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Stromwandler, insbesondere für Hochspannung
Die insbesondere zur Messung grosser Ströme häufig verwendeten Hochspannungs-Stromwandler mit einem die Sekundärwicklung tragenden ringförmigen Eisenkern und einer diesen durchsetzenden U-förmigen Primärwicklung werden meist in einem isoliermittelgefüllten Isoliermantel, z. B. einem hohlen Porzellanstützisolator, mit metallischem geerdetem Fundament und metallischer, auf Hochspannungspotential befindlicher Abschlusshaube untergebracht.
In Fig. 1 ist schematisch der prinzipielle Aufbau eines solchen Stromwandlers dargestellt, wobei der Isoliermantel --11-- und der sekundärbewickelte ringförmige Eisenkern --12-- mit seiner Isolierbandage --13-- längsgeschnitten, die U-förmige Primärwicklung --14-- mit ihrer
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Innenraumes des Isoliermantels nicht durch die aktiven Wandlerteile, sondern durch das Isoliermittel ausgefüllt. Durch eine Verringerung des Durchmessers des Isoliermantels und auch der Isoliermittelmenge liessen sich die Kosten eines solchen Stromwandlers beträchtlich erniedrigen, da insbesondere der Anteil des Isoliermantels an den Gesamtkosten sehr hoch ist.
Durch eine an sich bekannte Ausbildung sowohl des bandagierten Eisenkernes --12-- als auch der bandagierten Primärwicklung-14-mit ellipsenähnlichem Querschnitt, wie sie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, lässt sich eine Verringerung des Isoliermanteldurchmessers nicht erreichen. Zwar passen sich die Aussenkonturen der aktiven Wandlerteile besser an den Verlauf der Isoliermantelwandung an als bei kreisrundem Querschnitt von Eisernkern und Primärwicklung gemäss Fig. 1 und 2, jedoch müssen der Durchmesser des Eisenkernes und der Abstand der beiden Schenkel des U-förmigen Primärwickels entsprechend grösser ausgeführt sein.
Die Erfindung betrifft einen Stromwandler, insbesondere für Hochspannung, mit einem aus dem sekundärbewickelten geschlossenen Eisenkern bestehenden ringförmigen bandagierten Wickelkörper und einem das Kernfenster durchsetzenden, von der Primärwicklung gebildeten U-förmigen bandagierten Wickelkörper und zeigt einen Weg, wie sich eine wesentliche Verringerung des Isoliermanteldurchmessers und damit eine beträchtliche Erniedrigung der Kosten eines solchen Stromwandlers erzielen lässt.
Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass mindestens einer von diesen beiden Wickelkörpern-16, 17 ; 18, 19- im Querschnitt die Gestalt einer sich hinsichtlich der Lage ihrer Hauptachse--A-A, A'-A'-- derart ändernden Ellipse (oder ellipsenähnlichen Rechteckes) aufweist, dass die Hauptachse-A'-A'--der Ellipse des Querschnittes an der Stelle --21-- des Wickelkörpers --16, 17--, an welcher er zwischen den ihn umfassenden Teilen des andern Wickelkörpers--18, 19-- liegt, parallel zu den Längsmittelachsen der beiden Schenkel--19a, 19b-- des U-förmigen Wickelkörpers--18, 19-- verläuft, während die Hauptachse--A-A--der Ellipse des Querschnittes an den Stellen,
die zu beiden Seiten des von ihm umfassten Teiles des andern Wickelkörpers--18, 19-- liegen, parallel zu diesem Teil verläuft.
Wenn vorstehend und im folgenden von einem Querschnitt in Gestalt einer "Ellipse" und von deren "Hauptachse" gesprochen wird, so ist damit im Rahmen der Erfindung nicht nur ein Querschnitt
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in Gestalt einer Ellipse im rein mathematischen Sinn gemeint, sondern allgemein eine einer Ellipse ähnliche Querschnittsform, die in der einen Richtung eine grössere Achse ("Hauptachse") als in der andern senkrecht dazu stehenden Richtung aufweist.
In den Fig. 4a, 4b und 4c ist, wieder nur schematisch, im Querschnitt und in zwei verschiedenen Längsschnitten ein Ausführungsbeispiel für einen Stromwandler gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. ist hier nur der aus dem sekundärbewickelten Eisenkern bestehende ringförmige Wickelkörper nach der Lehre der Erfindung ausgebildet.
