DE1084828B

DE1084828B - Current transformers, especially for high voltage

Info

Publication number: DE1084828B
Application number: DES62486A
Authority: DE
Inventors: Karl Schenkel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-04-08
Filing date: 1959-04-08
Publication date: 1960-07-07

Description

Stromwandler, insbesondere für Hochspannung Bei den bekannten Stromwandlern mit lamelliertem Eisenkern, der eine Hoch- und eine Niederspannungswicklung trägt, lassen sich die im Betrieb auftretenden Spannungsbeanspruchungen bis zu Spannungen von etwa 30 kV verhältnismäßig leicht beherrschen. Bei höheren Spannungen nimmt der Isolationsaufwand stark zu, und man ist meist gezwungen, für die Isolation zusätzlich Öl zu verwenden.Current transformers, especially for high voltage With the known current transformers with a laminated iron core that carries a high and a low voltage winding, the voltage stresses occurring during operation can be reduced to voltages of around 30 kV can be controlled relatively easily. At higher voltages it increases The isolation effort increases sharply, and one is usually forced to pay for the isolation in addition To use oil.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromwandler, insbesondere für Hochspannung, der zur Vermeidung des vorstehend genannten Aufwandes mit j e einem elektrodynamischen System auf der Hochspannungs- und der Erdseite ausgerüstet ist, wobei die beweglichen Spulen über einen Isolierkörper mechanisch miteinander verbunden sind.The present invention relates to a power converter, in particular for high voltage, which to avoid the above-mentioned effort with j e equipped with an electrodynamic system on the high voltage and earth side is, wherein the movable coils are mechanically connected to one another via an insulating body are connected.

Solche Wandler sind an sich bekannt. Und zwar dient bei diesen Wandlern als Übertragungsmittel zwischen den beweglichen Spulen entweder eine Flüssigkeitssäule großer Masse oder ein isolierendes Übertragungsgestänge, dessen Masse zur Spulenmasse verhältnismäßig groß ist. Solche Wandler weisen daher keine hohe Klassengenauigkeit auf; denn wenn auch z. B. bei Verwendung eines isolierenden Übertragungsgestänges das bewegliche mechanische System eine möglichst geringe Trägheit besitzt, so ist doch eine starke Dämpfung vorgesehen, um die Amplitude der Schwingung des mechanischen Systems und damit auch die Leistung des auf der Erdseite liegenden elektrodynamischen Systems zu verringern.Such converters are known per se. And that serves with these converters either a column of liquid as the transmission medium between the movable coils large mass or an insulating transmission linkage, its mass to the coil mass is relatively large. Such converters therefore do not have a high level of class accuracy on; because if z. B. when using an insulating transmission linkage the movable mechanical system has the lowest possible inertia, so is Yet a strong damping provided to the amplitude of the vibration of the mechanical System and thus also the performance of the electrodynamic one on the earth side System to decrease.

Um eine hohe Klassengenauigkeit zu erreichen, ist daher gemäß der Erfindung das schwingende System praktisch dämpfungsfrei ausgebildet, wobei ferner die gesamte bewegte Masse m, die magnetische Induktion B, die wirksame Länge 1. der bewegten Wicklung und der Widerstand R2 der auf der Erdseite liegenden Wicklung derart ausgebildet sind, daß bei der maximalen Bürde Rb der Winkelfehler cpe entsprechend der Beziehung innerhalb der geforderten Klassengenauigkeit liegt. Rechnung und Versuch zeigen, daß ein derartiges elektrodynamisches System hinsichtlich seines Betriebsverhaltens mit Ausnahme des Frequenzganges vollkommen mit dem eines klassischen Stromwandlers mit Eisenkern und Wicklungen übereinstimmt. Insbesondere genügen beide Wandler der Fehlergleichung: wobei der Fehlwinkel (p im Falle des magnetischen Wandlers durch die Beziehung beim elektrodynamischen Wandler hingegen durch gegeben ist. In diesen Formeln bedeutet: w = 2 n f die Netzkreisfrequenz in Hz, R, den Widerstand der Sekundärwicklung in 2, Rb den Widerstand der Bürde in S2, L2 die Induktivität der Sekundärwicklung in H, m die gesamte bewegte Masse in Ws3/cm2, 1. die Länge der bewegten Wicklung eines Systems in cm und B die Luftspaltinduktion in Vs/cm2.In order to achieve a high level of accuracy according to the invention, the oscillating system is practically damp-free, with the entire moving mass m, the magnetic induction B, the effective length 1. of the moving winding and the resistance R2 of the winding on the earth side are designed such that at the maximum burden Rb, the angle error cpe according to the relationship is within the required class accuracy. Calculation and experiment show that such an electrodynamic system, with the exception of the frequency response, completely matches that of a classic current transformer with an iron core and windings in terms of its operating behavior. In particular, both converters satisfy the error equation: where the skew angle (p in the case of the magnetic transducer is given by the relationship with the electrodynamic converter, however given is. In these formulas: w = 2 nf means the network angular frequency in Hz, R, the resistance of the secondary winding in 2, Rb the resistance of the burden in S2, L2 the inductance of the secondary winding in H, m the total moving mass in Ws3 / cm2, 1 the length of the moving winding of a system in cm and B the air gap induction in Vs / cm2.

