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Stromwandler mit Eisenkern Die derzeitigen, Stromwandler werdent meist mit einem Mess- und einem Relaiskern ausgerüstet. Letzterer dient vornehmlich zur Speisung von überstrom- und Selektivsahutzrelais. Infolge des grösseren Relaiskerns ist der Sekundärstrom beispielsweise noch bis etwa zum 15fachen Nennstrom proportional dem: Primärstrom.
Bei noch grösseren Strömen nähert sich die Induktion im Eisenkern des Stromwandlers der Sättigungsinduktion, womit sich der Magnetnsierungs- strom und damit der Fehler zunehmend vergrössern. Dies kann erwünscht sein, damit die angeschlossenen Relais nicht unzulässig überlastet werden.
Für den 17berstromschutz und auch für Selektivschutzrelais mit Auslösezeiten von mehreren Perioden haben; sich derartige Stromwandler bewährt, hingegen macht ihre Verwendung insbesondere für dien Differentia'lsichutz und auch für einen Einperioden- oder Einhalbwellen@ selektivschutz erhebliche Schwierigkeiten.
Man hat daher vorgeschlagen, eisendos@e Stromwandler vorzusehen. Diese geben aber auf der Sekundärseite im allgemeinen nur eine Spannung ab, die proportional der zeitlichen Änderung des Primärstromes ist. Demgemäss kann man erst mit Hilfe von Iü- tegriergliedern den Primärstrom messen.
Diese Anordnungen weisen aber sehr geringe Sekundärleistungen auf, so dass sie nur im Zusammenhang mit entsprechenden Verstärkern einsetzbar sihnd, wodurch hohe Kosten entstehen und zudem nur eine mässige Betriebssicherheit erreicht wird.
Es ist prinzipiell auch möglich, einen Stromwandler mit Eisenkern durch einen genügend grossen Eisenqu@erschni'tt und eine kleine Gesamtbürde so zu dimensionieren, dass er bis zu einem vorgegebenen Maximalwert des Primärstromes einen diesem entsprechenden Sekundärstrom erzeugt. Nun besteht jedoch auch bei solchen Wandlern die Gefahr der Sätti- gung des Eisenkerns, z.
B. infolge eines denn vorgege- benen Maximalwert übersteigenden; Primärstromes, speziell, wenn dieser ein Gleichstromglied enthält, oder nach mehreren aufeinanderfolgenden Schalthandlungen.
Beim Abschalten des Wandlers wird der Eisenkern dann eine remanente Induktion behalten, die je nach verwendeter Eisensorte und Güte dier Kernblechschichtung 50% der Sätbigungsindukti'on und mehr betragen: kann. Durch diesen remanenten Fluss im Stromwandler wird der Maximalstrom, der noch einwandfrei übertragen werden. kann, stark gesenkt.
Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, einen Stromwandler zur exakten Erfassung grosser, auch einseitig verlagerter Überströme zu schaffen, der die geschilderten Mängel nicht aufweist. Diese Aufgabe löst ein, Stromwandler mit Eisenkern, bei dem erfindungsgemäss der Eisenkern ein solches Material und einen Luftspalt solcher Grösse aufweist,
dass die nach Sättigung des Eisenkerns vorhandene remanente In- duktion höchstens 5 % der Sättigungsinduktion beträgt.
Erfihdungsgemä'ss mit einem Luftspalt versehene Wandler besitzen zwar einen grösseren L7bertragungs- fehler als gleiche Wandler ohne Luftspalt, aber durch die mit dem Luftspalt erzielte Linearisierung der Hy- steresisschleife des Kerns kann der Fehler in einem weiten Strombereich praktisch konstant gehalten und deshalb im Bedarfsfalle mit bekannten Mitteln leicht kompensiert werden.
Zweckmässig werden der Eisenkern und, die Gesamtbürde so aufeinander abgestimmt, dass der über- tragungsfehler des Wandlers im Falle der übertra- gung eines beliebig verlagerten Stromes unterhalb eines Grenzwertes liegt. So kann beispielsweise ge- fordert werden, dass der übertragungsfehler bei einem vorgegebenen Wert des Stosskurzschlussstromes wäh-
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rend einer bestimmten Anzahl von Perioden unterhalb eines Grenzwertes, beispielsweise 3 ö, liegt.
Da die übliche Fehlerdefinition nur für den eingeschwungenen Zustand und einen ungesättigten. Eisenkern sinnvoll ist, wird hierbei folgende Defini- tior_ des Fehlers bei hohem Strom und Einschwing- vorgängen festgelegt: Der Fehler des Stromwandlers bei der übertra- gung eines beliebig verlagerten Stromes ist gegeben durch das Verhältnis des grössten auftretenden. Magnetisierungsstromes zum Scheitelwert des. Wechselstromgliedes des zu übertragenden Stromes.
