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Gießharzisolierter Durchführungs-Wickelstromwandler Es sind Durchführungs-Wickelstromwandler
bekannt, welche als Isolator einen einteiligen mit einem Querdurchgang versehenen
Porzellankörper aufweisen, wobei die Primärwicklung den Querdurchgang des Porzellankörpers
umgibt. Derartige Durchführungs-Wickelstromwandler weisen meistens einen Mantelkern
auf, dessen Kernebene senkrecht zur Durchführungsachse angeordnet ist und bei welchem
der Hauptteil der Sekundärwicklung auf dem Mittelschenkel des Mantelkernes angebracht
ist. Die Primärwicklung liegt koaxial zur Sekundärwicklung. Es sind aber statt der
Mantelkerne auch bereits Rahmenkerne verwendet worden, deren Kernebene ebenfalls
senkrecht zur Durchführungsachse angeordnet war. Der Hauptteil der Sekundärwicklung
liegt dabei auf dem im Querdurchgang des Porzellan-Isolierkörpers angeordneten Kernschenkel,
während auf dem anderen seitlichen, ihm parallel verlaufenden Kernschenkel allenfalls
eine Ausgleichswicklung angeordnet ist, welcher ein Teil der Hauptsekundärwicklung
parallel geschaltet sein kann. Diesen bekannten Anordnungen ist also gemeinsam,
daß die Primärwicklung und der Hauptteil der Sekundärwicklung nur einen Kernschenkel
umschließen. Dies ist auch bei einem anderen bekannten Durchführungswandler der
Fall, der einen in Durchführungsrichtung liegenden Mantelkern besitzt, auf dessen
Mittelschenkel die Primär- und die Sekundärwicklung aufgebracht sind. Der Kern ist
von einem zweiteiligen keramischen Durchführungskörper umgeben.
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Bei kombinierten Strom- und Spannungswandlern in Stützerbauweise ist
es bekannt, zwei in ihrer Ebene senkrecht zueinander und aufrecht im Stützer stehende
Rahmenkerne zu verwenden. Es ist dabei auch vorgesehen, unter Fortlassung des Spannungswandlers
den Stromwandler allein in dieser Bauweise herzustellen. Primär- und Sekundärwicklung
des Stromwandlers sind dann getrennt auf den gegenüberliegenden Kernschenkeln aufgebracht,
wobei konzentrisch zur Primär- und Sekundärwicklung Schubwicklungen liegen.
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Bei bekannten Spannungswandlern sind zwar auch schon Primär- und Sekundärwicklung
geteilt und konzentrisch auf den senkrecht zur Durchführungsebene verlaufenden Schenkeln
eines Rahmenkernes aufgebracht. Diese Anordnung wurde jedoch vorgesehen, um den
Spannungswandler zweipolig zu isolieren. Die übertragung dieser Spannungswandlerkonstruktion
auf. einen Stromwandler konnte demnach nicht naheliegen, zumal mit der erfindungsgemäßen
Anordnung Probleme gelöst werden sollen, die im Spannungswandlerbau nicht vorhanden
sind. Ein weiterer bekannter porzellanisolierter Stromwandler, bei dem die Primärwicklung
auf zwei gegenüberliegenden Kernschenkeln aufgebracht ist, soll zur Erhöhung der
Kurzschlußsicherheit zwei Sekundärwicklungen erhalten, die nicht konzentrisch zur
Primärwicklung, sondern senkrecht dazu liegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchführungswandler
mit größerer dynamischer Kurzschlußfestigkeit und geringeren Querabmessungen zu
schaffen. Sie geht von der Erfahrungstatsache aus, daß die dynamische Kurzschlußfestigkeit
eines Durchführungs-Wickelstromwandlers dadurch begrenzt ist, daß infolge der unvermeidbaren
Urisymmetrie im Wicklungsaufbau sich bei porzellanisolierten Stromwandlern kein
höheres Produkt aus maximal zulässiger Stromstärke (in Ampere) und Windungszahl
der Primärwicklung als etwa 300 000 bis 500 000 AW erreichen l'äßt. Auch bei Einbettung
der Primär- und Sekundärwicklungen in Gießharz ist es kaum möglich, diese Zahl (die
sogenannte Stoß-Amperewindungszahl) auf über etwa 600 000 anzuheben. Bei den bisher
bekanntgewordenen Konstruktionen lassen sich also beispielsweise bei. einer primären
Windungszahl von 20 keine höheren dynamischen Kurzschlußfestigkeitswerte als 15!
