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Primärseitig mittels einer einzigen Umschaltvorrichtung umschaltbarer Stromwandler, insbesondere hoher dynamischer
Festigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf einen primärseitig mittels einer einzigen Umschaltvorrichtung umschaltbaren Stromwandler, insbesondere hoher dynamischer Festigkeit, mit mehreren den Eisenkern um- gebenden, untrennbar in Reihe geschalteten Primärwicklungen, deren Leiterquerschnitt den Strombereichen angepasst ist.
Es ist ein Wickelstromwandler mit mehr als zwei Messbereichen bekannt, die durch Umschalten der Primärwicklung erreicht werden. Für die beiden höchsten Primärstromstärken besitzt der bekannte Stromwandler zwei getrennte Wicklungsteile, die durch äussere Umschaltmittel parallel bzw. in Reihe schaltbar sind. Einer dieser Wicklungsteile ist mit einem weiteren oder mehreren weiteren hintereinandergeschalteten Wicklungsteilen untrennbar in Reihe geschaltet. Die Enden sämtlicher Wicklungsteile sind an Schaltdome einer Umschaltvorrichtung geführt.
Ferner ist ein primärseitig umschaltbarer Messwandler bekannt, dessen Primärwicklung in zwei gleiche Wicklungshälften aufgeteilt ist, die entweder in Reihe oder parallelgeschaltet werden können.
Die oben erwähnten bekannten Stromwandler besitzen den Nachteil, dass sie infolge ihres als Wicklung ausgeführten Primäraufbaues und der dadurch bedingten nicht sehr hohen dynamischen Festigkeit nur zur Messung von mittleren Strömen bei mittleren Spannungen geeignet sind.
Dieser Nachteil lässt sich bei einem primärseitig umschaltbaren Stromwandler dadurch vermeiden, dass man gemäss der Erfindung für einen weiteren Strombereich einen zusätzlichen gestreckten Leiter vorsieht, der das Fenster des Eisenkernes als kompakter, kurzer Stab konzentrisch durchsetzt, dessen eines Ende unmittelbar mit der einen Stromzuleitung verbunden ist und dessen anderes Ende ebenso wiedie entsprechenden Enden der den Eisenkern umgebenden Primärwicklungen über Anschlusselemente der Umschaltvorrichtung mit der andern Stromzuleitung verbunden werden kann. Das nicht mit einem Anschlusselement verbundene Ende der den Eisenkern umgebenden Primärwicklung mit dem grössten Leiterquerschnitt ist unmittelbar mit dem an ein Anschlusselement angeschlossenen Ende des gestreckten Leiters verbunden.
Durch den Aufbau eines Stromwandlers gemäss der Erfindung wird die bei den bekannten Stromwandlem für den grössten Strombereich erforderliche Parallelschaltung der Primärwicklungen vermieden. Dadurch ist es möglich, für jede einzelne Primärwicklung nur je ein Anschlusselement in der Umschaltvorrichtung vorzusehen. Gegenüber den bekannten Stromwandlern können infolgedessen Anschlusselemente eingespart werden. Ausserdem kann die gesamte Umschaltvorrichtung kleiner ausgeführt werden.
Ein Ausfahrungsbeispiel eines gemäss der Erfindung ausgerüsteten Stromwandlers in Kopfbauweise ist in den Fig. 1 und 2 in verschiedenen Ansichten gezeigt, wobei in Fig. 2 der Kopfteil dieses Wandlers im
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Schnitt dargestellt ist. Der Übersichtlichkeit halber ist auf die Darstellung der den Eisenkern umgeben- den Sekundärwicklung verzichtet worden.
Der in an sich bekannter Weise als kompakter, kurzer Stab ausgebildete Leiter 1, der den Pri- märleiter für den grössten Strombereich bildet, durchsetzt das Fenster des Eisenkernes 2 konzentrisch.
Mit seinem einen (rechten) Ende 17 ist er über die üblichen Anschlussbolzen 6 mit der einen Strom- zuleitung verbunden, während sein anderes (linkes) Ende 3 über Anschlusselemente 14 der im Ge- häuseteil 4 untergebrachten Umschaltvorrichtung 5 mit der andern Stromzuleitung in Verbindung steht. Da es sich im vorliegenden Fall um einen Stromwandler hoher Stromstärke handelt, sind, wie üb- lich, am Eingang und Ausgang des Stromwandlers elektrisch parallelgeschaltete Doppelanschlussbolzen vorgesehen. Ausserdem ist der Eisenkern 2 in diesem Ausführungsbeispiel noch von der aus einer Win- dung bestehenden Primärwicklung 7 und von der aus zwei Windungen bestehenden Primärwicklung 8 umgeben, deren Enden 9 und 10 an weitere Anschlusselemente 15,16 der Umschaltvorrichtung 5 geführt sind.
