Anordnung zum Schutz des Wicklungsdrahtes eines elektrischen Gerätes, z. B. einer Spule Die Erfindung ist hauptsächlich bestimmt für elektrische Spulen, die in Niederspannungsanlagen vorkommen. In diesen Anlagen besteht ein bedeu tendes Risiko darin, dass Überspannungen atmosphä rischen Ursprungs zu einem Überschlag zwischen einem Teil der Spulenwicklung und einer andern Stelle andern Potentials führen. Bei Wicklungen in Spannungsspulen oder andern Spulen mit einer dünn drahtigen Wicklung kann der Überschlag dazu füh ren, dass die Wicklung durchbrennt. Diesem beson ders ausgesetzt sind elektrische Zähler, vor allem solche in Netzen auf dem Lande.
Wenn ein Über schlag von einem dünnen Leiter von der Dicke statt findet, die man in der Spannungsspule eines Elek trizitätszählers findet, brennt dieser Leiter schon bei verhältnismässig schwachen Entladungen durch. Han delt es sich um Zähler für Energieabrechnung, die mehrere Messsysteme enthalten, dann wird ein solcher Schaden oft nicht entdeckt. In einem Zähler mit drei Messsystemen bedeutet nämlich ein Fehler dieser Art in einem der Systeme nur, dass die gemessene Energie auf etwa 2(3 der wirklichen herabgesetzt wird. Besonders in Landnetzen kommen viele Ab schmelzungsschäden auf Grund atmosphärischer Überspannungen vor, und bedeutende Beträge wer den auf diese Weise der Abrechnung entzogen.
Es liegt am nächsten, den Überschlag selbst da durch zu verhindern, dass man die Wicklung stärker isoliert. Man muss jedoch mit dem Auftreten von Überspannungen solch hoher Amplituden rechnen, dass z. B. eine Verdoppelung der Isolationsfestigkeit kaum eine entscheidende Verminderung der über schlagsanzahl mit sich bringt. Eine notwendige Er gänzung zu der verstärkten Isolierung ist daher eine mit dieser koordinierte überschlagsstrecke mit gerin gerer dielektrischer Festigkeit als die Wicklung, die in einem geeigneten Punkte des Netzes angeordnet wird. Ein zuverlässiger Überschlagsschutz dieser Art kann verwirklicht werden z.
B. mit Hilfe von vor ionisierten Präzisionsfunkenstrecken mit kompletten Ventilableitern.
Die vorliegende Erfindung gibt einen andern Weg für die Lösung dieses Problems an. Sie geht von der Einsicht aus, dass der Überschlag an und für sich kaum eigentliche Schäden an dem betreffen den Apparat verursacht. Die Isolation wird vielleicht geschwärzt, einige unbedeutende Brennschäden ent stehen, aber der Anlageteil ist immer noch imstande, seine Funktion zu erfüllen, vorausgesetzt dass der Überschlag nicht zur Abschmelzung eines für die Funktion wichtigen Leiters führt.
Gemäss der Erfindung werden nun zum Schutz des Wicklungsdrahtes eines elektrischen Gerätes bei Überschlag nach andern oder in der Nähe der Wick lung liegenden Stellen elektrisch leitende Teile vor gesehen, die mit den Anschlüssen der zu schützenden Wicklung galvanisch verbunden und zwischen der zu schützenden Wicklung und den genannten Stellen angeordnet sind, welche Teile in normalem Betrieb kein Magnetfeld bilden und deren Isolation gegen die genannten Stellen schwächer und deren Festig keit gegen Abschmelzung grösser ist als die des zu schützenden Wicklungsdrahtes.
Die beigefügte Zeichnung zeigt eine beispiels weise Ausführungsform der Erfindung. Hierbei gibt Fig. 1 die Ausführungsform in Vorderansicht wieder, während die Fig. 2 sie im Schnitt nach der Linie <B><I>A -A</I></B> der Fig. 1 zeigt.
Es ist angenommen, dass eine Spule 1 auf einem Eisenkern 2 befestigt ist, der mit einer öffnung 3 versehen ist. Die Spule ist mit einer einzigen Wick lung 4 ausgerüstet, die aus dünnem Draht besteht. Die Wicklung 4 hat zwei Enden, von denen das äussere in Punkt 5 mit der äussern Anschlussleitung 6 und das innere Ende in Punkt 8 mit der innern Anschlussleitung 9 verbunden ist. Die Spule ist mit einem äussern Band 7, das aus einem elektrisch lei tenden Material besteht, sowie einem innern Band 10, gleichfalls aus elektrisch leitendem Material, ver sehen.
