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Einleiterstromwandler
| c grfindung betrifft einen Einleiterstromwandler mit einer |
| Sekundärwicklung zur Vermeidung von Induktionsänderungen in |
| seinem Eisenkern infolge eines durch einen in der Nähe be- |
| fi.ndlichein weiteren Stromleiter fließenden Stromes. |
| ES ist belc"innt, daß der Fehler eines Stromwandlers von der |
| Beerde , von der Nenn-Amperei-rindungszahl, von dem Produkt
aus |
| Eisenqkerschnitt und Eisenweglä.nge und von der Nennfrequenz |
| abhänsig ist. Diese Abhängigkeiten können bei vorgegebener |
| Dimensionierung eines Stromvrandlers durch eine Konstante k |
| ausgedrückt Werden, so daß sich der Fehler eines Stromwandlers |
durch folgende Gleichung darstellen läßt:
mit /u ist-die Permeabilität des gesamten magnetischen Flußweges - im allgemeinen
des Eisenweges - bezeichnet. Die Permeabilität /a des Eisens ist bekanntlich von
der Induktion B abhängig. Diese Abhängigkeit läßt sich mathematisch durch die Funktion
f (B) beschreiben, die den in der Fig.
1 gezeigten charakteristischen
Verlauf aufweist. Aus der Darstellung geht hervor, daß ein sogenannter Fehlergang
als Funktion des Primärstromes auftritt, wobei der Fehler bei Bruchteilen des Nennstromes
groß, bei zunehmendem Strom jedoch kleiner wird, da die Induktion mit dem Strom
zunimmt und damit zunächst die Berineabilität bis zu einem Maximum ansteigt; nach
Durchschreiten des Maximums nimmt der Fehler dann rasch zu.
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Die einer solchen Betrachtung zugrunde liegende Berechnung von Stromwandlerh
stimmt mit den sich tatsächlich zeigenden Fehlern nur dann überein, wenn nicht durch
besondere äußere Einflüsse, z.B. durch dichtes Vorbeiführen eines weiteren Stromleiters,
eine teilweise Übersättigung des Eisenkernes eintritt, wodurch
die
gesamte Bermeabilität des Eisenvreges in unzulässiger Weise herabgedrückt aird.
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In der Fig. 2 ist zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden
Problems als Beispiel ein Stromrandler mit Ringkern 1 dargestellt, der über den
ganzen Umfang toroidförmig mit einer Sekundän-ricklung 2 bewickelt und von dem Primärleiter
3 zentral durchsetzt ist. Wird dieser Stromwandler nur für sich betrachtet, dann
ergibt sich, daß die durch den Differenzstrom von J2 - J1 = J0 - J1 ist der Primär-
und J2 der Sekundärstrom - verursachte Feldstärke je Längeneinheit des Ringkernes
1 konstant ist. Die tatsächlichen Wandlerfehler entsprechen den vorausberechneten
Fehlern.
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Wird, wie in der Fig. 2 auch dargestellt ist, am Stromwandler ein
weiterer Stromleiter 4., z. B. ein Rückleiter, verhältnismäßig dicht vorbeigeführt,
wie dies in Drehstromanlagen stets der Fall ist, dann bewirkt die von dem weiteren
Stromleiter 4 im Ringkern 1 des Stromwandlers herrührende Feldstärke in der Kernteil,
der zwischen den Stromleitern 3 und 4 liegt, eine Induktionserhöhung und in dem
Kernteil deu Ringkernes 1, der in der Fig. 2 links von den beiden Stromleitern 3
und 4 liegt, eine Induktionsschwächung.
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In dem geschilderten Fall, in dem der weitere Stromleiter als Rückleiter
ausgebildet ist, tritt insbesondere bei Strom-
Wandlern für sehr
hohe Stromstärken (größer als 'I 000 A) eine große partielle Induktionserhöhung
bis in den Sättigungsbereich und damit eine sehr starke Abnahme der Permeabilität
/u ein, und die überstromziffer, die ein für .das Überstromverhalten des Stromwandlers
kennzeichnendes Maß ist, stimmt in keiner gleise mehr mit der Berechnung überein.