Das nicht mit einem Anschlusselement verbundene Ende 11 der Primärwicklung 7 ist innerhalb des dicht abgeschlossenen Wandlergehäuseteiles 13 an der Verbindungstelle 18 mit dem
Ende 3 des Leiter 1 und das Ende 12 der Primärwicklung 8 an der Verbindungsstelle 19 mit dem Ende 9 der Primärwicklung 7 so verbunden, dass sich bei entsprechender Verbindung in der
Umschaltvorrichtung 5 die dem jeweiligen Strombereich entsprechende Einleiter-bzw. Reihenschal- tung ergibt.
Dies soll an Hand der Fig. 3-5 erläutert werden, in denen die gleichen Bezugszeichen wie in den
Fig. 1 und 2 verwendet sind.
Für den grössten Strombereich (4J) ist gemäss Fig. 3 nur der gestreckte Leiter 1 über die inder Mittellage befindliche Umschaltlasche 5a der Umschaltvorrichtung 5 als ein das Fenster des Eisenkernes 2 konzentrisch durchsetzender Primärleiter eingeschaltet.
Bei halb so grossem Strombereich (2J) ist gemäss Fig. 4 die Umschaltlasche 5a so gelegt (nach unten), dass die Wicklung 7 mit ihrem dieser kleineren Stromstärke entsprechend gewählten Leiterquerschnitt und der Leiter 1 in Reihe geschaltet sind.
Bei einem Viertel des grössten Strombereiches (1J) ist gemäss Fig. 5 die Umschaltlasche 5a so gelegt (nach oben), dass die Wicklung 8 mit ihrem gegenüber dem Leiterquerschnitt der Wicklung 7 weiterhin herabgesetzten Leiterquerschnitt und die Wicklung 7 sowie der Leiter 1 in Reihe geschaltet sind.
Es ist also für die kleinste Stromstärke (Fig. 5) eine Wicklung mit zwei Windungen mit einer Wicklung mit einer Windung und mit einem gestreckten Leiter in Reihe geschaltet. Für den doppelten Strom (Fig. 4) ist nur eine Wicklung mit einer Windung mit dem gestreckten Leiter in Reihe geschaltet. Daraus ergibt sich schon eine erhebliche Erhöhung der dynamischen Festigkeit. Für die grösste Stromstärke (Fig. 3) ist nur noch der gestreckte Leiter im Stromkreis, der durch seine gestreckte Form und durch die kurze Länge eine ausserordentlich hohe dynamische Festigkeit ergibt.
Die Querschnitte der Leiter der einzelnen Wicklungen bzw. derjenige des gestreckten Leiters sind gemäss der Stromstärke abgestuft, so dass beispielsweise der gestreckte Leiter 1 den vierfachen Querschnitt des Leiters der Wicklung 8 und den doppelten Querschnitt des Leiters der Wicklung 7 aufweist und dadurch auch der mechanisch festere ist.
Ausser der hohen dynamischen Festigkeit weist der Stromwandler gemäss der Erfindung noch insofern Vorteile auf, als die Umschaltvorrichtung, da sie nur eine einzige Umschaltlasche aufweist, sehr einfach ist ; sie erfordert nur wenig Durchführungen durch die Wand des dicht abgeschlossenen Gehäuseteiles des Wandlers ; ausserdem ist die Umschaltung mittels einer einzigen Umschaltlasche besonders betriebssicher, da Umschaltfehler, wie sie bei Umlegen mehrerer Schaltlaschen eintreten können, nicht möglich sind.
Weiterhin lassen sich durch Variation der Windungszahlen der einzelnen Wicklungen in sehr einfacher Weise an Stelle der beschriebenen Primärumschaltung 1 : 2 : 4 alle beliebigen Primärumschaltungen, z. B. 1 : 2 : 5 ; 1 : 2 : 6 ; 1 : 3 : 6 usw., verwirklichen.
Alle geschilderten Vorteile lassen sich bei den bisher bekannten Stromwandlem mit Primärumschaltung nicht erzielen.
Wird z. B., wie in. den Fig. 6-8 dargestellt ist, der Kern von vier Leitern durchsetzt, so sind tür die Umschaltvorrichtung U acht Anschlussklemmen KA und vier Hilfsklemmen KH für die Umschaltungen erforderlich. Die Verbindung dieser Klemmen erfolgt bei der kleinsten Stromstärke (1J) gemäss Fig. 6, bei der doppelten Stromstärke (2J) gemäss Fig. 7 und bei der grössten Stromstärke (4J) gemäss Fig. 8. Das Grundprinzip einer solchen Umschaltung besteht also darin, dass in jedem Stromstärkebereich die gleiche Durchflutung erzeugt wird.