Das äussere Band 7 umschliesst die Spule, und seine Enden überlappen sich. Das innere Band 10, das von der Spule umschlossen ist, ist in gleicher Weise so ausgeführt, dass sich seine Enden überlap pen. Das äussere leitende Band 7 ist gegen den Kern mit Hilfe einer Isolationszwischenlage 11 isoliert, während es gegen die Spule und zwischen seinen überlappenden Enden mit Hilfe einer Isolationszwi- schenlage 12 isoliert ist. In ähnlicher Weise ist das innere Band 10 gegen den Kern mit Hilfe der Isola tionszwischenlage 13 isoliert, während seine Isola tion gegen die Spule und zwischen den Enden des leitenden Bandes aus einer Isolationszwischenlage 14 gebildet wird.
Aus der Vorderansicht in Fig. 1, in der ein Teil des überlappenden Metallbandes 7 weg geschnitten ist, geht hervor, dass der dünne Wick lungsdraht 4 mit dem Anschluss 6 in der Weise ver bunden ist, dass der Wicklungsstrom nicht oder nur zu einem unbedeutenden Teil das schützende Band 7 durchfliesst.
Die schützende Funktion der leitenden Bänder 7 und 10 geht aus folgendem hervor: Wenn z. B. eine Überspannung die Spule durch die Anschluss- leitung 6 trifft; so erfolgt ein Überschlag zwischen dem leitenden Band 7 und dem äussern Teil des Kernes 2 unter der Voraussetzung, dass die dielek- trische Festigkeit der Isolation kleiner ist als die Höhe der Überspannung. Das Band 7 ist nämlich gegen den Kern schwächer isoliert als der Wick lungsdraht 4 gegenüber dem Kern 2. Durch den Überschlag wird zwar die Isolationszwischenlage 11 beschädigt.
Sie wird jedoch in der Regel nicht zerstört, sondern ist stark genug, um zu isolieren, wenn die Überspannung passiert hat und nur die normale Betriebsspannung an der Spule liegt. Das leitende Band 7 weist vielleicht einen Brennschaden nach dem Überschlag auf. Da das Band einen be deutend grösseren Querschnitt als der dünne Wick lungsdraht 4 hat oder da es aus Material mit höherer Abschmelzfestigkeit besteht, wird es nicht zerstört, sondern ist imstande, bei weiteren Überschlägen den Fusspunkt für neue überschlagsfunken nach dem Kern zu bilden und auf diese Weise seine schützende Wirkung zu behalten.
Auch wenn eine ganze Partie des leitenden Bandes durch wiederholte Überschläge abschmelzen sollte, behält die Spulenwicklung ihre richtige Funktion, weil das Band 7 nicht oder nur zu einem unbedeutenden Teil von dem normalen Strom der Wicklung durchflossen wird. Da die über lappenden Enden des Bandes 7 voneinander mit Hilfe der innern Isolationszwischenlage 12 isoliert werden, bildet das Band keine kurzgeschlossene Win dung und beeinflusst das magnetische Feld der Wick lung daher nicht.
Deshalb besteht die Möglichkeit, nachträglich das Band 7 auf eine fertiggewickelte Spule aufzubringen, ohne dass das Feld der Spule eine wesentliche Änderung erfährt. In der gleichen Weise wirkt das innere leitende Band 10 bei Über spannungen, die über den Anschlussdraht 9 auf das innere Ende 8 der Spulenwicklung auftreffen. Die Isolation des Bandes 10 gegen den innern Kern 2 ist schwächer als die des Wicklungsdrahtes, und ein eventueller Überschlag nach diesem Kernteil geht daher von dem Band 10 aus.
Die Abschmelzfestig- keit dieses Bandes ist höher als die des Wicklungs drahtes, und wiederholte Überschläge vermögen die schützende Wirkung des Bandes nicht wesentlich herabzusetzen. Auch dieses Band bildet auf Grund der Isolationszwischenlage 14 keine kurzgeschlossene Windung.
