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Stromwandler für Höchstspannungsstromwallu » anlagen Es ist bekannt,
den magnetischen Spannungsmesser für die Strommessung anzuwenden. Er eignet sich
besonders bei Höchstspannungsanlagen, z. B. mit Betriebsspannungen über 150000 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 Strommeßwandler
mit bedeutend verringerten Kosten herstellen. Die prinzipielle Anordnung eines solchen
bekannten Stromwandlers ist in der Fig. 1 dargestellt.
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Eine Meßspule 2 umschließt einen Leiter 1 einer Hochspannungsanlage.
Die Meßspule besteht aus einem Ringkern 3 aus isolierendem Material, auf welchem
die Wicklung 4 angeordnet ist. Im vorliegenden 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 Ouerschnitt über ihre ganze Länge konstant und die Wicklung über
die ganze Länge mit gleichmäßigem Windungsabstand ausgeführt ist. Eine so bewickelte
Meßspule kann bekanntlich auch von der Kreisform abweichen und jede beliebige Form
annehmen, wenn dabei nur der stromführende Leiter ganz umschlossen ist.
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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 nur geringem Stromverbrauch meist nicht ausreichend.
Dem Stromwandler ist deshalb ein Meßverstärker nachzuschalten.
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Die Ausgangsleistung ist dem Verbrauch der nachfolgenden Meß- und
Schutzeinrichtungen anzupassen.
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Bei einem solchen Meßwandler ist es immer erwünscht, eine möglichst
große Spannung entnehmen zu können. Eine Steigerung dieser Spannung ist möglich
durch Verwendung eines magnetisch gut leitenden Materials für den Meßspulenkern.
Die Anwendung eines geschlossenen Eisenkernes wie bei einem normalen Stromwandler,
der sekundärseitig praktisch im Kurzschluß arbeitet, ist hier 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 nicht konstanten Permeabilität des Eisens stark verzerrt
und für Meßzwecke unbrauchbar.
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Die Erfindung betrifft einen Stromwandler für Höchstspannungsanlagen,
dessen Sekundärwicklung die Meßspule eines magnetischen Spannungsmessers bildet,
unter Verwendung eines aus sich überlappenden Teilblechen, die durch elektrisch
und magnetisch nichtleitenden Zwischenlagen in gleichmäßig verteilten Abständen
gehalten sind, von gleichen Abmessungen zusammengesetzten Kernes. Die Erfindung
besteht darin, daß die zum Kernaufbau verwendeten Blechstreifen spiralförmig schräg
zur Kernachse unter einem Winkel kleiner als 100 angeordnet und z. B. durch Kleben
oder Eingießen zu einer kompakten Ringform zusammengeschlossen sind.
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Kerne mit sich überlappenden Blechen und mit Zwischenlagen aus elektrisch
und magnetisch nichtleitendem Material sind an sich bekannt. Aus der schweizerischen
Patentschrift 300 693 sind z. B. kurze, sich überlappende Bleche bekannt, wobei
diese, parallel zur Kernachse liegend, übereinandergeschichtet sind. Der Kern ist
nicht geschlossen und die Windung nicht gleichmäßig verteilt, weshalb er für Stromwandler
auf der Grundlage des magnetischen Spannungsmessers ungeeignet ist. Die Bleche sind
in der Kernrichtung nur kurz gegeniiber ihrer Breite, wodurch der magnetische Widerstand
des Kernes stark erhöht wird. Es ergibt sich so zwar ein in der Kernrichtung elektrisch
nichtleitender Kern von sogar sehr hoher Isolationsfestigkeit, was jedoch beim magnetischen
Spannungsmesser nicht notwendig ist.
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Durch das deutsche Patent 481 866 ist weiterhin ein Kern für einen
magnetischen Spannungsmesser bekannt, der sich aus einzelnen Stücken zusammensetzt,
die durch Luftspalte getrennt sind. Wie diese Kerne zusammengehalten .werden, geht
aus der P.a;-tentschrift nicht näher hervor.