Ein Vergleich der Formeln (2) und (3) zeigt, daß beim magnetischen Wandler der Fehlwinkel cpm mit steigender Frequenz fällt, während er beim elektrodynamischen Wandler zunimmt. Bei f = 50 Hz ist es jedoch möglich, beispielsweise die der Klasse 1 zugeordneten Fehler einzuhalten.A comparison of formulas (2) and (3) shows that the magnetic Converter the error angle cpm falls with increasing frequency, while it falls with electrodynamic Converter increases. However, at f = 50 Hz it is possible, for example that of the class 1 must be observed.

Als elektrodynamische Systeme können Anordnungen, wie sie z. B. für Lautsprecher gebräuchlich sind, verwendet werden, wobei die isolierende Kupplung beispielsweise über ein dünnwandiges Isolierrohr oder auch über in beiden Richtungen auf Zug beanspruchte Isolierfäden aus Glas, Quarz, vorgerecktem Nylon bewirkt werden kann. Es ist aber auch möglich, elektrodynamische Systeme nach Art der Drehspulinstrumente zu verwenden, wobei die Übertragung dann zweckmäßig über eine leichte, jedoch torsionsfeste Isolierwelle erfolgt. Genauere Untersuchungen haben gezeigt, daß durch die unvermeidliche Elastizität des isolierenden Kupplungsteiles der Phasenfehler zwar geringfügig vergrößert wird, während der Amplitudenfehler durch geeignete Anordnung wenigstens teilweise kompensiert werden kann. In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Stromwandlers nach der Erfindung dargestellt, während die Fig. 2 eine weitere Ausführungsmöglichkeit in schematischer Darstellung zeigt.As electrodynamic systems, arrangements such. B. for Loudspeakers are commonly used, with the isolating coupling for example via a thin-walled insulating tube or via in both directions tensile stressed insulating threads made of glass, quartz, pre-stretched nylon are produced can. But it is also possible to use electrodynamic systems like moving coil instruments to be used, the transmission then expediently via a light, but torsion-proof Isolation shaft takes place. Closer studies have shown that by the inevitable Elasticity of the insulating coupling part of the phase error is slightly increased is, while the amplitude error is at least partially by suitable arrangement can be compensated. In Fig. 1 is an exemplary embodiment a current transformer according to the invention, while FIG. 2 shows another Shows the possibility of execution in a schematic representation.

In Fig. 1 bedeutet 1 einen Freiluftisolator, der an seinem oberen Ende ein elektrodynamisches System 2 trägt, bestehend aus dem permanenten Magneten 3 mit dem Polschuh4und dem magnetischen Rückschluß 5. Das System _2 ist an der Grundplatte 6 befestigt, die zugleich den Kern 7 eines kleinen Stromwandlers trägt; 8 ist seine Primärwicklung, 9 die Sekundärwicklung, die über flexible Leitungen mit der beweglichen Spule 10 des elektrodynamischen Systems _2 in Verbindung steht. Mit 11 ist die am Isolator 1 befestigte Abdeckhaube bezeichnet. Das Isolierorgan 12 ist als dünnwandiges Isolierrohr ausgebildet. Es trägt an seinem oberen Ende die bewegliche Spule 10, an seinem unteren Ende die entsprechende Spule 13. Die Führung des Isolierrohres 12 erfolgt durch die weichen Blattfedern 14 und 15. Unten auf dem Sockel 16 ist ein genau gleiches elektrodynamisches System 17 befestigt. Die Enden der Wicklung 13 sind zu den Klemmen 18 geführt, an denen die Bürde angeschlossen wird.In Fig. 1, 1 denotes an outdoor insulator, which at its upper end carries an electrodynamic system 2, consisting of the permanent magnet 3 with the pole piece 4 and the magnetic yoke 5. The system _2 is attached to the base plate 6, which also has the core 7 of a small current transformer carries; 8 is its primary winding, 9 the secondary winding, which is connected to the movable coil 10 of the electrodynamic system _2 via flexible lines. The cover attached to the insulator 1 is denoted by 11. The insulating member 12 is designed as a thin-walled insulating tube. It carries the movable coil 10 at its upper end and the corresponding coil 13 at its lower end. The insulating tube 12 is guided by the soft leaf springs 14 and 15. An exactly identical electrodynamic system 17 is attached to the bottom of the base 16. The ends of the winding 13 are led to the terminals 18 to which the burden is connected.

