DE1152186B

DE1152186B - Summenstromwandler mit Rechteckkern

Info

Publication number: DE1152186B
Application number: DEC22739A
Authority: DE
Inventors: Theodor Meyer; Heinrich Fricke; Oskar Schulze; Heinrich Rueter
Original assignee: Condor Werk Gebr Frede GmbH and Co KG
Current assignee: Condor Werk Gebr Frede GmbH and Co KG
Priority date: 1960-11-15
Filing date: 1960-11-15
Publication date: 1963-08-01

Description

Summenstromwandler mit Rechteckkern Die Erfindung betrifft einen Summenstromwandler mit Rechteckkern.
In mit Wechselstrom oder Drehstrom betriebenen elektrischen Verbraucheranlagen werden Fehlerstromschutzschalter verwendet, bei denen ein Auslöserelais anspricht und eine Abschaltung der Verbraucheranlage vom Wechselstromnetz bewirkt, wenn die auf den Primärleitern des Fehlerstromschutzschalters fließenden Ströme sich nicht zu Null ergänzen, was sich dann ergeben kann, wenn undefinierte Nebenschlußwege vorliegen.
Es ist bekannt, die Summenstromwandler derartiger Fehlerstromschutzsohalter als Ringkernwandler mit rundem, ringförmigem Bandkern oder auch als Wandler mit rechteckigem Bandkern auszubilden. Im allgemeinen werden dabei die erforderlichen Primärwicklungen, die im Falle eines für Drehstromzwecke geeigneten Fehlerstromschutzschalters aus den drei Phasen des Drehstromnetzes und dem Null-Leiter bestehen, nebeneinander auf dem Kern aufgewickelt. Dabei müssen wegen der hohen zu übertragenden Primärströme die Wicklungen aus Leitern großen Querschnittes bestehen. Das Aufbringen derartiger Wicklungen starken Querschnittes mit größeren Windungszahlen auf relativ kleinen Kernen ist fertigungstechnisch schwierig.' Außerdem ergibt es sich, daß, vor allem bei höheren Strömen und höheren Windungszahlen" infolge der ungleichmäßigen Verteilung der Primärwicklungen auf dem Kern sich das normalerweise den Kern durchsetzende Magnetfeld nicht zu Null ergänzt und in dem Fehlerstromschutzschalter ein Differenzstrom vorgetäuscht wird. Insbesondere ergeben sich bei wechselnder Belastung derartig unvollkommene Summenstrombildungen, die dazu zwingen, die Auslösestromstärke des Relais des Fehlerstromschutzschalters heraufzusetzen, wodurch die Zuverlässigkeit des Schutzschalters leidet.
Um derartige störende Erscheinungen zu vermeiden, ist es bereits bei einem Summenstromwandler für Drehstromzwecke bekannt, die drei Phasenleiter und den Null-Leiter in gebündelter Form um den gemeinsamen Eisenkern zu wickeln, der als Ringkern mit kreisförmigem oder rechteckigem Kernquerschnitt ausgebildet ist. Hierbei ergeben sich jedoch besondere Wicklungsschwierigkeiten, wenn die Leiter Drähte großen Querschnittes sind.
Wicklungsschwierigkeiten wirken sich insbesondere dann aus, wenn der Kern des Stromwandlers ein in an sich bekannter Weise aus kornorientiertem Material bestehender Bandkern ist.
Es ist bei Transformatoren und auch bei Meßzwecken dienenden Stromwandlern bekannt, die Stromleiter hohen Querschnittes bandförmig auszubilden und mehrere derartige aus je einer Bandwicklung bestehende Spulen nebeneinander auf dem Kern anzuordnen.
Nach der Erfindung ist ein Summenstromwandler mit Rechteckkern so aufgebaut, daß der Kern in an sich bekannter Weise als Bandkern aus kornorientiertem Material ausgebildet ist und die Wicklungen der Phasen und gegebenenfalls des Mittelpunktleiters aus gegeneinander isolierten stromleitenden Bändern bestehen und spiralförmig verschachtelt ineinandergewickelt sind, wobei die Sekundärwicklung Cegebenenfalls ebenfalls aus bandförmigem Leitermaterial gefertigt sein kann.
Eine erfindungsgemäße Wicklung ist, auch wenn es sich um große Leiterquerschnitte handelt, leicht auf den Kern aufzubringen; es ergibt sich unter normalen Verhältnissen unabhängig von der Belastung der Summenstrom Null, so daß nur ein echter Fehlerstrom induzierend auf die Sekundärwicklung wirkt. Die Sekundärwicklung kann dabei gegebenenfalls eine höhere Windungszahl als die Primärwicklungen haben.
Die Erfindung ist in drei Figuren veranschaulicht. Von den Figuren zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die Wicklungen eines erfindungsgemäßen Stromwandlers mit Rechteckkern, Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung mit geschnitten dargestellten Wicklungen, Fig. 3 Messungen, welche die vorteilhafte Wirkung eines erfindungsgemäßen Summenstromwandlers im Vergleich zu einem Summenstromwandler mit vier getrennten drahtförmigen Primärwicklungen und Rechteckkern zeigen. In Fig. 1 und 2 besteht der Rechteckkern 1 aus einem gewickelten Bandkern mit aus vorzugsweise zwei Teilen 2, 3 bestehendem Spulenkörper. In dem Spulenkörper 2 sind beispielsweise fünf Längsnuten 7 vorgesehen, in denen die Anfänge der bandförmigen Leiter 4 a ... 4 d mit den sich nach der Seite erstreckenden angeschweißten Stromzuführungen 5 angeordnet sind.