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Die Unkonstanz der Permeabilität des Eisens kann unter dem Einfluß
der an sich gleichen und gleichmäßig verteilten Luftspalte vernachlässigt werden.
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Die resultierende Permeabilität ist über die ganze Kernlänge an jeder
Stelle praktisch konstant. Sie ist unabhängig vom primären Strom bzw. der magnetischen
Induktion des Kernes. Dementsprechend ist die vom Strom induzierte sekundäre Spanntmg
proportional dem Betriebsstrom im Leiter. Die sich ergebende Phasendrehung von 900
kann durch phasenverschiebende Mittel z. B. im Verstärker korrigiert werden.
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Für den Spulenkern könnten an sich Preßkerne verwendet werden. Für
Meßspulendurchmesser von 2 bis 5 m, wie sie bei Anlagen über 158kV nötig sind, sind
jedoch solche Kerne wenig geeignet.
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Das Zusammenhalten der Blechstreifen kann auch in der Weise erfolgen,
daß die Bleche und die Zwischenlagen in ihrer Längsrichtung und zur Mitte symmetrisch
liegende Löcher mit gleichem Abstand aufweisen, durch welche zusammenhaltende Stifte
gesteckt sind. In der Fig. 2 ist ein Teilstück eines solchen Kernes dargestellt.
1 sind die Bleche, die gegen die Achse den Winkel a bilden. Zwischen den Blechen
befinden sich die Zwischenlagen 2. Die Bleche und die Zwischenlagen weisen Löcher
3 a und 3b auf, deren Verteilung aus der Fig. 2 a hervorgeht. Beidseitig der Mittellinie
im Abstand a/2 sind die Rundlöcher 3 a vorhanden. Die übrigen in gleichen Abständen
a liegenden Löcher 3 b sind Langlöcher. Die Blechstreifen samt ihren Zwischenlagen
sind durch Niete 4 mit mäßigem Druck zusammengehalten. Ein solcher Kern läßt sich
in der Zeichnungsebene biegen, wobei die Niete in den Rundlöchern 3 a festgehalten
und in den Langlöchern 3b sich etwas verschieben können, ohne daß dadurch ein gegenseitiges
Sperren der Bleche eintritt. Der Kern läßt sich so zu einem magnetisch homogenen
Ring zusammenfügen, der ohne weiteres auch eine vom Kreis abweichende Form annehmen
und
gegebenen Raumverhältnissen angepaßt werden kann. Die Niete 4 durch die Löcher 3
a halten die Bleche in gleichmäßigem Abstand, wodurch eine Gewähr für genau gleiche
Verteilung der Bleche und der Zwischenlagen erreicht wird. Der Forderung gleichen
Keruquerschnittes und gleichen magnetischen Widerstandes längs dem Kern bei vielfach
unterbrochenem Eisenweg wird damit bei einer an sich einfachen Herstellungsweise
genügt. Dabei ist es zweckmäßig, möglichst relativ lange Streifen mit dem Verhältnis
Länge zu Schichthöhe größer als 10 anzuwenden. Dadurch wird erreicht, daß die sich
über die Fläche bildenden Kurzschluß ströme einen langen Weg und damit einen großen
Widerstand vorfinden und so die zusätzlichen Eisenverluste kleiner bleiben.
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PATENTANSPRSCHE: 1. Stromwandler für Höchstspannungsanlagen, dessen
Sekundärwicklung die Meßspule eines magnetischen Spannungsmessers bildet, unter
Verwendung eines aus sich überlappendenTeilblechen, die durch elektrisch und magnetisch
nichtleitende Zwischenlagen in gleichmäßig verteilten Abständen gehalten sind, von
gleichen Abmessungen zusammengesetzten Kernes, dadurch gekennzeichnet, daß die zum
Kernaufbau verwendeten Blechstreifen spiralförmig schräg zur Kernachse unter einem
Winkel kleiner als 100 angeordnet und z. B. durch Kleben oder Eingießen zu einer
kompakten Ringform zusammengeschlossen sind.