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Kombinierter Meßwandler Die Erfindung bezieht sich auf einen aus einem
induktiven Spannungswandler mit einem im gleichen Gehäuse, das aus einem Metallgefäß
und aus einem daran angeflanschten Porzellanüberwurf besteht, untergebrachten, als
eigene Baueinheit hergestellten, aufsetzbaren induktiven Schleifenstromwandler bestehenden
kombinierten Meßwandler.
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Derartige, in einem Gehäuse untergebrachte kombinierte Strom- und
Spannungswandler bringen in vielerlei Hinsicht Probleme mit sich. Aus Gründen ihrer
Aufstellungsmöglichkeiten in einem Hochspannungsfeld, beispielsweise in einer Umspannstation,
ist es wünschenswert, Bauhöhe und Durchmesser eines solchen kombinierten Wandlers
möglichst denjenigen eines Einzelwandlers anzugleichen. Diese Forderung läßt sich
aus verschiedenen Gründen nicht immer ermöglichen. Bei den kombinierten Meßwandlern
üblicher Bauart ist stets eine größere Grundfläche notwendig als für diejenige eines
Einzelwandlers, da ein kombinierter Wandler entweder zwei Einzelwandler nebeneinander
enthält und somit ohnehin einen größeren Grundflächenbedarf als ein Einzelwandler
besitzt, oder zwei übereinander angeordnete Einzelwandler, die es erforderlich machen,
Ausleitungen des einen Wandlers am anderen Wandler vorbeizuführen. Ferner müssen
diese Ausleitungen zum Zweck der Potentialsteuerung in der Längsrichtung nach Art
von Durchführungen aufgebaut sein.
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Die dynamische Kurzschlußfestigkeit ist ein weiteres Problem, das
insbesondere in den modernen engvermaschten Netzen mit hohen Kurzschlußleistungen
immer mehr an Bedeutung gewinnt. Die Herstellung eines Schleifenstromwandlers ist
aber in dieser Hinsicht besonders schwierig, da im allgemeinen der Primärleiter
aus einer Litze besteht, damit er in die fertig vorbereitete Isolation eingelegt
werden kann. Eine befriedigende Kurzschlußfestigkeit ist naturgemäß bei einem solchen
Gebilde kaum zu erreichen.
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Schließlich ist ein kombinierter Meßwandler, der in konventioneller
Weise aus einem induktiven Stromwandler und einem induktiven Spannungswandler besteht,
besonders schwierig herzustellen. Dies betrifft unter anderem die Zusammenfügung
der beiden Wandler bzw. die Vorbeiführung der Ausleitungen mit dem damit verbunden
Aufwand an Arbeitszeit. Es werden dafür Konstruktionen notwendig, die im Grundsatz
einen anderen Aufbau aufweisen als die jeweils einzelnen Strom- und Spannungswandler.
Diese Konstruktionen lassen keine rationelle Fertigungsmethode zu, da sie stets
nur mit viel Handarbeit verwirklicht werden können. Es sind bereits verschiedene
Ausführungsformen für derartige kombinierte Meßwandler bekannt. So ist beispielsweise
ein Kombinationswandler angegeben worden, bei dem ein ölloser Stromwandler mit seinem
die Primärwicklung aufnehmenden Isolierkörper über die Flanschfläche eines die Form
einer Garnrolle besitzenden Isolierkörpers eines öllosen Spannungswandlers gesetzt
ist. Bei diesem Wandler ergeben sich jedoch die bereits beschriebenen Schwierigkeiten.
Die Teilwandler sind isolationsmäßig vollkommen getrennte Einheiten mit allen Nachteilen
hinsichtlich Bauhöhe und Platzbedarf.
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Ferner ist ein Stromwandler bekannt, der aus zwei Teilstromwandlern
besteht, die mit den ihren Schaft spannungssteuernd umgebenden Teilspannungsteilern
von zusammengesetzten Teilisolatoren umgeben sind. Auch hier sind zwei an sich baulich
völlig getrennte Teilwandler in ihrer vollen Länge aneinandergereiht, so daß sich
ebenfalls eine große Baulänge ergibt.