Man könnte entgegen dem Erfindungsgedanken die leitenden Teile auch so anordnen, dass sie in Reihe mit dem Wicklungsdraht geschaltet waren und somit in normalem Betrieb ganz oder zu einem wesentlichen Teil von dem normalen Wicklungs strom durchflossen würden, indem z. B. die schüt zenden elektrisch leitenden Teile aus einem ver stärkten Anschlussdraht bestehen würden, der die einem Überschlag am meisten ausgesetzten Stellen einer Wicklung ganz oder zum grössten Teil decken würde. Bei einer solchen Reihenschaltung wäre er fahrungsgemäss das Risiko, durch einen Überschlags strom von den leitenden Teilen nach den genannten Stellen hohe induzierte Spannungen in den Spulen- wicklungen zu erhalten, wobei die Spule durchbren nen könnte, wesentlich höher.
Diese Gefahr kann, wie Versuche gezeigt haben, herabgesetzt werden, wenn die leitenden Teile im Sinne des Erfindungs gedankens im normalen Betrieb nicht an der Bil dung der Amperewindungen der Spule teilnehmen, so dass induzierte Spannungen zwischen dem schüt zenden Teil der Spule und dem Rest der Spule bei Überschlag nicht erhalten werden können. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die schützende Wicklung bifilar gewickelt ist.
Es ist nicht notwendig, sämtliche Anschlussstel- len einer Wicklung mit schützenden, elektrisch lei tenden Teilen der beschriebenen Art zu versehen. In gewissen Fällen, wo man Grund hat, anzunehmen, dass die Überspannungen nur an einem Wicklungs ende auftreten, braucht nur dieses mit dem Schutz versehen zu werden. Anderseits kann eine Spule aus mehreren Wicklungen zusammengesetzt sein, von denen jede mit einem, zwei oder mehreren An schlüssen versehen sein kann. In solchen Fällen kann es zweckmässig sein, mehr als zwei der Spulen anschlüsse mit Schutzband oder Schutzwicklung zu versehen. Weiterhin ist die Anwendung der Schutz wicklung nicht auf Spulen für elektrische Zähler be grenzt.
Sie kann vorteilhaft für feindrähtige, Über spannungen ausgesetzte Wicklungen auch in andern Apparaten, z. B. Messinstrumenten, Relais oder der gleichen, angewendet werden.
Die Erfindung ist auch nicht auf Spulen be grenzt. Statt dessen kann die Erfindung auch bei Wi- derständen oder andern Elementen, die mit einer oder mehreren Wicklungen versehen sind, Verwen dung finden.
Arrangement for protecting the winding wire of an electrical device, e.g. B. a coil The invention is mainly intended for electrical coils that occur in low-voltage systems. In these systems there is a significant risk that overvoltages of atmospheric origin lead to a flashover between part of the coil winding and another point with a different potential. In the case of windings in voltage coils or other coils with a thin-wired winding, the flashover can cause the winding to burn through. Electric meters, especially those in rural networks, are particularly exposed to this.
If there is an impact from a thin conductor of the thickness that is found in the voltage coil of an electricity meter, this conductor will burn out even with relatively weak discharges. If it is a matter of meters for energy billing that contain several measuring systems, then such damage is often not discovered. In a meter with three measuring systems, an error of this kind in one of the systems only means that the measured energy is reduced to about 2 (3 of the real value. Especially in land grids, there are many melting damage due to atmospheric overvoltages, and significant amounts are generated in this way withdrawn from accounting.
The best thing to do is to prevent the flashover itself by isolating the winding more strongly. However, one must reckon with the occurrence of overvoltages of such high amplitudes that z. B. a doubling of the insulation strength hardly brings a decisive reduction in the number of strokes with it. A necessary addition to the reinforced insulation is therefore a flashover section coordinated with this with lower dielectric strength than the winding, which is arranged in a suitable point in the network. A reliable rollover protection of this type can be realized z.
B. with the help of pre-ionized precision spark gaps with complete valve arresters.
The present invention provides another way of solving this problem. It is based on the understanding that the flashover in and of itself hardly causes any actual damage to the device in question. The insulation may be blackened, some insignificant burn damage occurs, but the part of the system is still able to fulfill its function, provided that the flashover does not lead to the melting of a conductor that is important for the function.
According to the invention, electrically conductive parts are now seen in front of the protection of the winding wire of an electrical device in the event of a rollover or in the vicinity of the winding, which are galvanically connected to the terminals of the winding to be protected and between the winding to be protected and the said Places are arranged, which parts do not form a magnetic field in normal operation and their insulation against the said places is weaker and their strength against melting is greater than that of the winding wire to be protected.
The accompanying drawing shows an example embodiment of the invention. Here, FIG. 1 shows the embodiment in front view, while FIG. 2 shows it in section along the line <B> <I> A </I> </B> of FIG.
