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Stromwandler für Höchstspannungsanlagen Es ist bekannt, den magnetischen Spannungsmesser für die Strommessung anzuwenden. Er eignet sich besonders bei Höchstspannungsanlagen, z. B. mit Betriebsspannungen über 150 000 kV, weil dort für die normalen Stromwandler das Isolationsproblem im Vordergrund steht. Der magnetische Spannungsmesser als Toroidspule ausgeführt, kann dann mit einem so grossen Durchmesser ausgeführt werden, dass eine besondere Isolation nicht mehr notwendig wird oder aber mindestens stark vereinfacht und somit verbilligt werden kann.
Auf der Grundlage des magnetischen Spannungsmessers lassen sich also Strommesswandl.er mit bedeutend verringerten Kosten herstellen. Die prinzipielle Anordnung dieses Stromwandlers ist in der Fig. 1 dargestellt. Eine Messspule 2 umschliesst einen Leiter 1 einer Hochspannungsanlage. Die Messspule bekannter Art besteht aus einem Ringkern 3 aus isolierendem Material, auf welchem die Wicklung 4 angeordnet ist. Im nachstehenden Fall kann die Messspule Kreisform haben, die durch die drei Isolatorabstützungen 5 gegen den Leiter 1 gehalten ist. An ihren beiden Klemmen tritt eine induzierte Spannung auf, welche verhältnisgleich dem Strom in dem von der Spule umschlossenen Leiter ist.
Die Messspule selbst ist so gebaut, dass der Querschnitt über ihre ganze Länge konstant und die Wicklung über die ganze Länge mit gleichmässigem Windungsabstand ausgeführt ist. Eine so bewickelte Messspule kann bekanntlich von der Kreisform abweichen und jede Form annehmen, wenn nur dabei der stromführende Leiter ganz umschlossen ist.
Für das einwandfreie Arbeiten der Messspule ist es erforderlich, dass sie nicht oder nur gering belastet ist. Die Spannung an den Klemmen ist für den direkten Gebrauch an Messgeräten mit geringem Stromverbrauch meistens nicht ausreichend. Dem Stromwandler ist deshalb ein Messverstärker nachzuschalten. Die Ausgangsleistung ist dem Verbrauch der nachfolgenden Mess- und Schutzeinrichtungen anzupassen.
Bei einem solchen Messwandler ist es immer erwünscht, eine möglichst grosse Spannung entnehmen zu können. Eine Steigerung dieser Spannung ist möglich durch Anwendung eines magnetisch leitenden Materials für den Messspulenkern. Die Anwendung eines geschlossenen Eisenkernes, wie bei einem normalen Stromwandler, der sekundärseitig praktisch im Kurzschluss arbeitet, ist nicht möglich. Durch einen solchen Eisenkern würde der Stromwandler, weil er praktisch im Leerlauf betrieben wird, keine dem Strom proportionale Spannung abgeben.
Die Spannung ist hinsichtlich Amplitude und Form infolge der nichtkonstanten Permeabilität des Eisens stark verzerrt und für Messzwecke unbrauchbar.
Die Erfindung betrifft einen Stromwandler für Höchstspannungsanlagen, dessen Sekundärwicklung die Messspule eines magnetischen Spannungsmessers ist.
Gemäss der Erfindung ist in der Messspule ein Eisenkern angeordnet, der durch unter sich gleiche und über die ganze Spulenlänge gleichmässig verteilte Luftspalte unterteilt ist.
Durch diese Massnahme wird die Permeabilität des Spulenkernes vergleichmässigt. Die Unkonstanz der Permeabilität des Eisens kann unter dem Einfluss der an sich gleichen und gleichmässig verteilten Luftspalte vernachlässigt werden. Die resultierende Permeabilität ist über die ganze Kernlänge an jeder Stelle praktisch konstant. Sie ist unabhängig vom pri- mäTen Strom bzw. der magnetischen Induktion des Kernes. Dementsprechend ist die vom Strom induzierte sekundäre Spannung proportional dem Betriebsstrom im Leiter.
Die sich ergebende Phasen-
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drehung von 90 kann durch phasenverschiebende Mittel, z. B. im Verstärker, korrigiert werden.