Der sekundärbewickelte Eisenkern ist mit-16--, seine Isolierbandage mit-17--, die U-förmige Primärwicklung mit-18-, ihre Isolierbandage mit - und der Isoliermantel mit --20-- bezeichnet. Der bandagierte Eisenkern --16-- mit seiner Bandage --17-- hat im Querschnitt etwa die Gestalt einer Ellipse und ist so ausgebildet, dass die Hauptachse-A'-A'-dieser Ellipse an der Stelle-21- (Fig.
4b), an der der Eisenkern zwischen den ihn umfassenden Schenkeln-19b und 19b-- des U-förmigen Primärwickelkörpers - -18, 19-- liegt und an der diametral gegenüberliegenden Stelle --22-- parallel zu den Längsmittelachsen der beiden Schenkel--19a und 19b-des U-förmigen Wickelkörpers verläuft. An den Stellen--23 und 24-des bandagierten Eisenkernes-16, 17--, die zu beiden Seiten des von
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U-förmigen Wickelkörpers-18, 19- liegen,U-förmigen Wickelkörpers-18, 19-, also bei der gezeichneten Anordnung der Wandlerteile horizontal, u. zw. in zur Mittelebene des Eisenkernes senkrechter Richtung.
Bei dem weiteren, in den Fig. 5a, 5b und 5c schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Wickelkörper, also auch der von der Primärwicklung und ihrer Bandage gebildete U-förmige Wickelkörper nach der Lehre der Erfindung ausgebildet. Die Primärwicklung ist hier mit-25--, ihre Bandage mit --26-- bezeichnet. Der bandagierte Eisenkern-16, 17- ist genauso ausgebildet, wie an Hand der Fig. 4a, 4b und 4c beschrieben ist. Die mit-21, 22, 23 und 24-bezeichneten Stellen entsprechen den in Fig. 4a, 4b und 4c mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Stellen.
Der U-förmige Wickelkörper--25,26-- hat in diesem Ausführungsbeispiel also auch im Querschnitt etwa die Gestalt einer Ellipse und ist so ausgebildet, dass die Hauptachse-A'-A'-der Ellipse seines Querschnittes an der Stelle-27--, an der er zwischen den ihn umfassenden Teilen des andern Wickelkörpers --16, 17-- liegt, parallel zu den Längsmittelachsen der beiden Schenkel--26a, 26b-- des U-förmigen Wickelkörpers verläuft, also bei der gezeichneten Anordnung der Wandlerteile in senkrechter Richtung. Im Bereich der beiden Schenkel-26a, 26b-, die zu beiden Seiten des vom U-förmigen Wickelkörper umfassten Teiles (bei-21--) des andern Wickelkörpers-16, 17-
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Mittelebene des Eisenkernes senkrechter Richtung.
Ein Vergleich der Fig. 4a und 5a mit den Fig. 2 und 3 lässt unschwer erkennen, dass schon allein bei Ausbildung des einen Wickelkörpers nach der Lehre der Erfindung der Durchmesser des Isoliermantels, in allen Fällen gleich grosse Querschnittsbemessung der aktiven Wandlerteile vorausgesetzt, wesentlich kleiner als bei den bekannten Anordnungen wird, und welch beträchtliche Durchmesserverringerung erzielbar ist, wenn beide Wickelkörper gemäss der Lehre der Erfindung ausgebildet werden.
Es ist daher ohne weiteres klar, dass durch die Erfindung die Kosten eines Stromwandlers mit U-förmigem Primärwickel erheblich verringert werden können. Eine Kostenersparnis ergibt sich auch dann, wenn der Stromwandler nicht in Isoliermantelbauweise, sondern in Topfbauweise, d. h. mit einem die aktiven Teile enthaltenden Metalltopf und daraufgesetztem Durchführungsisolator ausgeführt ist, weil hier bei Anwendung der Erfindung wenigstens die benötigte Isoliermittelmenge entsprechend geringer wird.
In den beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung nach den Fig. 4 und 5 besteht die Primärwicklung nur aus einem rohrförmigen Leiter-18- (oder Rundstab--18-), welcher das Kernfenster nur einmal durchsetzt, oder aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Flachleiter - -25--, der innerhalb des Kernfensters um 900 verwunden ist. Wie an sich bekannt, kann die Primärwicklung auch aus einem Rohr --18-- und einem oder mehreren in dem Rohr isoliert untergebrachten U-förmigen Leitern bestehen, die entweder durch oberhalb des U-förmigen Wickelkörpers vorgesehene Verbindungsstücke in Reihe geschaltet oder zu einer oberhalb der aktiven Wandlerteile befindlichen Umschalteinrichtung geführt sind und durch diese wahlweise in Reihe, parallel oder serienparallel geschaltet werden können.