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Um partielle Induktionserhöhungen im Eisenkern von Stromwandlern zu
vermeiden, ist es beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 456 202 bekannt,
bei einem Unsymmetriestromwandler eine als Sekundärwicklung wirkende Schubwicklung
gu verwenden. Eine derartig ausgebildete Sekundärwicklung ist z.B in zwei oder auch
mehrere'feile gleicher Windungszahl aufgeteilt; die einzelnen Wicklungsteile sir.
parallelgeschaltet. Nachteilig ist dieser Wicklungsaufbau vor allem insofern, als
damit ein erheblicher Aufwand verbunden ist. Bei einem derartigen Aufbau einer Sekundärwicklung
müssen nämlich alle sekundären bticklungsteile eine der Übersetzung des Stromwandlers
entsprechende Windungszahl haben. Dies bedeutet, daß z. B. bei einem Stromwandler
zeit einem Übersetzungsverhältnis von 3 000/1 sekundärseitig nicht nur 3 000 Windungen,
sondern entsprechend der Anzahl der Wicklungsteile zweimal oder mehrmals 3 000 Windungen,
also 6 000, 9 000 oder bei q. Wicklungsteilen 12 000 Windungen gewickelt werden
müssen. Ein weiterer Nachteil des bekannten Sekundärwicklungsaufbaues
besteht
darin, daß infolge der zu dem Nutzstrom hinzukommenden Ausgleichsströme, auf deren
Entstehung bzw. Vorhandensein bekanntlich das die Induktion vergleichmäßigende Prinzip
beruht, eine erhebliche zusätzliche Erwärmung des sekundären Wicklungskupfers eintritt,
der man mit erhöhtem Kupferaufwand und somit mit weiterem wirtschaftlichen Aufwand
begegnen muß. Die Nachteile der bekannten Sekundärwicklung zur Vermeidung von partiellen
Induktionserhöhungen im Eisenkern lassen sich bei einem Einleiterstromwandler dadurch
vermeiden, daß gemäß der Erfindung die Sekundärwieklungsanordnung aus einer über
den Umfang des Eigenkernes derart ungleichmäßig verteilten Sekundärwicklung besteht,-daß
ihr Bereich mit dem pro Längeneinheit stärksten Amperebelag den Abschnittt des Eisenkernes
bedeckt, der infolge des den weiteren Stromleiter ungebenden PJiagnetfelded die
größte Induktion aufweist. Es ist zwar bei einem Einleiterstromwandler gemäß der
deutschen Patentschrift 976 446 bekannt, die Sekundärwicklung ungleichmäßig auf
einen Bandringkern so aufzuvrickeln,,daß der Kern mit der Wicklung eine exzentrische
Form^erhält und in eine entsprechend exzentrisch ausgebildete Wicklungsumhüllung
eingebaut werden kann, die ungleichmäßige Aufbringung der Sekundärwicklung auf den
Eisenkern dient bei diesem bekannten Stromwandler jedoch nicht dazu, um den Einfluß
von weiteren Stromleitern auf das fehlerverhalten auszuschalten, sondern
ist
aus rein konstruktiven Gründen gewählt worden, um in Schalt@nlagen,bei denen der
erforderliche Einbauraum nicht zur Verfügung steht, mit wenigen Typen von Stromwandlern
auszukommen: Die Sekundärwicklung ist bei dem bekannten Stromwandler daher nicht
im Hinblick auf einen weiteren Stromleiter derart auf dem Eisenkern aufgebracht,
daß ihr pro Längeneinheit stärkster Amperebelag den Bereich des Eisenkernes überdeckt,
der infolge des den weiteren Stromleiter umgebenden Magnetfeldes die größte Induktion
aufweist, sondern sie bedeckt mit ihrem pro Längeneinheit stärksten Kupferbelag
den Teil des Eisenkernes, der sich in Richtung ausreichender Einbauhöhe befindet.
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Die Anordnung und die Ausbildung der Sekundärwicklung ist beidem erfindungsgemäßen
Einleiterstronwandler abhängig von der Zage des weiteren Stromleiters bezüglich
des Stromwandlers sowie von der Richtung des Stromes im weiteren Stromleiter in
bezug auf den Strom im Primärleiter des Stromwandlers. Stimmt die Stromrichtung
des Stromes in dem weiteren Stromleiter mit-der des Stromes-durch den Primärleiter
des Einleiterstromwandlers überein, dann ergeben sich andere Verhältnisse, als in
dem Falle, in dem der weitere Stromleiter als Rückleiter dient. Im letzteren Falle
ist nämlich aufgrund der sich ergebenden Induktionsverhältnisse im Eisenkern des
Einleiterstromwandlers die Sekundäri-ricklung derart auf dem Eisenkern anzuordnen,
daß ihr Bereich mit dem pro Längeneinheit stärksten Amperebelag dem Rückleiter zugewendet
ist, 4
da - wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist - in diesem
falle durch das Nagnetfeld@I; des als Rückleiter ausgebildeten weiteren Stromleiters
4 in dem dem weiteren Stromleiter 4 zugewendeten Bereich des Eisenkernes 1 eine
Induktionserhöhung eintritt; in der dem weiteren Stromleiter 4 abgewendeten Hälfte
des Eisenkernes tritt eine Induktionsschwächung ein.
