DE1488333A1 - Wandler zur Gewinnung einer dem Primaerstrom proportionalen Messgroesse - Google Patents

Description

• Wandler zur Gewinnung einer dem Primärstrom proportionalen Meßgröße Die Erfindung betrifft einen Wandler zur Gewinnung einer dem Primärstrom proportionalen, vorzugsweise als Eingangssignal für elektronische Schutzschaltungendienenden Meßgröße. Dieser Wandler ist dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erregung des Wandlers dienende Primärleiter zu dem Eisenkern in einer Induktionsunterschiede in diesem hervorrufenden unsymmetrischen Zage angeordnet ist, und daß in der in an sich bekannter Weise aus hintereinander geschalteten, gegensinnig gewickelten Teilwicklunöen bestehenden Sekundärwicklung durch den in ihr wirksamen Induktionsunterschied eine elektromotorische Kraft induziert wird, die die dem Primärstrom proportionale Meßgröße darstellt.
• Wandler, bei denen der Primärleiter das Fenster des Eisenkernes unsymmetrisch durchsetzt, sind als Rohrstabwandler bekannt. Bei diesen Wandlern wird der Primärleiter nur aus wirtschaftlichen Gründen unsymmetrisch angeordnet, da man mit einer möglichst kleinen Anzahl von verschiedenen Rohrstabwandler-Typen auch in den ll'ällen auskommen möchte, in denen in einer Richtung der erforderliche Einbauplatz für den Rohrstabwandler nicht zur Verfügung steht.
• Es ist auch ein Stromwandler zum Anschluß von Überwachungs- und Steuerungsorganen an Hochstromleitungen mit einer primären Leiterschleife bekannt, deren einer heiter konzentrisch zu dem die Sekundärwicklung tragenden Eisenkern angeordnet ist. Der Eisenkern, der einen Öffnungswinkel aufweist, ist verstellbar zum Kraftlinienfeld der Leiterschleife gelagert, so daß durch Drehung.des Kernes samt Sekundärwicklung in einfacher Weise die Sekundärgröße eingeregelt werden kann. Bei einer mehr oder weniger großen Drehung des Eisenkernes in die vom Primärstrom durchflossene Leiterschleife treten Induk= tionsunterschiede im Eisenkern auf, die sich jedoch nur insofern bemerkbar machen, als sie den der Sekundärgröße proportionalen Wert des Linienintegrals über die Induktionen längs des Eisenkernes verändern. Bei dem bekannten Stromwandler wird also die Sekundärgröße durch die von der Leiterschleife im Eisenkern erzeugten Induktionen hervorgerufen, während bei dem erfindungsgemäßen Wandler die durch den unsymmetrisch angeordneten Primärleiter im Eisenkern entstehenden Induktionsunterschiede die dem Primärstrom proportionale Meßgröße erzeugen. Da diese Induktionsunterschiede auch bei sehr hohen Primärströmen, beispielsweise bei etwa hundert- oder tausendfachem Nennstrom noch proportional mit dem Primärstrom ansteigen, ist die aus den Induktionsunterschieden erzeugte Sekundärgröße dem Primärstrom in einem außerordentlich weiten Bereich proportional. Der erfindungsgemäße 'Tandler ist daher außerordentlich gut zur Speisung elektronischer Schutzschaltunäen geeignet.
• Ferner ist es im Stromwandlerbau bekannt, die Sekundärwicklung in Form einer sogenannten Sektorenwicklung auf den Kern aufzubringen. Die aus mindestens zwei in der Windungszahl und im Wickel gleichen Teilen bestehende Wicklung ist durch ihre räumliche Anordnung auf dem Kern in der Lage, Ausgleichströme zu führen, welche ihre Ursache in der ungleichmäßigen Beaufschlagune des Eisenweges mit primären und sekundären Amperewindungen bei Wickel- und Stabstromwandlern oder in den Induktionswirkungen von den Stromwandler benachbarten stromührenden Leitern haben. Diese Ausöleichströme mindern die'nerativen Auswirkungen obiger Zustände auf das Fehlerverhalten des Stromwandlers und sind. in der Vergangenheit auch immer nur unter diesem Blickwinkel betrachtet worden. Gemäß der Erfindung lassen sich diese Effekte zur Gewinnung einer dem Primärstrom proportionalen Meßgröße ausnutzen, wenn die bisher als störend empfundenen Primärleiteranordnungen bewußt angestrebt werden.
• Hierbei kann der in unsymmetrischer Lage zu dem Eisenkern angeordnete Primärleiter das Fenster des Eisenkernes durchsetzen; er kann aber auch außerhalb des Eisenkernes angeordnet sein.