Eine entsprechende Anordnung ist auch möglich, wenn der Flachleiter-25- (s. Fig. 5) in an sich bekannter Weise von mehreren gegeneinander isolierten
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U-förmig gebogenen Einzelleiter gebildet wird, die durch Verbindungsstücke in Reihe geschaltet sind oder zu der Umschalteinrichtung geführt werden. Auf diese Weise können gemäss der Erfindung ausgebildete Stromwandler auch als Wickelwandler ausgeführt werden, die gegebenenfalls primärseitig im Verhältnis 1 : 2 oder 1 : 2 : 4 umschaltbar sind.
An Hand der Fig. 6 (a, b, c und d) soll nun erläutert werden, wie man auf einfache Art und Weise dem Eisenkern und der Primärwicklung des Stromwandlers die aus den Fig. 4 und 5 ersichtliche Form geben kann. In perspektivischer Darstellung zeigt die Fig. 6a einen Schnitt durch den Eisenkern - 16-entsprechend dem in den Fig. 4b und 5b dargestellten Schnitt, die Fig. 6b die weggeschnittene Hälfte des Eisenkernes in entsprechender Ansicht.
Der Eisenkern besteht aus mehreren, beispielsweise drei getrennten, vorzugsweise aus Band gewickelten Kernteilen --16a, 16b und 16c--, die derart unterschiedliche Fensteröffnungen aufweisen und so angeordnet sind, dass in dem Bereich der von dem U-förmigen Wickelkörper umfassten Stelle und an der diametral gegenüberliegenden Stelle, wie in Fig. 4 und 5 mit-21 bzw. 22-bezeichnet, die Kernteile übereinanderliegen, während sie an der mit - bezeichneten Stelle und der dieser diametral gegenüberliegenden Stelle-24nebeneinanderliegen.
Die Kernteile --16a, 16b und 16c-- haben, falls sie annähernd kreisförmig ausgebildet sind, zwischen den mit --23 und 24-- bezeichneten Stellen annähernd den gleichen Durchmesser, nicht aber zwischen den Stellen-21 und 22-- ; hier ist der Durchmesser des Kernteiles - -16a-- kleiner als der des Kernteiles-16b-und dessen Durchmesser wieder kleiner als der des Kemteiles--16c--. In vielen Fällen wird es sich empfehlen, wie in Fig. 6a und 6b auch angenommen ist, den einzelnen Kernteilen eine ovale Gestalt zu geben, so dass sie an den mit --23 und 24-bezeichneten Stellen eine gewisse Strecke geradlinig verlaufen und demgemäss der ringförmige Wickelkörper eine ovale Gestalt erhält.
Bei dem Zusammensetzen des Eisenkernes geht man zweckmässig in der Weise vor, dass zunächst auf den kleinsten Kernteil-16a-der Kernteil-16b-, um 900 verdreht, aufgeschoben und dann in die in Fig. 6 gezeichnete Lage gedreht wird. Entsprechend wird dann der dritte Kernteil --16c-- aufgebracht.
Handelt es sich um einen Stromwandler mit nur einem einzigen Eisenkern, so wird auf den aus den Teilen --16a, 16b und 16c-- bestehenden Kern die Sekundärwicklung und darauf die Isolierbandage aufgebracht, die in Fig. 6 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt ist. Bei sogenannten Mehrkernstromwandlern, d. h. Stromwandlern mit mehreren je eine Sekundärwicklung tragenden Eisenkernen (Messkern, Relaiskern usw. ) wird man z. B. jeden der Einzelkeme-16a, 16b und 16c-mit einer Sekundärwicklung versehen und diese sekundärbewickelten Kerne in der an Hand der Fig. 6a und 6b beschriebenen Art und Weise zu dem Wickelkörper zusammensetzen, der in den Fig. 4 und 5 mit --16, 17-- bezeichnet ist.
Die Fig. 6c zeigt in perspektivischer Darstellung einen Schnitt durch die Primärwicklung --25-- entsprechend dem in Fig. 5c dargestellten Schnitt, u. zw. so, dass man erkennen kann, wie die Primärwicklung räumlich zu dem in Fig. 6a und 6b dargestellten Eisenkern liegt. In Fig. 6d ist die weggeschnittene Hälfte der Primärwicklung --25-- in entsprechender Ansicht perspektivisch dargestellt. Die beiden nach oben gehenden Schenkel des U sind in diesen Figuren abgeschnitten.
