend angeordnet. Er ist gegenüber seiner Primärwicklung 46, die mit den Ausleitungen der Sekundärwicklung 42 der oberen Kaskadenstufe verbunden ist, durch eine Isolierhülle 58 isoliert, die genau wie die Isolation 50 bei der oberen Stufe für die Hälfte der Potentialdifferenz zwischen Hochspannungsanschluss und Erde bemessen ist.
Die Isolierhülle 58 weist einen senkrecht nach unten gerichteten Fortsatz 60 für die Ausleitungen der Sekundärwicklung 48 auf, die an die sekundären Anschlussklemmen lk und 11 angeschlossen werden. Unten im Gehäuse befindet sich ebenfalls horizontal liegend der zweite, beispielsweise als Mantelkern ausgebildete Einzelkern 45 der unteren Kaskadenstufe mit seiner Sekundärwicklung 49, deren Ausleitungen an die sekundären Anschlussklemmen 2k und 21 geführt sind. Die zugehörige Primärwicklung 47, durch die Isolation 59 umhüllt, umfasst den sekundärbewickelten Mittelschenkel des Kernes 45 etwa ringförmig.
Diese die Primärwicklung 47
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enthaltende Isolation 59 weist eine senkrecht nach oben gerichtete Durchführung 61 für die beiden Aus- leitungen der Primärwicklung 47 auf, die mit den Ausleitungen der Sekundärwicklung 42 der oberen Kas- kadenstufe verbunden sind. Die beiden Durchführungen 60 und 61 liegen also, in entgegengesetzten Rich- tungen verlaufend, nebeneinander in dem freien Raum zwischen dem oben liegenden Kern 44 und dem unten liegenden Kern 45. Diese räumliche Anordnung der beiden Einzelkerne der unteren Kaskadenstufe ermöglicht es, die beiden Kernanordnungen, von denen jede ebenso stark isoliert ist wie die Kernanord- nung der oberen Kaskadenstufe, in einem Gehäuse unterzubringen, welches den gleichen Durchmesser und die gleiche Höhe wie das Gehäuse der oberen Kaskadenstufe hat.
Die Isolierhüllen 50,58 und 59 mit ihren Durchführungen 51,60 bzw. 61 können in üblicher Weise aus Papierbandagen od. dgl. hergestellt sein, wenn die Gehäuse für die beiden Kaskadenstufen mit einer Isolierflüssigkeit oder Isoliermasse gefüllt werden. Sie können aber auch in an sich bekannter Weise aus Giessharz bestehen, wobei dann die Gehäuse nicht mit einem. Isoliermittel, z. B. mit Öl gefüllt zu werden brauchen, bzw. ganz in Fortfall kommen können.
Falls die durch die Spulen-und Erdkapazitäten gegebene natürliche Potentialaufteilung auf die einzelnen Stufen der Kaskade nicht den Wünschen entspricht, also in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Potentialdifferenz zwischen Hochspannung und Erde nicht gleichmässig auf die beiden Kaskadenstufen verteilt wird, so kann man in eine, zwei oder mehr Stufen der Kaskade Steuerkondensatoren einbauen. In der Zeichnung ist beispielsweise in dem freien Raum neben der Durchführung 51 der oberen Kaskadenstufe eine Steuerkondensatorsäule 62 angeordnet, die einerseits an den Deckel 54, anderseits an den Boden 53 angeschlossen ist.
Diese Kondensatorsäule ist mit Rücksicht auf die Spulen- und Erdkapazitäten der beiden Kaskadenstufen so bemessen, dass sich die Potentialdifferenz zwischen Hochspannung und Erde völlig gleichmässig auf beide Stufen verteilt. Um einen Abgleich zu ermöglichen, kann man die Kondensatorsäule mit Anzapfungen versehen, die gegebenenfalls auch aus dem Gehäuse mittels Durchführungen im Boden oder Deckel herausgeführt werden können.
Gelegentlich ist es erwünscht, dass die in dem sogenannten Relaiskern eines Mehrkern-Wandlers zur Verfügung gestellte Messleistung galvanisch unterteilt wird, um den galvanisch getrennten Anschluss verschiedener Schutzeinrichtungen, wie z. B. eines Differentialschutzes und eines normalen Überstromschutzes, zu ermöglichen. Man kann in einem solchen Fall in der untersten Stufe der Kaskade den einen Einzelkern, also den sogenannten Relaiskern durch zwei Kerne mit je einer Sekundärwicklung ersetzen.
An die Sekundärwicklung des einen dieser beiden Kerne wird dann beispielsweise der Differentialschutz,
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Genauigkeit des Messkernes erfordern, angeschlossen. Da der Relaiskern im allgemeinen eine geringere Genauigkeit, jedoch eine höhere Leistung hat als der sogenannte Messkern, kann auf eine Ausschaltung der gegenseitigen Beeinflussbarkeit, wie sie zwischen Relaiskern und Messkern so störend ist, hier verzichtet werden. Es ist natürlich auch möglich, in analoger Weise den sogenannten Messkern durch zwei Kerne mit je einer Sekundärwicklung zu ersetzen, wenn die beiden galvanisch zu trennenden Messkreise die gleiche Genauigkeit haben, also eine gegenseitige Beeinflussung als weniger störend empfunden wird. In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel würde also in der unteren Kaskadenstufe der eine von den beiden Kernen, z.
B. der Kern 45 aus zwei Kernen bestehen, von denen jeder eine Sekundärwicklung trägt, die aberbeide von der gleichen Primärwicklung47 umfasst sind. Gegebenenfalls kann man ausserdem auch den andern Kern 44 in der gleichen Weise durch zwei Kerne mit je einer Sekundärwicklung ersetzen, die von der Primärwicklung 46 gemeinsam umfasst werden. Im letzteren Fall handelt es sich dann um einen sogenannten Vierkern-Kaskadenstromwandler.
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