  Geri#:ii der crc.%iteren Erfindung ist die gleichzeitige Gewinnung

  voll z@rei Meßgrößen dadurch möglich, daß an die Sekundär-

  wicklung des Stromvrandlers ein Differenzwandler angeschlos-

  seil ist, an dessen Sekundärwicklung die Neßgröße abgenommen

  werden kann, und daß an den Mittelanzapfungen der Primär-

  vicklung des Differenzwandlers und der Sekundärwicklung den

  Stronvandlers eine weitere Meßgröße vorhanden ist.

  ZNei Meßgrößen lausen sich gleichzeitig auch dadurch gewinnen,

  dci13 auf deLl Eisenkern eine weitere Sekundärwicklung vorge-

  selien ist, die eine weitere iießgröße.liefert. Zur Vermeidung

  von Hohen Induktionen bei liberströmen ist es vorteilhaft, an

  die weitere Sekundärvricklung einen SättigungsstromE;andler

  a"2uschl.ieflen.

  Zur- Sleichzeitigen Gewinnung zweier TZeßgrößen wird entvreder

  der Primärleiter innerhalb den Eisenkernes unsymmetrisch ange-

  ordzet oder en wird zu dem außerhalb des Eisenkernen angeorü-

  nefen Priiiiirleiter ein weiterer Primärleiter in symmetrischer

  Iage innerhalb des Eisenkernes vorgesehen:

  Ill der Pit;. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Stromvfandlerö

  geiaäß der Erfindung gezeigt. Auf den aus, zwei Teilen 1 und 2

  bestehenden Eisenkern ist die Sekundärvricklung aufgebracht,

  die aus den beiden hintereinander geschalteten, gegensinnig

  gewickelten Teilwicklungen 3 und 4. besteht. Der Primärleiter

  5, der das Kernfenster 6 durchsetzt, ist aus der symmetrischen

  Lage vorzug:iveise in einer senkrecht zu der Trennfläche 7

  der Kernteile 1 und 2 verlaufenden Richtung Verschoben. An

  die @:rideii ß und 9 der Sekundärwicklung ist der Differenz-

  wandler 10 angeschlossen, an dessen Sekundärklemmen 11 und

  12 üie des.i primäretroia proportionale Meßgröße auftritt; sie.

  beeinflußt die Bürde 13. Die Primärwicklung 14. des Differenz-

  Wandlers 10 besitzt eine Mittelanzapfung 15, an die eine zur

  Bürde 16 führende Anschlußleitung 17 angeschlossen ist. Die

  andere Ansciiltißleitung 16 für die Bürde 16 ist an die Mittel-

  anzapfung 19 der Sekundärcricklung angeschlossen.

  Die iii der fig. 1 -ge--eigte unsymmetrische Anordnung des Fri-

  rnirleiter; 5 innerhalb des Eisenkerne:- bewirkt, daß durch

  den Priiaärstroin Jp in dem dem Priinärleiter 5 naheliegenden

  Kernteil 2 eine höhere Induktion als in den entfernter lie-

  genden kernteil 1 auftritt. Auf Grund dieses Induktion:-

  unter:schiedec und infolge des gewählten hlic'clungsaufbaues

  fließt ein Strom Ja durch die Sekundärwicklung des Strom-

  Wandlers und die Primärwicklung 1 4. des vifferenzzrandler s 10,

  der an der Bürde 13 eine Meßgröße erzeugt. Außer dem Strom

  Ja fließt in der Sekundärwicklung der sich auf die TeilWich-

  lungen 3 und 4 aufteilende übliche Sekundäretrom Js, der

  infolge Yerwendung des Differenzwandlers 10 keine Wirkung

  in der Bürde 13 hervorruft, sondern nur in der Bürde 16 wirk-

  sam wird.