Die Primärwicklung besteht beispielsweise aus drei im Querschnitt etwa quadratischen Leitern-25a, 25b und 25c-. Diese sind schraubenartig verwunden, so dass sie im Bereich des Fensters des Eisenkernes - übereinander, dagegen an der Stelle --21-- zu beiden Seiten des Eisenkernes und weiter in den beiden Schenkeln des U-förmigen Primärwickelkörpers in jeweils entgegengesetzter Reihenfolge nebeneinander verlaufen. Die Isolierbandage ist der besseren Übersicht wegen in den Fig. 6c und 6d nicht dargestellt. Handelt es sich um einen Einleiterwandler, so können die einzelnen Leiter-25a, 25b und 25c-unisoliert aneinanderliegen, da sie gemeinsam den das Kernfenster nur einmal durchsetzenden U-förmigen Primärleiter bilden.
Man kann sie aber auch gegenseitig isolieren und in Reihe schalten oder ihre Enden zu einer Umschaltvorrichtung führen, wenn es sich um einen gegebenenfalls primärseitig umschaltbaren Wickelstromwandler handelt.
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--16-- mitPrimärwickel-25-in das Kernfenster unter sozusagen schraubenartiger Verdrehung eingeführt und in seine richtige Lage zum Wickelkörper-16, 17- gebracht werden.
In der Fig. 7 ist noch eine andere Ausführungsmöglichkeit für die Gestaltung des Eisenkernes - schematisch dargestellt. Und zwar zeigt Fig. 7a einen Längsschnitt, Fig. 7b eine Seitenansicht und Fig. 7c eine Ansicht von oben her. Der Eisenkern besteht hier aus drei etwa ringförmigen Kernteilen-16d, 16e und 16f--, die derart unterschiedlich grosse Fensteröffnungen haben und so angeordnet sind, dass sie nur in dem Bereich-21- (s.
Fig. 4 und 5), also an der von der U-förmigen
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Primärwicklung umfassten Stelle des Eisenkernes übereinander, in den Bereichen-23, 24- und auch - -22-- dagegen nebeneinanderliegen. Wenn die Einzelkeme aus aufeinandergeschichteten, etwa ringförmigen Blechen hergestellt werden, lassen sie sich verhältnismässig leicht in die aus der Fig. 7 ersichtliche Form bringen, indem der obere Teil des die grösste Öffnung aufweisenden Kernteiles - -16f-- und der obere Teil des die nächst kleinere Öffnung aufweisenden Kernteiles --16d-- in die Ebene des die kleinste öffnung aufweisenden Kernteiles --16e-- gebogen werden, wie dies besonders deutlich aus der Fig. 7c zu ersehen ist.
Diese Gestaltung des Eisenkernes bringt die gleichen Vorteile wie die aus den Fig. 4, 5 und 6 ersichtliche Ausbildung des Eisenkernes sowie den zusätzlichen Vorteil einer Verringerung auch der Bauhöhe des Wandlers ; allerdings ist sie komplizierter zu verwirklichen als die aus der Fig. 6a, 6b ersichtliche Gestaltung des Eisenkernes.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Stromwandler, insbesondere für Hochspannung, mit einem aus dem sekundärbewickelten geschlossenen Eisenkern bestehenden ringförmigen bandagierten Wickelkörper und einem das Kernfenster durchsetzenden, von der Primärwicklung gebildeten U-förmigen bandagierten
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Hauptachse (A-A, A'-A') derart ändernden Ellipse (oder ellipsenähnlichen Rechteckes) aufweist, dass die Hauptachse (A'-A') der Ellipse des Querschnittes an der Stelle (21) des Wickelkörpers (16, 17), an welcher er zwischen den ihn umfassenden Teilen des andern Wickelkörpers (18, 19) liegt, parallel zu den Längsmittelachsen der beiden Schenkel (19a, 19b) des U-förmigen Wickelkörpers (18, 19) verläuft, während die Hauptachse (A-A) der Ellipse des Querschnittes an den Stellen, die zu beiden Seiten des von ihm umfassten Teiles des andern Wickelkörpers (18, 19) liegen,
parallel zu diesem Teil verläuft (Fig. 4a bis 4c).
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