Die aus dünnen, breiten und vorteilhaft blanken Kupferbändern bestehenden Stromleiter 4 a ... 4 d sind durch die Zwischenvagen der Isolierschichten 6 voneinander isoliert. Die Leiter durchsetzen die öffnung des Wandlerkemes entsprechend den geforderten Windungszahlen und können gegebenenfalls die Öffnung mehrfach durchsetzen, indem sie mehrmals um den Spulenkörper 2, 3 gewickelt werden. Da die Bandbreite groß ist und fast die volle Breite des Kernfensters einnehmen kann, lassen sich auch bei relativ geringer Bandstärke große Querschnitte erzielen. Das. Aufbringen der Kupferbänder bereitet wenig Schwierigkeiten, auch wenn es sich um mehrere Windungen pro Phase handelt. Die Stromleiter sind übereinander koaxial und ineinander verschachtelt gewickelt; daher ergeben sich gleiche koaxiale Magnetfelder, die sich in der Mittelachse ausgleichen, unabhängig wie hoch die einzelnen Leiter strombelastet sind. Es ergibt sich dadurch eine absolute Symmetrie des resultierenden Magnetfeldes. Tritt jedoch infolge eines Fehlerstromes im äußeren Stromkreis, eine Ursymmetrie auf, so wird im Magnetkern ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dadurch wird in der Sekundärwicklung dann eine elektrische Spannung induziert, die bei entsprechender Leistung zum Steuern der Auslösewicklung eines Schalters verwendet werden kann.
Zweckmäßig ist auch die Sekundärwicklung bandförmig ausgebildet, wobei von der Seite her die Stromzuführung zum inneren Bandende erfolgt; sie kann mit den Primärleitern zusammen auf einen gemeinsamen Spulenkörper aufgewickelt sein. Man kann auch an den äußeren Enden der den Primärstrom führenden Bandleiter seitliche Stromzuführungen vorsehen, ähnlich wie dies bei den inneren Enden bereits der Fall war. Eine solche Konstruktion gestattet dann, daß die Sekundärwicklung mit höherer Windungszahl um den aus den Primärwicklungen bestehenden Wickel gewickelt werden kann.
Auch der zweite Schenkel des Kernes kann eine Wicklung in vorbeschriebener Form erhalten, die dann mit der anderen Sekundärwicklung verschaltet wird.
Fig. 3 zeigt rechts oben schematisch einen Summenstromwandler mit Reehteckkern l a, bei dem vier Spulen 4 e bis 4 h entsprechend dem Null-Leiter und den drei Phasenleitern nebeneinanderliegend aufgebracht sind. Es wurden beispielsweise die Wicklungen 4 e und 4 h mit 20 A Wechselstrom von 50 Hz erregt; dabei wurde an den Stellen a bis k des magnetischen Kreises mittels Meßschleife und Röhrenvoltmeter die induzierte Spannung gemessen. Der ausgezogene gebrochene Kurvenzug in Fig. 3 gibt die gemessene magnetische Induktion B in Abhängigkeit von den Meßstellen a bis k wieder. Der Ansprechwert des anzuwendenden Schaltrelais müßte in diesem Fall oberhalb des, Ordinatenwertes 3 liegen.
Es zeigt sich also, daß an verschiedenen Stellen des Kernes sich ein unterschiedlicher Magnetfluß ausbildet.
Der gestrichelt gezeichnete, durch kleine Kreise charakterisierte Linienzug in Fig. 3 entspricht Messungen an den entsprechenden Kernstellen eines gemäß der linken oberen Skizze ausgeführten erfindungsgemäßen Summenstromwandlers mit Rechteck-Bandkern; hieraus ergibt sich, daß die so erhaltenen Meßpunkte sämtlich niedrig liegen und sich innerhalb der Genauigkeitsgrenzen größenordnungsmäßig nicht unterscheiden. Es kann daher der Ansprechpunkt des vom Summenstromwandler gesteuerten Relais unterhalb des mit »1« bezeichneten Ordinatenpunktes gelegt werden.
Es zeigte sich ferner, daß bei der üblichen Anordnung gemäß der oberen rechten Skizze sich eine starke Abhängigkeit des Auslösewertes des mit dem Stromwandler gekoppelten Relais ergab; infolge der stellenweise magnetischen Sättigung des Kernes verlagert sich bei Vergrößerung der Primärbelastung des Summenstromwandlers der Auslösewert des Schaltgerätes zu höheren Strömen. So nahm bei einer Steigerung der Drehstromvorbelastung des Summenstromwandlers von 0 bis 120 A der Auslösewert des gesteuerten Schaltrelais von 850 mA bis auf über 1000 mA zu, während ein erfindungsgemäßer Summenstromwandler diese Erscheinung nicht zeigt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Summenstromwandler mit Rechteckkern, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern in an sich bekannter Weise als Bandkern aus kornorientiertem Material ausgebildet ist, daß die Wicklungen der Phasen und gegebenenfalls des Mittelpunktleiters aus gegeneinander isolierten stromleitenden Bändern bestehen und spiralförmig verschachtelt ineinandergewickelt sind und daß die Sekundärwicklung gegebenenfalls auch aus bandförmigem Leitermaterial gefertigt sein kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 439 640, 451755, 606 014, 649 785, 640121, 731062, 920 086, 725 978, 749 245, 822 571, 1062 808, 1039 619, 911292, 737 579.