In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Stromwandlers nach der Erfindung dargestellt, während; Fig. 2 die Hysteresisschleife bei Wechsel@- strommagnetisierung für einen Eisenkern ohne bzw. mit Luftspalt zeigt.
In Fig. 1 bedeutet 1 einen Eisenkern mit dem Querschnitt A e, der die beiden: Luftspalte 2 und 3 aufweist, 4 ist der Primärleiter, 5 die zugehörige Durchführung, die den Primärleiter vom Eisenkern 1 isoliert. Mit 6 ist die Sekundärwicklung bezeichnet, die gleichmässig über den Eisenkern verteilt ist. Sie endigt an den Klemmen 7 und 8, an die die äussere Bürde 9, bestehend aus einem Widerstand R und einer Ind uktivität L, angeschlossen, ist. Die Wicklung 6 weist einen Widerstand R1 auf, während die Streuinduktivität der Sekundärwicklung mit i1 bezeichnet wird.
Die Gesamtbürde des Wandlers ist somit gegeben durch
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Bei einem Stromwandler mit Eisenkern gilt für den Gesamtfehler in Prozent bekanntlich, nachstehende Beziehung:
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Hierin bedeuten P", = Zp, - 122 die Gesamtleistung, f in Hz die Netzfrequenz, V" bzw.
A" das Eisenvolumen bzw. den Eisenquerschnitt, l" die Ge- sa@mteisenlänge,
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ist der Quotient aus der primären Durchflutung 11N1 und der mittleren, für den Kraftlinienweg massgebenden Eisenlänge 1" stellt also die primäre Durchflu- tung pro cm Kraftlinienlänge dar und ,p., - B/a" ist die im Stromwandlerbau übliche Permeabilität, die sich als Quotient des Scheitelwertes der Induktion B und des Effektivwertes a" der spezifischen Leerlaufdurchflutung
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ergibt,
wobei a" sowohl von der Eisenqualität als auch der Eisen und Luftspaltlänge abhängig ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform eines Einleiterstromwandlers für einen primären. Nennstrom von 1000 A und eine Sekundärleistung von 5 VA, bemessen für einen Stosskurzsch.lussstrom von 82 kA und eine L7bertragungsdauer von einer Periode, weist etwa folgende Abmessungen auf:
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Eisenquerschnitt A" = 60 cm2 Eisenlänge 1e = 47 cm Resultierender Luftspalt l" = 0,02 cm Max. Induktion am Ende der ersten Periode des Stosskurzschlussstromes von 82 kV Bi, = 17 000 Gauss Max.
Fehler bei 82 kV in der ersten Periode 1,3 7ö Fehler bei Nennstrom 0,2 Bei dem vorliegenden Beispiel ist ein Stromwandlerblech mit Vorzugsrichtung verwendet worden, dessen lig bei der Nenninduktion von 88,5 Gauss einem Wert von 4400 aufweist, der durch den Luftspalt von d" = 0;02 cm auf 2140 abfällt. Dieser Luftspalt führt also etwa zu einer Verdoppelung des Fehlers bei Nennbetrieb. Durch den Luftspalt von nur 0,02 cm wird jedoch die Remanenz B,., wie aus Fig. 2 hervorgeht, von etwa 14 600 Gauss bei einem Kern ohne Luftspalt auf etwa 450 Gauss verringert, das heisst, sie beträgt nur noch etwa 2 % der Sättigungsinduktion.
Hierdurch wird erreicht, dass zusätzliche Sättigungserscheinungen, verursacht durch die Remanenz des Wandlers, praktisch ausgeschlossen sind. Um möglichst günstige Verhältnisse zu erhalten, wird man zweckmässig Eisensorten verwenden, die bei kleinem Luftspalt bereits eine niedrige Remanenz aufweisen.
Nimmt man mit einer gewissen Idealisierung eine rein induktive Bürde an, so verringert sich die maximale Induktion in der ersten Periode eines voll verlagerten Stromes um den Faktor
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Tritt beispielsweise bei Ohmscher Bürde, wie bisher angenommen, eine maximale Induktion von 17 000 Gauss auf, so erreicht sie bei induktiver Bürde einem Wert von nur noch. 5500 Gauss. Dieser Idealfall ist zwar nicht zu verwirklichen" man erkennt aber doch, dass bei vorwiegende induktiver Gesamtbürde sich der Maximalwert der Induktion verringern lässt, was zu geringeren Abmessungen und Kosten des gesamten Wandlers führt.
Der Vorteil von Stromwandlern nach der Erfindung besteht darin, dass sie bei mässigem Aufwand ohne Einsatz von Verstärkern in der Lage sind, praktisch beliebig hohe, auch stark verlagerte Kurzsch'luss- ströme exakt zu übertragen. Infolge des geringen Luftspaltes ist der Einfluss der Remanenz bis auf wenige Prozent beseitigt, so dass auch beispielsweise bei Kurzschlussfortschaltung unabhängig von der Vorgeschichte die Messung wieder exakt erfolgt.
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