Für den Spulenkern könnten Presskerne verwendet werden. Bei Messspulendurchmessern von 2 bis 5 Meter, wie sie bei Anlagen über 150 kV nötig sind, sind solche Kerne wenig geeignet.
Ein geeigneter Kern kann in der Weise gebaut sein, dass dieser unter sich durchwegs gleiche Blechstreifen aufweist und dass diese mit kleinem, durchwegs konstantem Winkel von weniger als 10 schräg zur Kernachse angeordnet sind und gegeneinander durch elektrisch nichtleitende und nicht magnetisier- bare Zwischenlagen gleichmässig distanziert sind. Die Bleche und Zwischenlagen können durch Zusammenkleben oder Umgiessen mit einer Vergussmasse zu einem kompakten geschlossenen Ring beliebiger Form geformt sein.
Das Zusammenhalten kann auch in der Weise erfolgen, dass die Bleche und die Zwischenlagen in ihrer Längsrichtung und zur Mitte symmetrisch liegende Löcher mit gleichverteiltem Abstand aufweisen, durch welche zusammenhaltende Stifte gesteckt sind. In der Fig. 2 ist ein gerade gestrecktes Teilstück eines solchen Kernes dargestellt. 6 sind die Bleche, die gegen die Achse X -X den Winkel a bilden; zwischen den Blechen befinden sich die Zwischenlagen 7. Die Bleche und die Zwischenlagen weisen Löcher 8a und 8b auf, deren Verteilung aus der Fig. 2a hervorgeht. Beidseitig der Mittellinie im Abstand a/2 sind Rundlöcher 8a vorhanden. Die übrigen in gleichen Abständen a liegenden Löcher 8b sind Längslöcher.
Die Blechstreifen mit ihren Zwischenlagen sind durch Nieten 9 mit mässigem Druck zusammengehalten. Ein solcher Kern lässt.sich in der Zeichnungsebene biegen, wobei die Nieten in den Rundlöchern 8a festgehalten und in den Längslöchern 8b sich etwas verschieben können, ohne dass dadurch ein gegenseitiges Sperren der Bleche eintritt. Der Kern lässt sich so zu einem magnetisch homogenen Ring zusammenfügen. Dabei kann dieser Ring ohne weiteres eine vom Kreis abweichende Form annehmen und gegebenen Raumverhältnissen angepasst werden. Die Nieten 9 durch die Löcher 8a halten die Bleche in gleichmässigem Abstand, wodurch eine Gewähr für genau gleiche Verteilung der Bleche und der Zwischenlagen erreicht wird.
Die Forderung gleichen Kernquerschnittes und gleichen magnetischen Widerstandes längs dem Kern bei vielfach unterbrochenem Eisenweg wird damit erreicht, bei einer an sich .einfachen Herstellungsweise. Dabei ist es zweckmässig, relativ lange Streifen (Länge: Schichthöhe grösser als 10) anzuwenden. Dadurch wird erreicht, dass die sich über die Fläche bildenden Kurzschlussströme einen langen Weg und damit einen grossen Widerstand finden und so zusätzliche Eisenverluste kleiner bleiben.
Immerhin bringen diese Ströme eine weitere Vergleichmässigung der magnetischen Verhältnisse, indem über die Bleche eine grosse Zahl Strombahnen nicht nur allein in Querschnittsflächen, sondern auch über eine beträchtliche Länge des Kernes hin verlaufen.
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Current transformers for extra high voltage systems It is known to use the magnetic voltmeter for current measurement. It is particularly suitable for high-voltage systems, e.g. B. with operating voltages over 150,000 kV, because the insulation problem is in the foreground for normal current transformers. The magnetic voltmeter, designed as a toroidal coil, can then be designed with such a large diameter that special insulation is no longer necessary or at least can be greatly simplified and therefore cheaper.
On the basis of the magnetic voltmeter, current transducers can therefore be manufactured at significantly reduced costs. The basic arrangement of this current transformer is shown in FIG. A measuring coil 2 encloses a conductor 1 of a high-voltage installation. The measuring coil of the known type consists of a toroidal core 3 made of insulating material, on which the winding 4 is arranged. In the following case, the measuring coil can have a circular shape, which is held against the conductor 1 by the three insulator supports 5. An induced voltage occurs at both of its terminals which is in proportion to the current in the conductor enclosed by the coil.