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Handelt es sich dagegen bei dem weiteren Stromleiter 4 um einen Leiter.
der von einem in gleicher Richtung wie der in dem Primärleiter 3 des Einleiterstromwandlers
fließenden Strom durchflossen ist, dann ergeben sich andere Induktionsverhältnisse
im Eisenkern 1 des Einleiterstromwandlers. Es tritt dann eine Induktionserhöhung
in dem von dem weiteren Stromleiter 4 abgewendeten Bereich des Eisenkernes auf,
so daß die Sekundärwicklung in diesem Falle mit ihrem pro Längeneinheit stärksten
Amperebelag den von dem vreiteren Stromleiter 4 abgewendeten Teil des Eisenkernes
1 bedecken muß, wenn Sättigungserscheinungen im Eisenkern 1 vermieden werden sollen.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, trenn die Stärke des Amperebelages
der Sekundärwicklung annähernd proportional mit der Verringerung des Magnetfeldes
abnimmt, das von dem den weiteren Stromleiter, z. B. einen Rückleiter, durchfließenden
Strom hervorgerufen ist. Ist der Einleiterstromwandler mit einem Ringkern ausgerüstet,
dann ist die Sekundärwicklung zweckmäßigerweise auf dem Eisenkern verschiebbar
angeordnet.
Bei einer derartigen Ausbildung der Sekundärwicklung läßt sich nämlich die Sekundärwicklung
in einfacher Weise .entsprechend der jeweiligen Tage des weiteren Stromleiters auf
dem Eisenkern des Einleiterstrornwandlers verschieben und damit in einfacher Weise
eine Anpassung an die jeweils gegebenen Verhältnisse vornehmen.
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Das gleiche kann auch dadurch erreicht werden, daß der Eisenkern zusammen
mit der Sekundärwicklung um den Leiter drehbar angeordnet ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Fig. ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Einleiterstromwandlers dargestellt. Der Einleiterstromwandler
weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Ringkern 5 auf, der von einem
Primärleiter 6 zentrisch durchsetzt ist. Auf den Ringkern 5 ist ungleichmäßig eine
Sekundärwicklung 7 aufgebracht und zwar derart, daß ihr Bereich 8 mit dem pro Längeneinheit
stärksten Amperebelag den Bereich des Ringkernes 5 überdeckt, der einem weiteren
Stromleiter 9, der als Rückleiter dient, zugewendet ist. An die Sekundärwicklung
7 ist in bekannter Weise an den Klemmen 1 und k. eine Bürde 10 angeschlossen.
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Wird der erfindungsgemäße Einleiterstromwandler von einem durch den
Primärleiter 6 fließenden Strom J1 erregt, dann bildet sich im Ringkern 5
ein htagnetfluß G1 aus, dem die von dem Sekundärstrom J2 hervorgerufenen Gegenamperewindungen
entgegenwirken.
Es ergibt sich ein resultierender Ma,gnetfluß bestimmter Größe im Eisenkern 5. Dieser
resultierende Magnetfluß liegt im allgemeinen unter der Sättigungsgrenze des jeweils
verwendeten Eisenkernes.
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Dieoe Verhältnisse werden durch das Magnetfeld eines Stromes J' ge.:ndert,
das einen weiteren Yiagnetfluß im Eisenkern 5 des Einleiterstromwandlers hervorruft.
Handelt es sich bei dem Strom J'' um den rückfließenden Strom, dann bewirkt das
Magnetfeld des rückfließenden Stromes J'1 in dem dem weiteren Stromleiter 9 zugewendeten
Bereich 8 des Ringkernes 5 eine Induktionserhöhung, die die Größe der Sättigungsinduktion
annehmen kann. Eine derartig hohe Induktion ist gemäß der Erfindung durch gesteigerte
Gegenamperewindungen vermieden, indem dafür gesorgt ist, daß eine hohe Gegenamperewindungszahl
gerade in dem Bereich 8 des Eisenkernes 5 erzeugt ist, in dem sich aufgrund des
Einflusses des weiteren Stromleiters 9 eine hohe Induktion einstellen möchte.
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Zusammenfassend läßt sich daher feststellen, daß gemäß der Erfindung
bei einem Einleiterstromwandler allein durch eine Sekundärwicklung mit über dem
Umfang des Eisenkernes ungleichmäßig verteiltem Amperebelag und durch entsprechende
Anordnung des Bereiches der Sekundärivieklung mit dem pro Längencinhoit stärksten
Amperebelag auf dem Eisenkern Sättigungserscheinungen im Eisenkern durch einen Strom
in einem treiteren Stromleiter vermieden sind. Auf Schubwicklungen mit den damit
verbundenen
Nachteilen kann damit verzichtet werden. Durch die Erfindung ist demzufolge ein
durch weitere Stromleiter nicht beeinflußbarer Einleiterstromwandler gewonnen, der
in wirtschaftlich vorteilhafter Weise hergestellt werden kann.