It is assumed that a coil 1 is attached to an iron core 2 which is provided with an opening 3. The coil is equipped with a single Wick treatment 4, which consists of thin wire. The winding 4 has two ends, of which the outer end is connected to the outer connection line 6 at point 5 and the inner end is connected to the inner connection line 9 at point 8. The coil is provided with an outer band 7, which consists of an electrically conductive material, and an inner band 10, also made of electrically conductive material, see ver.
The outer band 7 encloses the spool and its ends overlap. The inner band 10, which is enclosed by the coil, is designed in the same way so that its ends overlap pen. The outer conductive strip 7 is insulated from the core with the aid of an intermediate insulating layer 11, while it is insulated from the coil and between its overlapping ends with the aid of an intermediate insulating layer 12. Similarly, the inner band 10 is insulated from the core by means of the insulation layer 13, while its Isola tion against the coil and between the ends of the conductive band from an insulation layer 14 is formed.
From the front view in Fig. 1, in which part of the overlapping metal strip 7 is cut away, it can be seen that the thin winding wire 4 is connected to the terminal 6 in such a way that the winding current is not or only to an insignificant part the protective band 7 flows through.
The protective function of the conductive tapes 7 and 10 can be seen from the following. B. an overvoltage hits the coil through the connecting line 6; in this way a flashover takes place between the conductive strip 7 and the outer part of the core 2, provided that the dielectric strength of the insulation is less than the level of the overvoltage. The tape 7 is in fact less insulated from the core than the winding wire 4 from the core 2. Although the interlayer insulation layer 11 is damaged by the flashover.
However, it is usually not destroyed, but is strong enough to isolate when the overvoltage has happened and only the normal operating voltage is applied to the coil. The conductive tape 7 may have burn damage after flashover. Since the tape has a significantly larger cross-section than the thin winding wire 4 or because it is made of material with higher melt-off resistance, it is not destroyed, but is able to form the base point for new flashover sparks after the core and on this in the event of further flashovers Way to keep its protective effect.
Even if an entire section of the conductive tape should melt through repeated flashovers, the coil winding retains its correct function because the normal current of the winding does not flow through the tape 7, or only to an insignificant part. Since the overlapping ends of the tape 7 are isolated from each other with the help of the inner insulation layer 12, the tape does not form a short-circuited win and therefore does not affect the magnetic field of the winding.
It is therefore possible to subsequently apply the tape 7 to a fully wound reel without the field of the reel undergoing any significant change. In the same way, the inner conductive band 10 acts in the event of over voltages which impinge on the inner end 8 of the coil winding via the connecting wire 9. The insulation of the band 10 from the inner core 2 is weaker than that of the winding wire, and a possible flashover after this core part therefore originates from the band 10.
The melt-off strength of this tape is higher than that of the winding wire, and repeated flashovers cannot significantly reduce the protective effect of the tape. Because of the intermediate insulating layer 14, this band also does not form a short-circuited turn.
Contrary to the idea of the invention, one could also arrange the conductive parts in such a way that they were connected in series with the winding wire and thus in normal operation the normal winding current would flow through in whole or in part, by z. B. the protective electrically conductive parts would consist of a ver strengthened connecting wire that would cover the most exposed points of a winding to a flashover in full or for the most part. With such a series connection, experience has shown that the risk of receiving high induced voltages in the coil windings as a result of a flashover current from the conductive parts after the points mentioned, in which case the coil could burn out, would be significantly higher.
This risk can, as tests have shown, be reduced if the conductive parts in the sense of the invention concept in normal operation do not participate in the formation of the ampere turns of the coil, so that induced voltages between the protective part of the coil and the rest of the Coil cannot be preserved in case of flashover. This can be achieved, for example, in that the protective winding is wound bifilar.
It is not necessary to provide all connection points of a winding with protective, electrically conductive parts of the type described. In certain cases where there is reason to assume that the overvoltages only occur at one end of the winding, only this end needs to be protected. On the other hand, a coil can be composed of several windings, each of which can be provided with one, two or more connections. In such cases it may be useful to provide more than two of the coil connections with protective tape or protective winding. Furthermore, the application of the protective winding is not limited to coils for electrical counters.
It can be advantageous for finely stranded, over-tension exposed windings in other devices, such. B. measuring instruments, relays or the like can be used.
The invention is not limited to coils either. Instead, the invention can also be used with resistors or other elements that are provided with one or more windings.