The measuring coil itself is constructed in such a way that the cross-section is constant over its entire length and the winding is designed with an even pitch over the entire length. As is well known, a measuring coil wound in this way can deviate from the circular shape and assume any shape if only the current-carrying conductor is completely enclosed.
For the measuring coil to work properly, it is necessary that it is not or only slightly loaded. The voltage at the terminals is usually not sufficient for direct use on measuring devices with low power consumption. A measuring amplifier must therefore be connected downstream of the current transformer. The output power must be adapted to the consumption of the following measuring and protection devices.
With such a transducer, it is always desirable to be able to draw as large a voltage as possible. This voltage can be increased by using a magnetically conductive material for the measuring coil core. The use of a closed iron core, as with a normal current transformer, which works practically in a short circuit on the secondary side, is not possible. With such an iron core, the current transformer, because it is operated practically in no-load operation, would not output a voltage proportional to the current.
The voltage is strongly distorted in terms of amplitude and shape due to the non-constant permeability of the iron and cannot be used for measurement purposes.
The invention relates to a current transformer for extra high voltage systems, the secondary winding of which is the measuring coil of a magnetic voltmeter.
According to the invention, an iron core is arranged in the measuring coil, which is subdivided by air gaps which are identical among themselves and evenly distributed over the entire length of the coil.
Through this measure, the permeability of the coil core is evened out. The inconsistency of the permeability of iron can be neglected under the influence of the air gaps which are basically the same and evenly distributed. The resulting permeability is practically constant at every point over the entire core length. It is independent of the primary current or the magnetic induction of the core. Accordingly, the secondary voltage induced by the current is proportional to the operating current in the conductor.
The resulting phase
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rotation of 90 can be achieved by phase shifting means, e.g. B. in the amplifier can be corrected.
Press cores could be used for the coil core. Such cores are not very suitable for measuring coil diameters of 2 to 5 meters, which are necessary for systems above 150 kV.
A suitable core can be built in such a way that it has consistently identical sheet metal strips and that these are arranged at a small, consistently constant angle of less than 10 obliquely to the core axis and are evenly spaced from one another by electrically non-conductive and non-magnetizable intermediate layers . The metal sheets and intermediate layers can be formed into a compact, closed ring of any shape by gluing or casting around with a potting compound.
They can also be held together in such a way that the metal sheets and the intermediate layers have holes which are symmetrically located in their longitudinal direction and to the center and are evenly spaced, through which pins holding together are inserted. In Fig. 2 a straight stretched portion of such a core is shown. 6 are the sheets which form the angle α with respect to the axis X -X; The intermediate layers 7 are located between the sheets. The sheets and the intermediate layers have holes 8a and 8b, the distribution of which is shown in FIG. 2a. Round holes 8a are provided on both sides of the center line at a distance a / 2. The other holes 8b lying at the same intervals a are longitudinal holes.
The sheet metal strips with their intermediate layers are held together by rivets 9 with moderate pressure. Such a core can be bent in the plane of the drawing, the rivets being held in the round holes 8a and being able to move slightly in the longitudinal holes 8b without the metal sheets locking each other. The core can be joined together to form a magnetically homogeneous ring. This ring can easily take on a shape that deviates from the circle and can be adapted to given spatial conditions. The rivets 9 through the holes 8a keep the metal sheets at an even distance, which guarantees exactly the same distribution of the sheets and the intermediate layers.
The requirement of the same core cross-section and the same magnetic resistance along the core with a frequently interrupted iron path is thus achieved with a method of manufacture that is actually simple. It is advisable to use relatively long strips (length: layer height greater than 10). This ensures that the short-circuit currents that form over the surface find a long way and thus a great resistance and thus additional iron losses remain smaller.
After all, these currents bring about a further equalization of the magnetic conditions, in that a large number of current paths run across the sheets not only in cross-sectional areas, but also over a considerable length of the core.