bis 20, allenfalls 30 kA Scheitelwert erreichen, ohne daß der Wandler zerstört wird.
Erfindungsgemäß kann jedoch bei gießharzisolierten Durchführungs-Wickelstromwandlern
mit Rahmenkern eine größere dynamische Kurzschlußfestigkeit bei kleineren Querabmessungen
dadurch erzielt werden, daß die Kernebene in an sich bekannter Weise in Achsrichtung
der Durchführung liegt und daß die konzentrisch zueinander angeordneten Primär-
und Sekundärwicklungen jeweils
etwa zur Hälfte auf die beiden senkrecht
zur Achsrichtung der Durchführung verlaufenden Kernschenkel verteilt sind. Bei einer
derartigen Aufteilung der Wicklungen werden also bei gleicher Amperewindungszahl
des Wandlers statt bisher einer Primärspule (bzw. Sekundärspule) mit voller Amperewindungszahl
nunmehr zwei Primärspulen (bzw. Sekundärspulen) mit jeweils etwa der halben Amperewindungszahl
für den gleichen Kern angewandt. Der Meßkern erhält also insgesamt die gleiche Amperewindungszahl
(zwei Spulen mit halber Amperewindungszahl), so daß seine Meßgenauigkeit bzw. Meßleistung
die gleiche ist, sofern Eisenweg und Eisenquerschnitt dieselben sind wie bei den
bekannten Anordnungen. Die Amperewindungszahl ist jedoch auf zwei Spulen von je
halber Windungszahl verteilt. Bei gleichartiger Beachtung der Konstruktionsprinzipien
zur Erlangung möglichst hoher Kurzschlußfestigkeit läßt sich also mit den erfindungsgemäß
ausgeführten Wandlern annähernd die doppelte dynamische Kurzschlußfestigkeit erreichen.
Die Ausführung des Erfindungsgedankens ist besonders einfach bei dem Aufbau von
gießharzisolierten Stromwandlern, insbesondere wenn Kern, Sekundärwicklung und Primärwicklung
in einem gemeinsamen Gießharzkörper eingegossen sind. In diesem gemeinsamen Gießharzkörper
stellt mithin jeder bewickelte Kernschenkel mit seiner Sekundärwicklung und seiner
Primärwicklung für sich eine Einheit dar, deren dynamische Festigkeit bei Beanspruchung
mit Kurzschlußströmen von seinenAbmessungen sowie seinen Windungszahlen und von
seiner Durchflutung abhängig ist. Die beiden Wicklungen beeinflussen sich dynamisch
nur sehr wenig, da sie gegeneinander nochmals durch das zwischen ihnen und insbesondere
zwischen ihren Zwickeln liegende Gießharz abgestützt sind. In der Hauptsache wirken
sich daher die dynamischen Kräfte auf den Gießharzscherben zwischen der jeweiligen
Primärspule und Sekundärspule aus sowie auf den Gießharzscherben außerhalb der Primärspulen,
der den Außenmantel des Wandlers bildet.
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Oftmals wird von einem Durchführungs-Stromwandler, insbesondere einem
Durchführungs-Wickelstromwandler, verlangt, daß er nicht nur den Strom von der einen
Seite der Wand zur anderen Seite führt (Durchführungswandler), sondern daß auch
wahlweise der Strom an der Einführungsseite an einem weiteren Anschlußstück wieder
abgenommen werden kann (Abzweigwandler). In diesem Falle muß von der zweiten Primärklemme
eine Rückleiter gezogen werden. Diese Rüchleiterverbindung wird innerhalb des Gießharzblockes
verlegt und verläuft seitlich am Kernfenster vorbei.