  Es ist also mittels des beschriebenen Stromwandlers, bei dem

  der 2rmärleiter 5 in unsymmetrischer Zage innerhalb des

  Eii@eiikernes angeordnet ist, möglich, aus einem Primärstrom

  Jj) neben dem üblichen Sekundärstrom Js, der infolge von

  Süttigungserscheinungen im Eisenkern nur bis zu höchstens

  Zweifachen Nennstrom dem Primärstrom Jp proportional ist,

  eine ?teßgröße zu erzeugen, die in weiten Grenzen des Primär-

  stromes Jp - bis zu etwa 100- oder 1000fachem Nennstrom -

  diesen proportional ist und infolgedessen zur Speisung elek-

  fxoAischer Schutzgeräte außerordentlich gut geeignet ist.

  Man kann also gemäß der Erfindung ein der Primärstrom pro-

  portionales Signal für einen elektronischen Schutz gewinnen,

  ohne da'B ein besonderer Luftkern vorgescheii vrerden muß.

  Gegenüber den reinen Luftkern ist der magnetische Kreis des

  .so gebildeten Stromvrandlers schwach mit Eiach behäftet, vro-

  durch die Kopplung verbessert wird. Außerdem besitzt dieser

  maSnetleche Kreis eine höhere Induktivität, die seine Zeit-

  konstante vergrößert. Dadurch kommt man den Bedürfniszen der

  elektronischen Schutztechnik noch weiter entgegen.

  In der Pig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines

  Stroiauanü.lers gemäß der Erfindung dargestellt. Die mit der

  Anordnung nach Fig. 1 übereinstimmenden Teile dieses Aus-

  fÜhrungsbeispieles sind mit den gleichen Bezugsdeichen ver-

  .rehen worden. In der vorliegenden Ausführung des erfindungs-

  ge>eä,Ben Stromwandlers ist der Primärleiter 20 außerhalb des

  Eisenkernes angeordnet. Infolge seines unterschiedlichen Ab-

  standes zu den Kernteilen 1 und 2 treten in diesen unter-

  3ehiedlich hohe Induktionen auf, wodurch in Verbindung mit

  dem gewählten Wicklungsaufbau, ähnlich wie bei der oben be-

  schariebenen Ausführung, ein Strom Ja in der Sekundärwicklung

  erzeugt wird. va die Sekundärwicklung nur von dem durch die

  Induktionsunterschiede im Eisenkerze hervorgerufenen Strom Ja

  durchflossen wird, kann die Bürde 13 direkt an die Enden 8

  uM 9 der Sekundärwicklung gelegt Werden. Nil gewinnt auf

  diese Weise einen mit einem Eiaeiu,ern ausgeriiste-tcii Strom-

  Wandler, bei dem vriederum in weiten Bereichen des Primär-

  strones eine diesem proportionale Meßgröße gewonnen werücn

  kanin, die vor2ugsueise zur Speisung elektronischer Schutz-

  geräte Verwendet werden kann.

  EIH gen#iS sler weiteren Erfiiläung aufgebauter Stromwandler,

  der die gleichzeitige Gewinnung von zwei Meßgrößen gestattet,

  ist In der fi8. 3 dargestellt. Zusätzlich Zu dem außerhalb

  des Eisexkernes angeordneten Primärleiter 21 ist ein weiterer

  Prixiärleiter 22 vorhanden, der symmetrisch zu deal Eisenkern

  ongeordilet ist. Durch einen den Primärleiter 21 durchfließen-

  den Strom Jz werden Induktionsunterschiede in den Kernteilen

  'I und 2 hervorgerufen. Auf Grund dieser Induktionsunter-

  schiede und infolge des gewählten Wicklungsaufbaues wird ein

  Strom Ja durch die Sekundärwicklung des Stromwandlers und die

  Primärwicklung 1 4 des Differenzvrandlero 10 getrieben, der an

  der Bürde 13 eine dem Primärstrom Jz in weiten Grenzen pro-

  portionale Meßgröße erzeugt. Der symmetrisch zu dem Eisen-

  kern afgeordne-te weitere Primärleiter 22 ruft auf Grund des

  ihn durchfließenden Primärstromers Jp den üblichen Sekundär-

  stroim Ja hervor, der infolge der Mittelanzapfung 15 der

  Primärwicklung 14 des Differen--wandlero 10 ohne Einfluß auf

  die Bürde 13 bleibt und an der Bürde 16 die weitere Meßgröße-

  erzeugt.