Nimmt beispielsweise der Strom in der Primärwicklung 8 zu, so erhöht sich in entsprechendem Maße auch der Sekundärstrom in der Spule 10. Es entsteht beispielsweise eine zusätzliche, nach oben gerichtete Kraft, die das bewegliche System, bestehend aus dem isolierenden Kupplungsorgan 12 und den beiden Spulen 10 und 13 beschleunigt. Durch die Bewegung der Spule 13 im Magnetfeld des elektrodynamischen Systems _17 wird dort eine EMK induziert, die einen entsprechenden Strom durch die Bürde treibt. Wie bereits einleitend dargelegt wurde, entspricht der Sekundärstrom auf der Erdseite nach Phase und Amplitude dem Primärstrom in der Wicklung B. Durch passende Bemessung der elektrodynamischen Systeme, möglichst kleine bewegte Masse und eine allfällige, an sich bekannte Kompensation der noch verbleibenden Phasenverschiebung, beispielsweise durch auf der Sekundärseite eingebaute Kondensatoren, lassen sich die für eine bestimmte Klasse noch zulässigen Fehler einhalten.If, for example, the current in the primary winding 8 increases, it increases The secondary current in the coil 10 also increases to a corresponding extent. It arises for example, an additional, upward force that makes the movable System consisting of the insulating coupling element 12 and the two coils 10 and 13 accelerates. By moving the coil 13 in the magnetic field of the electrodynamic Systems _17 an EMF is induced there, which carries a corresponding current through the Burden drives. As already explained in the introduction, the secondary current corresponds to on the earth side according to phase and amplitude the primary current in winding B. Through Appropriate dimensioning of the electrodynamic systems, moving masses that are as small as possible and a possible, per se known compensation of the remaining phase shift, for example by built-in capacitors on the secondary side adhere to the errors still permissible for a certain class.

Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, die sich durch besonders kleine Masse des beweglichen Systems auszeichnet. Es bedeuten 21 und 22 die beweglichen Spulen; sie sind an Glas- oder Quarzfäden 23 und 24 befestigt. Das Magnetsystem für die beiden Systeme 21 und 22 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, entspricht aber der Ausführung gemäß Fig. 1. Mit 25 und 26 sind zwei um die Achsen 27 und 28 drehbare Schwinghebel bezeichnet. Die Feder 29 bewirkt, daß die isolierenden Fäden 23 und 24 immer straff gespannt sind. An Stelle der Schwinghebel 25 und 26 können auch leichte Rollen vorgesehen werden. Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht derjenigen gemäß Fig. 1.Fig. 2 shows schematically a further embodiment, which is through particularly small mass of the moving system. It means 21 and 22 the moving coils; they are attached to glass or quartz threads 23 and 24. That Magnet system for the two systems 21 and 22 is not for the sake of clarity shown, but corresponds to the embodiment according to FIG. 1. With 25 and 26 are two about the axes 27 and 28 rotatable rocker arms. The spring 29 causes that the insulating threads 23 and 24 are always taut. Instead of the rocker arm 25 and 26, light castors can also be provided. How the arrangement works corresponds to that according to FIG. 1.

Stromwandler nach der Erfindung eignen sich insbesondere für Hochspannung, da, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, die Isolation nach Erde in einfachster und sehr betriebssicherer Weise ohne Verwendung von Öl ausgeführt werden kann. Zudem ist der Gesamtaufwand für den Wandler sehr gering. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Raum zwischen dem Isolierorgan 12 und der Innenoberfläche des Isolators 1 (vgl. Fig. 1) für die Aufnahme eines ohmschen oder kapazitiven Spannungswandlers ausgenutzt werden kann, so daß bei etwa gleichen Außenabmessungen auch ein kombinierter Wandler in einfachster Bauart möglich ist.Current transformers according to the invention are particularly suitable for high voltage, there, as can be seen from FIGS. 1 and 2, the isolation to earth in the simplest possible way and can be carried out in a very reliable manner without the use of oil. In addition the total effort for the converter is very low. Another benefit is there in that the space between the insulating member 12 and the inner surface of the insulator 1 (see. Fig. 1) for the inclusion of an ohmic or capacitive voltage converter can be exploited, so that with approximately the same external dimensions, a combined Converter in the simplest design is possible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Current transformers, especially for high voltage, each with an electrodynamic system on the high voltage and earth side, their. Movable coils are mechanically connected to one another via an insulating body, characterized in that the oscillating system is practically free of damping and that furthermore the mass in, the magnetic induction B, the effective length l of the moving winding and the resistance R2 of the winding lying on the earth side are designed such that at the maximum load Rb, the angular error cpe according to the relationship is within the required class accuracy.

2. Current transformer according to claim 1, characterized in that the insulating coupling member at least partially is designed as an insulating thread that is subjected to tensile stress in both directions. Documents considered: German Patent No. 834 717; U.S. Patent No. 2 402 544.