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Durchführungs-Stromwandler, die nach dem Erfindungsgedanken aufgebaut
sind, lassen sich mit Erfolg auch verwenden als Wandler, die im Leitungszuge angeordnet
sind, ohne dabei eine Wand oder Decke zu durchdringen. In. diesem Falle erhalten
die Wandler an Stelle des Durchführungsflansches einen Stützfuß. Die Leitung verläuft
dann parallel zu der Ebene, auf welcher der Stützfuß angeschraubt ist. Man kommt
hierbei praktisch auf Abstände zur Grundfläche, die beiden bekannten Wandlerkonstruktionen
nicht möglich und kleiner oder mindestens ebenso klein sind wie die bei Verwendung
der kürzest möglichen Leitungsstützer erreichbaren. Auch bei Wandlern, die zur Bewältigung
verschiedener Meß-und Regelaufgaben mehrere Kerne aufweisen, läßt sich der Erfindungsgedanke
mit Vorteil anwenden. Diese verschiedenen Kerne mit ihren gesonderten Sekundärwicklungen
liegen dann nebeneinander und werden gemeinsam von den Primärwicklungsteilen umfaßt.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt. Die Abb. 1 und 2 zeigen jeweils einen Schnitt durch die in Richtung
der Anschlußstücke liegende Mittelachse eines Durchführungs-Stromwandlers gemäß
der Erfindung in zwei aufeinander senkrecht stehenden Schnittebenen. Die gleichartigen
Teile in beiden Abbildungen sind gleichlautend bezeichnet. 11 stellt den
Gießharzisolierkörper dar, welcher einen einteiligen Block bildet, an dem die rippenförmigen
Ansätze 12, 13, 14 und 15 angegossen sind. Der Eisenkern 16 ist als Bandkern mit
etwa rechteckförmigem Fenster dargestellt. 17 und 18 sind die Sekundärwicklungsteile,
die jeweils um einen der senkrecht zur Achsrichtung der Durchführung verlaufenden
Kernschenkel angeordnet sind. Sie können nach Bedarf in Reihe oder parallel geschaltet
werden. Mit 19 und 20 sind die beiden Mimären Wicklungsteilspulen bezeichnet, die
in Reihe geschaltet von Primärstrom durchflossen werden. Dabei ist die Wicklung
19 mit dem Zuführungsanschluß 21, die Wicklung 20 mit dem Ausführungsanschluß 22
verbunden. Die Anschlußstücke 21 bzw. 22 sind mit der jeweiligen Wicklung 19 bzw.
20 durch gekröpfte, zum Wicklungsgrund führende Zuleitungsstücke 25 bzw. 39 verbunden.
Die äußeren Windungen der Spulen 19 und 20 sind bei 23 miteinander verlötet oder
verschweißt. Dabei müssen die beiden Wicklungen 19 und 20 gegensinnig
gewickelt sein. Die dynamische Festigkeit des ganzen Wandlers wird in der Hauptsache
bestimmt durch die Daten und die Symmetrie der Wicklungsanordnungen 19/17
bzw. 20/18. Mit diesen Wicklungsanordnungen 1'äßt sich praktisch die gleiche Festigkeit
erreichen, wie bei einem Wandler mit nur einer konzentrisch angeordneten Primär-
und Sekundärspule, so daß sich also, da die Primärspulen in Reihe geschaltet sind
und somit das Fenster des Kernes 16 von der Summe der Amperewindungszahlen der Primärwicklungen
19 und 20 durchflutet wird, mit dieser Anordnung gemäß der Erfindung bei gleicher
Meßleistung annähernd die doppelte dynamische Kurzschlußfestigkeit erreichen läßt.