  Die in der Fig. 3 beschriebene Anordnung läßt sich gemäß

  Fig. 4, die einen Schnitt durch eine Stromvrandleranordnung

  zeigt, in vorteilhafter Weise für die Messung einen eine

  Sammelschiene 23 durchfließenden Stromes J_e und des von die-

  ser- Samelschiene über einen Abzweig 24 fließenden Stromes

  Jab verwenden. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Strome

  Wandlers ist jedoch nicht nur auf dieses beispicl beschränkt,

  sondern es lassen sich auch gleichzeitig zwei Ströme.messen,

  die verschiedenen Stromkreisen angehören.

  Im der Pig. 5 ist ein weiteres Auuführungsbeispiei eines

  Stromwandlern gezeigt, bei dem gemäß der weiteren Erfindung

  die gleichzeitige Gewinnung zweier bießgrößen möglich ist.

  Auf den aus den Kernteilen 1 und 2 bestehenden Eisenkern

  ist außer der aus den beiden hintereinander geschalteten,

  gegensinnig gewickelten Teilwicklungen 3 und 4 bestehenden

  Sekundbirwicklung eire weitere Sekundärwicklung 25 aufge-

  bracht ist, die aua einer durchgehenden Wicklung oder aus

  mehreren gleichsinnig ge<<rickelten und hintereinander ge-

  schalteten Teilwicklungen bestehen kann. Der Primärleiter

  26 ist unsymmetrisch innerhalb des Eisenkernes in der be-

  reits beschriebenen Art angeordnet.

  Ilird der Primärleiter 26 von einem Strom Jp durchflossen,

  dann werden infolge des unterschiedlichen Abstandeo des

  prinärleiters 26 von den Kernteilen 1 und 2 in diesen unter-

  schiedlicli holic Induktionen hervorgerufen, die auf Grund des

  gewählten Wicklungsaufbaues einen Strom Ja verursachen, deil

  nkr die Sekundärwicklung und die angeschlossene bürde 13

  clurcht ließt . Der übliche Sekundärstrom J ; fließt über die

  Wicklung 25 und erzeugt in der angesclilos *eilen bürde 16 eine

  dem Primärstrom Jp nur in begrenztem ;.laße proportionale,

  weitere Meßgröße.

  &s ist also bei der Verwendung von zwei Sekundärwicklungen

  inbglieh, auf den Differenzwandler zu verrichten, da 'die

  Sekundärwicklung nur von Strom Ja und die N-reitere Sekundär-

  wicklung nur vom üblichen Sekundärstrom Ja durchfloosen wird.

  Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strom-

  wandlers mit zwei Sekundärwicklungen zeigt die Fig. 6. Außer-

  halb des aus den Kernteilen 1 und 2 bestehenden Eisenkernes

  ist der Primärleiter 27 angeordnet, dessen Strom Jp in den

  Kernteilen 1 und 2 unterschiedlich holte Induktionen erzeugt.

  Durch die Induktionsunterschiede und infolge des gewählten

  Wicklungsaufbaues wird nur in der aus deal Teilwicklungen 3 .

  und 4 bestehenden Sekundärwicklung ein Strom Ja hervorgeru-

  fen, der an der Bürde 13 eine Meßgröße erzeugt, die in weiten

  Bereichen des Primärstromes Jp dieseri proportional ist. Der

  Veitere, das Kernfenster 6 durchsetzende Primärleiter 28

  Wird von dem Strom Jz durchfloosen, der in,dem Eisenkern eine

  gleichmäßige Induktion hervorruft. Dadurch wird in der wei-

  teren Sekundärwicklung 25 der übliche Sekundärstrom Ja er-

  zeugt, der am der Bürde 16 die weitere Neugröße liefert. .

  Diese weitere lieggrdge ist jedoch auf Grund der bekannten

  Sättigungseigensehaftezi des Stromvundlers nur in einem rela-

  tiv kleinen Bereich des Primärstromes diesem proportional.