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Bei einer weiteren bekannten Lösung handelt es sich um einen kapazitiven
Spannungswandler, dessen kapazitiver Spannungsteiler und dessen induktiver Mittelspannungsteil
in getrennten Behältern untergebracht sind. Dadurch ergibt sich ebenfalls ein umfangreicher
Platzbedarf, den zu vermeiden Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
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Durch einen aus Strom- und Spannungswandler kombinierten Stützerwandler
ist es bekannt, die galvanische Verbindungsstelle zwischen dem als Schleifenwandler
ausgeführten Stromwandler und dem Spannungswandler, der unter dem Stromwandler angeordnet
ist, an die unterste Stelle der Stromwandlerschleife zu legen. Die bekannte Lösung
sieht jedoch nicht eine trennbare Verbindung zwischen den beiden Wandlerteilen vor,
was aber ebenfalls Teil der vorliegenden Aufgabe ist.
In diesem
Zusammenhang sind noch einige Lösungen bekannt, bei denen galvanische Trennstellen
in stromführenden Leitern durch koaxial zur Trennstelle angeordnete Steuerschirme
geschützt sind. Sie können aber, da sie ganz andere konstruktive Einzelheiten zum
Inhalt haben, für die vorliegende Aufgabe keinen entsprechenden Beitrag liefern.
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Diese Aufgabe, die galvanische Verbindungsstelle zwischen den Teilwandlern
trennbar auszuführen und sie dabei hinsichtlich ihrer Spannungsbeanspruchung sicher
zu gestalten, wird dadurch gelöst, daß eine galvanische Verbindung und Trennung
zwischen beiden Teilwandlern am unteren Scheitel der Stromwandlerschleife durch
einen in Achsrichtung angebrachten, mit der Primärwicklung des Spannungswandlers
verbundenen, federnd gelagerten Bolzen erfolgt und daß die Isolation an der Kontakt-
und Trennstelle zwischen beiden Wandlern aus radial von ihr ausgehenden, in Wandlerachsrichtung
sich erstreckenden barrierenartigen Isolationskörpern des Stromwandlers und aus
leitenden, mit Ölspalten versehenen, barrierenartig ausgebildeten und den oberen
Rand der Logenisolation des Spannungswandlers bildenden Erdabschirmungen besteht,
und daß Isolationskörper und Erdabschirmungen so ineinandergreifen, daß jeweils
eine Barriere des Stromwandlers mit einer etwa gleichgroßen Barriere des Spannungswandlers
in Berührung kommt.
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Eine besonders zweckmäßige Gestaltungsform der Erfindung ergibt sich
dadurch, daß die Kontakt- und Trennstelle zwischen Spannungswandler und Stromwandler
von einer Schirmelektrode des Stromwandlerunterteiles elektrisch abgeschirmt ist.
Außerdem kann der Meßwandler erfindungsgemäß vorteilhaft dadurch weitergebildet
werden, daß der rapannungswandlerteil starr in dem geerdeten Metallgefäß festliegt,
während der Stromwandlerteil über Federn an dem Metallgefäß befestigt ist.
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Eift Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt. In den F i g. 1 und 2 ist die Meßwandlerkctmbination in zwei um 90°
verschiedenen Längsschnitten dargestellt. In dem Metallgefäß 1 ist der untere liegende
Spannungswandler 2 mit seiner Primärwicklung 3, seiner Se-
kundärwicklung
4 und seinem Kern 5 fest eingebaut. Aus der Logenisolation des Spannungswandlers
wird ein Barrierensystcm 6 gebildet. Ferner besitzt der Spannungswandler an seinem
oberen Ende einen metallischen Bolzen', der über eine Feder 8 in Längsrichtung nachgiebig
gelagert ist und mit dem Eingang der Primärwicklung 3 des Spannungswandlers leitend
verbunden ist. über dem Spannungswandler befindet sich der Stromwandler 9, der als
Sehleifenstromwandler ausgebildet ist. Aus .Gründen der Kurzschlußfestigkeit besteht
die Primärschleife 10 des Stromwandlers aus massiven Kupferleitern. Die Längsseite
dieser Leitsrsehleifc wird in an sich bekannter Weise zur Potentialsteuerung von
Kondensatordurchführungen 11 umgeben. Zur weiteren Erhöhung der dynamischen Kurzschlußfestigkeit
werden beide Kondensatordurehführungen 11 von einem ovalen Hartpapierrohr
12 oder einer entsprechenden Bandage umfaßt. Der in das Metallgefäß 1
hineinragende
untere Teil des Stromwandlers 9 wird zum Potentialabbau gegen Erde hin von barrierenartigen
Isolationskörpern 13 umgeben, die beim Aufeinandersetzen der beiden Wandler kammerartig
in die barrierenartigen Erdabschirmungen 6 des Spannungswandlers eingreifen und
somit eine elektrisch fugenlose Verbindung dieser beiden Barrierensysteme gewährleistet.