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Die sekundären Anschlußklemmen 44 sind mit ihren nicht dargestellten
Zuleitungen zur Sekundärwicklung 17/18 in einem Ansatz des Gießharzblockes 11 eingegossen
und ragen im wesentlichen nur mit ihren Anschlußflächen aus diesem heraus. Der zweiteilige
Befestigungsflansch 52 ist beispielsweise mittels im Gießharzblock 11 eingegossener
nicht dargestellter Schrauben und Sacklochmuttern an diesem befestigt. Er trägt
den sekundären Klemmenabdeckkasten 53, der an ihm mittels Scharnier befestigt ist.
Der in den Abb. 1 und 2 dargestellte Stromwandler läßt sich auch bequem in Schaltanlagen
unterbringen. Die liegenden Leitungsschienen einer Drehstrom-Sammelschiene oder
-Abzweigleitung werden mit den Anschlußstücken 21 und 22 verbunden, so daß für denAbstand
Phase-Phase nur die Seitenausdehnung des Kernes 16 mit der Gießharzumkleidung maßgebend
ist. Der geerdete Leitbelag 54 soll unerwünschte Glimmerscheinungen zwischen eng
zusammengebauten Wandlern verschiedener Phasen bzw.
zwischen Wandler
und geerdeten Wanddurchbruch vermeiden.
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Abb. 3 zeigt in einer Prinzip-Schaltzkizze die Wicklungsanordnung
und Schaltung für einen Durchführungswandler gemäß der Erfindung, dessen Primärwicklungsteile
aus je vier Windungen bestehen. Außerdem ist an dieser Prinzip-Schaltskizze gezeigt,
wie er wahlweise als Abzweig-Wandler verwendet werden kann, indem im Gießharzköper
eine Rückleiterverbindung außerhalb des oder der Kernfenster verläuft. 16 ist der
im Schnitt dargestellte Eisenkern, dessen zur Durchführungsachse senkrecht verlaufende
Schenkel mit der Sekundärwicklung 17, 18 bewickelt sind. Die Primärwicklung kommt
von dem Anschlußstück 24 und ist mittels eines gekröpften Verbindungsstückes 25
mit der auf dem Wickelgrund des oberen Schenkels liegenden ersten Windung 26 verbunden.
Darüber liegen die zweite Windung 27, dritte Windung 28 und vierte Windung 29. Diese
ist durch eine Löt- bzw. Nietverbindung 23 mit der äußersten Windung 30 des unteren
Schenkels (fünfte Windung) verbunden. Darunter liegen sechste Windung 31 siebente
Windung 32 und achte Windung 33. Nachdem die achte Windung 33 das Kernfenster durchdrungen
hat, teilt sich der Stromweg in der Löt- bzw. Nietverbindung 34. Der Strom kann
nun wahlweise entweder über Verbindung 35, Kröpfungsstück 36 zum Anschlußstück 37
fließen oder über Verbindung 38, Kröpfungsstüek 39 zum Anschlußstück 40, je nachdem
der Wandler als Durchführungs- oder Leitungszugwandler benutzt werden soll.
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Abb. 4 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens für Wandler, die
nicht als Durchführungswandler eine Wand oder Decke durchdringen, sondern im Zuge
einer Leitungsanordnung liegen und bei denen statt des Durchführungsflansches ein
Stützfuß angebracht ist. Die Bezeichnungen 11 bis 23 haben die gleiche Bedeutung
wie in Abb. 2. Der an dem Gießharzkörper 11 angegossene Fuß 42 nimmt in seiner Schrägfläche
43 die Sekundärklemmen 44 auf. An ihm ist beispielsweise mittels angedeuteter Sacklochmuttern
und Senkschrauben 45, 46 die Fußplatte 47 befestigt. Die Löcher 48, 49 dienen zur
Befestigung des Wandlers am Boden. Bei Verlegung der Sekundärklemmen an eine der
drei anderen Seiten des Wandlers läßt sich das Höhenmaß 50, welches für den Abstand
Schiene-Boden maßgebend ist, noch kleiner halten, beispielsweise wenn der Wandler
mittels Sacklochmuttern, die an Stellen wie 51 angebracht sind, am Boden verschraubt
wird.