  Uae beire Auftreten von großen Primäratrörien Jp hohe Induktio-

  nen im fiiseMern zu vermeiden, ist es vorteilhaft, vor die

  Bürde 16 gemäß Pig. ? einen Sättigungsstromwandler 29 zu

  schalten. Dieser Sättigungsstromwandler 29 iwt derart dimen-

  sioniert, daa er bei etwa zweifachem Nennstrom in die Sätti-

  gung gerät, Wodurch eine Verminderung der an den Enden 30

  und 31 dem Weiteren Sekundäz-wicklung 25 liegenden bürde 16

  und infolgedessen eine weitere Induktionserhöhung im Eisen-

  kern vermieden wird. Über die aua den Teilwicklungen 3 und 4

  bestehende Sekundärvicklung fließt aber nach vrie vor der deta

  frinzirstron Jp proportionale Strora Ja, so daß durch die Be-

  nutzung des Sättigungsstrormvandlero 29 eine Beeinflussung

  der an der Barde 13 erzeugten Meßgröße vermieden wird.

  Die Ausführung des erfindungegemäPen Stromvjandiers ist je-

  doch nicht nur auf Wandler mit gsochlosssnem Eisentcern be-

  schxgxigt, sondern en lassen eich zur- Erzeugung einer dem

  friidrstom in weiten Bereichen ?roportionalen gasgröße

  auch St:rdzrrandler yrl@ex@dexi@ d@rex@ieenkeru einen rußt-

  sytalt be@@.txt.

  Die AusSührung des Stroiarrandlers gemäß der Erfindung ist

  darüber hinaus nicht nur auf die Verwendung eines aus zwei

  oder mehreren kernteilen bestehenden Eisenkernes beschränkt,

  sondern sie läßt sich auch bei Stromwandlern mit ungeteiltem

  Eisenkern anwenden.

  Darüber hinaus kann die Sekundärwicklung in Abweichung von

  den i» den Figuren dargestellten .Ausführungsbeispielen auch

  aus mehr als zwei Teilwicklungen zusammengesetzt sein.

  Ferner ist es zur Erzeugung von Induktionsunterschieden im

  Eisenkern und zur Gewinnung einer den Primärstrom proportio-

  nalen Meßgröße nicht .erforderlich, den Briisärleiter in der

  In den Pigurezl gezeigten Weise unsymmetrisch anzuordnen;

  beispielsweise aus Platzgründen kann eine andere unsymme-

  trische Anordnung des Primärleiters vorteilhaft sein.

Claims (7)

1. Patentansprüche L i. Wandler zur Gewinnung einer dem Primärstrom proportionalen, vorzugsweise als Lingangssignal für elektronische Schutzschaltungen dienenden Meßgröße, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erregung des Wandlers dienende Primärleiter (z.B. Fig.1 ; 5 ) zu dem Eisenkern (z.B. Fig.1; 1,2) in einer Induktionsunterschiede in diesem hervorrufenden unsymmetrischen Zage angeordnet ist, und daß in der in an sich bekannter Weise aus hintereinander geschalteten, gegensinnig gewickelten Teilwicklungen (z.B. Fig.1; 3,4) bestehenden Sekundärwicklung durch den in ihr wirksamen Induktionsunterschied eine elektromotorische Kraft induziert wird, die die dem Primärstrom (z.B. Fig.1; Jp) . proportionale Meßgröße darstellt.
2. 2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärleiter (Fig.1; 5) in an sich bekannter Weise das Fenster (Fig.1; 6) des Eisenkernes (Fig.1; 1,2) durchsetzt.
3. 3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärleiter (Fig.2; 20), ohne den Eisenkern (Fig.2; 1,2) zu durchsetzen, außerhalb des Eisenkernes (Fig.2; 1,2) geführt ist.
4. 4. Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Primärleiter (Fig.3; 22) symmetrisch zu dem Eisenkern (Fig.3; 1,2) angeordnet ist.
5. 5. Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklung (z.B. Fig.3; 3,4) des Wandlers ein Differenzwandler (z.B. Fig.3; 10) angeschlossen ist, an dessen Sekundärwicklung die Meßgröße abgenommen werden kann, und daß an den Mittenanzapfungen (z.B. Fib.3; 15 bzw. 19) der Primärwicklung (z.D. Fig.3; 14) des Differenzwandlers (z.D. Fig.3; 10) und der Sekundärwicklung (z.B. Fig.3; 1,2) des Wandlers eine weitere Meßgröße vorhanden ist.
6. 6. Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (Fig.5; 1,2) eine weitere Sekundärwicklung (Pig.5; 25) trägt, die eine weitere Meßgröße liefert.
7. 7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an die weitere Sekundärwicklung (Fig.7; 25) ein Sättigungsstromwand.;-er (Fiü.7; 29) angeschlossen ist.