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Die Umschaltung erfolgt durch Lageänderung der Umschaltlaschen. Im Beispiel der Fig. 6-8 sind sechs solcher Laschen erforderlich, wovon sechs bei der vierfachen Stromstärke (4J) benötigt werden, während bei den kleineren Stromstärken nur vier bzw. drei Umscha1t1aschen erforderlich sind.
Bei einer andern bekannten Ausführung eines primärseitig umschaltbaren Stromwandlers (Fig. 9-11) sind in Abweichung von der Ausführung gemäss den Fig. 6-8, bei denen nur eine einzige Umschaltvor- richtung U benötigt wurde, zwei getrennte Umschaltvorrichtungen U, und U, erfotderlich. Dadurch ergibt sich bei der höchsten Stromstärke (4J) gemäss Fig. 11 eine kurze Leiterführung mit einem daraus sich ergebenden Gewinn an dynamischer Festigkeit. Die für die Schaltung gemäss Fig. 10 (2J) und gemäss Fig. 9 (1J) benötigten um den Kern aussen herumgeführten R ! 1ckleiter R werden in der Schaltung gemäss
Fig. 11 (4J) nicht vom Strom durchflossen.
Es ist aber zu erkennen, dass mehr Anschlussklemmen und da- mit auch mehr flüssigkeits-oder gasdichte Durchführungen benötigt werden als bei der in den Fig. 6-8 dargestellten Lösung. Da die beiden Umschaltvorrichtungen Ul und U2 bei der mit dieser Lösung ver- bundenenKopfbauweise des Wandlers wegen der gestreckten Leiterführung räumlich weit auseinander lie- gen, ergibt sich eine erhöhte Fehlermöglichkeit, da nicht beide Umschaltvorrichtungen gleichzeitig ein- gesehen werden können und nacheinander geschaltet werden müssen. Das bedeutet z. B. bei einem Hoch- spannungswandler der Reihe 220 das zweimalige Aufsteigen zum Kopfteil des Wandlers.
Durch die hier notwendige Aufteilung aller Primärleiter in vier Einzelleiter kann die dynamische Festigkeit eines Ein- leiterwandlers auch in der Schaltung gemäss Fig. 11 (4J) nicht erreicht'werden. zumal eine Aufspreizung der Stromführung an beiden Umschaltvorrichtungen notwendig ist.
Bei einer besonders zweckmässigen Ausbildung der Umschaltvorrichtung für einen umschaltbaren
Stromwandler mit Doppelanschlussbolzen weist die Umschaltvorrichtung zwei parallel angeordnete mit den Doppelanschlussbolzen verbundene Stromschienen auf, die derart mit Klemmen bolzen ausgeritstet sind, dass durch eine einzige, als Schaltbrücke dienende Lasche entweder für den grössten Strombereich beide Stromschienen mit zwischen ihnen liegenden,
in Parallelschaltung mit dem gestreckten Leiter ver- bundenen Anschlusselementen und für die kleineren Strombereiche jeweils eine von beiden Stromschie- nen mit den im Zuge der jeweiligen Stromschiene liegenden Anschlusselementen oder für jeden der wähl- baren Strombereiche beide Stromschienen mit den zwischen ihnen angeordneten Anschlusselementen zusammenschaltbar sind.
Durch die so ausgebildete Umschaltvorrichtung werden infolge Verwendung nur einer einzigen Lasche in jedem Schaltungsfalle Fehlschaltungen vermieden.
In den Fig. 12 und 13 ist der Kopfteil 101 eines Stromwandlers in verschiedenen Ansichten gezeigt. Auf der Eingangsseite sind, wie es bei Stromwandlern grosser Stromstärken üblich ist, Doppelanschlussbolzen 102e und auf der Ausgangsseite Doppelanschlussbolzen 102a befestigt. Die Doppelschlussbolzen 102e sind, wie die weiteren Fig. 14-19 erkennen lassen, über eine Kupferschiene 103e miteinander verbundene. Zwei parallel angeordnete, mit den Doppelanschlussbolzen 102e verbunden Stromschienen 104 und 105 führen zu der den Kopfteil 101 dicht abschliessenden Umschaltplatte 106, die sich unter der Abdeckung 107 befindet. Durch die Umschaltplatte 106 ragen ebenfalls in öl- bzw. gasdichter Anordnung Anschlusselemente 108, 109, 110 hindurch.
In dem in den Fig. 14-16 dargestellten Ausführungsbeispiel sind von diesen Anschlusselementen die vier Anschlusselemente 108 in Parallelschaltung mit einem Primärleiter verbunden, der das Fenster des Wandlerkemes als Einleiter für die Stromstärke 4J durchsetzt. Die weiteren beiden unter sich parallelgeschalteten Anschlusselemente 109 sind mit einem den Wandlerkern z. B. in einer einzigen Wink dung umfassenden Primärleiter verbunden, der für die Stromstärke 2J mit dem schon genannten Einleiter in Reihe geschaltet ist.