Auch nach dem Zusammenbau sind die Barrierensysteme ineinander teleskopartig verschiebbar,
so däß Längstoleranten und Wärmedehnungen ohne weiteres ausgeglichen werden können.
Die untere Seite der Primärleiterschleife 10
besitzt eine leitende Auflage
14, auf die der Primäranschlußbolzen 7 des Spannungswandlers gedrückt wird.
Dadurch ist die galvanische Verbindung zwischen den beiden Wandlern und damit der
Hochspannungsanschluß des Spannungswandlers gegeben. Die barrierenartig ausgebildete
Erdabschirmung ist so ausgebildet, daß genügend viele ölspalte vorhanden sind, die
eine ölzirkulation durch die beiden Kondensatordurchführungen 11 ermöglichen und
so eine Abfuhr der in der Primärschleife 10 entstehenden Wärma erfolgt, ohne einen
Wärmeübergang über die Isolation zu benötigen.
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Der Stromwandler 9 ist über Federn 18 mecha" nisch mit dem metallischen
Gehäuse 1 verbunden. Dadurch können Herstellungsabweichungen in der Längsrichtung
und Wärmeausdehnungen der Wandler ausgeglichen werden. Auf dem Metallgehäuse 1 sitzt
in üblicher Weise der Porzellanüberwurf 15, der seinerseits den Wandlerkopf
16 mit den Primäranschlüssen, der Umschalteinrichtung und dem Ausdehnungsgefäß
trägt.
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Die Verbindungsstelle zwischen den beiden Wandlern wird elektrisch
durch die auf Hoch.. spannung liegende Abschirmelektrode 17 entlastet, so daß ihr
dadurch potentialmäßig keinerlei Bedeutung zukommt. Diese Absehirmelektrode des
Strom wandlers liegt auf dem äußeren, dis Hochspannung führenden Spulenschild der
Spannungswandlerspule auf. Dadurch ist ein eindeutig definierter Potentialabbau
zwischen Hochspannung und Erde an der Verbindungsstelle einwandfrei gewährleistet.
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Der Zusammenbau der beiden Wandler kann also durch einfaches Aufeinandersetzen
erfolgen, wobei gleichzeitig das kammartige Ineinandergreiien der Barrierensysteme,
das Schließen der Absehirmelektrode und der Hochspannungsanschluß des unten liegenden
Meßwandlers gewährleistet ist. Irgendwelche zusätzlichen Isolierarbeiten oder Verbindungen
arbeiten sind nicht mehr erforderlich. Jeder Meßwandler kann für sich allein als
Baueinheit hergestellt werden, und zwar bis auf die Anbringung der Barrierensysteme
in derselben Weise wie ein Einzelwandler.
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Die Abmessungen des kombinierten Wandlers sind auf das theoretisch
mögliche Kleinstmaß beschränkt. her Durchmesser richtet sieh nur noch nach dem Außendurchmesser
der Spulenabschirmung des Spannungswandlers, lokeinerlei Vorbeiführungen von Ausleitungen
mehr erforderlich sind. Die Bauhöhe wird durch die kleine Höhe der Verbindungsstelle
auf das Mindestmaß der beiden Bauhöhen der Einzelwandler begrenzt. Hinsichtlich
seiner GesamtabmQssungQn unterscheidet sich also ein solcher Wandler im Durchmesser
und damit der Grundfläche nicht mehr von einem Einzelwandler. Gerade diese Abmessung
ist aber in den oft räumlich beengten Umspannstationen bezüglich der Grundfläche
von besonderer Bedeutung.
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Ein besonderer Vorteil ist dadurch gegeben, daß Längentoleranzen und
Wärmeausdehnungen ohne konstruktive Änderung aufgenömmen werden können.
Dies
ist in elektrisch einwandfreier Weise durch das teleskopartige Barrierensystem und
den federnden Primäranschluß des Spannungsanschlusses gewährleistet. Außerdem ist
der federnde Einbau des Stromwandlers eine weitere Gewähr für die Möglichkeit der
sicheren Beherrschung von Längstoleranzen und Wärmeausdehnungen. Die Wärmeausdehnungen,
insbesondere der Primärschleife des Stromwandlers, werden so aufgefangen, daß keine
Spalte in der Isolation entstehen können und die galvanische Verbindung zwischen
den beiden Wandlern trotzdem gewährleistet ist.