Die weiteren beiden unter sich parallelgeschalteten Anschlusselemente 110 sind mit einem den Wandlerkern in mehreren Windungen umfassenden weiteren Primärleiter verbunden, der für die Stromstärke 1 mit den vorgenannten Primärleitern in Reihe geschaltet ist.
Werden die an den Stromschienen 104 und 105 angebrachten Klemmenbolzen 111 und 112 mit den zwischen den Stromschienen 104 und 105 liegenden vier Anschlusselementen 108 verbunden, so ist der Stromwandler durch die Einschaltung des primären Einleiters für die Stromstärke 4J geschaltet, Wird eine Verbindung der Klemmenbolzen 112 der Stromschiene 105 mit den beiden Anschlusselementen 109 hergestellt, so ist der Stromwandler durch die damit erfolgte Einschaltung der beiden in Reihe liegenden Primärleiter (Einleiter und eine Windung) für die Stromstärke 2J geschaltet.
Wird eine Verbindung der Klemmenbolzen 111 der Stromschiene 104 mit den beiden Anschlusselementen 110 hergestellt, so ist der Stromwandler durch die damit erfolgte Einschaltung der drei schon genannten in Reihe liegenden Primärleiter (Einleiter, eine Windung und mehrere Windungen) für die Stromstärke 1 geschaltet.
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Zur Herstellung dieser wahlweisen Verbindungen für 4J, 2J oder J dient die Lasche 113, die hier in Querrichtung scharnierartig ausgebildet ist. In dem in Fig. 14 gezeigten Schaltbeispiel (4D ist die
Lasche 113 auseinandergeklappt und verbindet dadurch dieKlemmenbolzen 111 und 112 der beiden
Stromschienen 104 und 105 mit den vier Anschlusselementen 108. In dem in Fig. 15 gezeigten 5 Schaltbeispiel (2J) ist die Lasche 113 auseinandergeklappt und verbindet dadurch die Klemmenbol- zen 111 und 112 der beiden Stromschienen 104 und 105 mit den vier. Anschlusselementen 108.
In dem in Fig. 15 gezeigten Schaltbeispiel (2J) ist die Lasche 113 zur Herabsetzung des Platzbedarfs zu- sammengeklappt- für die geringere Stromstärke 2J reichen Heinere Kontaktflächen aus-, so dass sie nur noch halb so lang ist ; sie verbindet die Klemmenbolzen 112 der Stromschiene 105 mit den bei- ) den Anschlusselementen 109. In dem in Fig. 16 gezeigten Schaltbeispiel (J) ist die Lasche 113 ebenfalls zusammengeklappt, da sie nur die Klemmenbolzen 111 der Stromschiene 104 mit den beiden Anschlusselementen 110 zu verbinden braucht.
In den Fig. 17-19 sind die Klemmenbolzen 111'bzw. 112'auf ihren zugehörigen Stromschie-
EMI4.1
105'untereinanderelementen 108', 109'oder 110'durch dieLasche 113'erfolgt, die zwecks Platzersparnis in Längs- richtung scharnierartig ausgebildet ist. Die Lasche 113. 1 wird zur Umschaltung in der Höhe versetzt.
Für die Stromstärke 4J ist die Lasche 113'auseinandergeklappt (Fig. 17) und für die Stromstär- ken 2J (Fig. 18) und J (Fig. 19) ist die Lasche 113'zusammengeklappt. DieLasche 113'ist ) immer an den beiden Stromschienen 104'und 105'befestigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Primärseitig mittels einer einzigen Umschaltvorrichtung umschaltbarer Stromwandler, insbeson- dere hoher dynamischer Festigkeit, mit mehreren den Eisenkern umgebenden, untrennbar in Reihe ge- schalteten Primärwicklungen, deren Leiterquerschnitt den Strombereichen angepasst ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass für einen weiteren Strombereich ein zusätzlicher gestreckter Leiter (l) vorgese- hen ist, der das Fenster des Eisenkernes (2) als kompakter, kurzer Stab konzentrisch durchsetzt, dessen eines Ende (17) unmittelbar mit der einen Stromzuleitung verbunden ist und dessen anderes Ende (3) eben- so wie die entsprechenden Enden (9, 10) der den Eisenkern (2) umgebenden Primärwicklungen (7,8) über
Anschlusselemente (14,15, 16) der Umschaltvorrichtung (5)
mit der andem Stromzuleitung verbunden werden kann, während das nicht mit einem Anschlusselement verbundene Ende (11) der den Eisenkern (2) umgebenden Primärwicklung (7) unmittelbar mit dem an ein Anschlusselement (14) angeschlossenen En- de (3) des gestreckten Leiters (1) verbunden ist.