Stromwandler, insbesondere für Hochspannung Die insbesondere zur Messung
großer Ströme häufig verwendeten Hochspannungs-Stromwandler mit einem die Sekundärwicklung
tragenden ringförmigen Eisenkern und einer diesen durchsetzenden U-förmigen Primärwicklung
werden meist in einem isoliermittelgefüllten Isoliermantel, z.B. einem hohlen Porzellanstützisolator,
mit metallischem geerdeten Fundament und metallischer, auf Hochspannungspotential
befindlicher Abschlußhaube untergebracht. In Fig. 1 ist schematisch der prinzipielle
Aufbau eines solchen Stromwandlers dargestellt, wobei der Isoliermantel 11 und der
sekundärbewickelte ringförmige Eisenkern 12 mit seiner Isolierbandage 13 längsgeschnitten,
die U-förmige Primärwicklung 14 mit ihrer Isolierbandage 15 in Ansicht dargestellt
sind. Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Isoliermantel 11 und den bandagierten
Eisenkern. 12, sowie eine Aufsicht auf die bandagierte Primärwicklung 14. Wie man
sieht, ist ein beträchtlicher Teil des Innenraumes des Isoliermantels nicht durch
die aktiven Wandlerteile, sondern durch das Isoliermittel ausgefüllt. Durch eine
Verringerung des Durchmessers des Isoliermantels und auch der Isoliermittelmenge
ließen sich die Kosten eines solchen Stromwandlers beträchtlich erniedrigen, da
insbesondere der Anteil des Isoliermantels an den Gesamtkosten sehr hoch ist. Durch
eine an sich bekannte Ausbildung sowohl des bandagierten Eisenkernes 12 als auch
der bandagierten Primärwicklung 14 mit ellipsenähnlichem Querschnitt, wie sie in
Fig. 3 schematisch dargestellt ist, läßt sich eine Verringerung des Isoliermanteldurchmessers
nicht erreichen. Zwar passen sich
die Außenkonturen der aktiven
Wandlerteile besser an den Verlauf der Isoliermantelwandung an als bei kreisrundem-Querschnitt
von Eisenkern und Primärwicklung gemäß Fig. 1 und 2,
müssen der Durchmesser des Eisenkernes und der Abstand der beiden Schenkel des U-förmigen
Primärwickels entsprechend größer ausgeführt sein. Die Erfindung betrifft einen
Stromwandler, insbesondere für Hochspannung, mit einem aus dem sekundärbewickelten
geschlossenen Eisenkern bestehenden ringförmigen bandagierten Wickelkörper und einem
das Kernfenster durchsetzenden, von der Primärwicklung gebildeten U-förmigen bandagierten
Wickelkörper und zeigt einen Weg, wie sich eine wesentliche Verringerung des Isoliermanteldurchmessers
und damit eine beträchtliche Erniedrigung der Kosten eines solchen Stromwandlers
erzielen läßt. Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht,- daß mindestens
einer von diesen beiden Wickelkörpern im Querschnitt die Gestalt einer sich hinsichtlich
des Verlaufes ihrer Hauptachse derart ändernden Ellipse (oder ellipsenähnlichen
Rechteckes) aufweist, daß die Hauptachse der Ellipse des Querschnittes an der Stelle
des Wickelkörpers, an welcher er zwischen den ihn umfassenden Teilen des anderen
Wickelkörpers liegt, parallel zu den hängsmittelachsen der beiden Schenkel des U-förmigen
Wickelkörpers verläuft, während die Hauptachse der Ellipse des Querschnittes an
den Stellen, die zu beiden Seiten des von ihm umfaßten Teiles des anderen Wickelkörpers
liegen, parallel zu diesem Teil verläuft. Wenn vorstehend und im folgenden von einem
Querschnitt in Gestalt einer "Ellipse" und von deren "Hauptachse" gesprochen wird,
so ist damit im Rahmen der Erfindung nicht nur ein Querschnitt
in
Gestalt einer Ellipse im rein mathematischen Sinne gemeint, sondern allgemein eine
einer Ellipse ähnliche Querschnittsform, die in der einen Richtung eine größere
Achse ("Hauptachse") als in der anderen senkrecht dazu stehenden Richtung aufweist.
In den Fig. 4a, 4b und 4c ist - wieder nur schematisch - im Querschnitt und in zwei
ein AusfUhrungsbeispiel für einen Stromwandler gemäß der Erfindung dargestellt;
und zwar ist hier nur der aus dem sekundärbewickelten Eisenkern bestehende ringförmige
Wickelkörper nach der Zehre der Erfindung ausgebildet. Der sekundärbewickelte Eisenkern
ist mit 16, seine Isolierbandage mit 17, die U-förmige Primärwicklung mit 18, ihre
Isolierbandage mit 19 und der Isoliermantel mit 20 bezeichnet. Der bandagierte Eisenkern
16 mit.seiner Bandage 17 hat im Querschnitt etwa die Gestalt einer Ellipse und ist
so ausgebildet, daß die Hauptachse dieser Ellipse an der Stelle 21, an der der Eisenkern
zwischen den ihn umfassenden Schenkeln 19a und b des U-förmigen Primärwickelkörpers
18; 19 liegt und an der diametral gegenüberliegenden Stelle 22 parallel zu den Längsmittelachsen
der beiden Schenkel 19a und b des U-förmigen Wickelhörpers verläuft. An den Stellen
23 und 24 des bandagierten Eisenkernes 16, 17, die zu beiden Seiten des von ihm
umfaßten gebognen Teiles 19c des U-förmigen Wickelkörpers 18, 19 liegen, verläuft
die Hauptachse der Ellipse seines Querschnittes parallel zu diesem Teil 19c des
U-förmigen Wickelkörpers 18, 19, also bei der gezeichneten Anordnung der Wandlerteile
horizontal, und zwar in zur Mittelebene des Eisenkernes senkrechter Richtung. Bei
dem weiteren, in den Fig. 5a, 5b und 5c schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
sind beide Wickelkörper, also
auch der von der Primärwicklung und
ihrer Bandage gebildete U-förmige Wickelkörper nach der Zehre der Erfindung ausgebildet.
Die Primärwicklung ist hier mit 25, ihre Bandage mit 26 bezeichnet. Der bandagierte
Eisenkern 16, 17 ist genauso ausgebildet wie an Hand der Fig. 4a, b und c beschrieben
ist. Die mit 21, 22, 23 und 24 bezeichneten Stellen entsprechen den in Fig. 4a,
b und c mit den gleichen Bezugsziffern bezeichneten Stellen. Der U-förmige Wickelkörper
25, 26 hat in diesem Ausführungsbeispiel also auch im Querschnitt etwa die Gestalt
einer Ellipse und ist so ausgebildet, daß die Hauptachse der Ellipse seines Querschnittes
an der Stelle 27, an der er zwischen den ihn umfassenden Teilen des anderen Wickelkörpers
16, 17 liegt, parallel zu den Längsmittelachsen der beiden Schenkel 26a, 26b des
U-förmigen Wickelkörpers verläuft, also bei der gezeichneten Anordnung der Wandlerteile
in senkrechter Richtung. Im Bereich der beiden Schenkel 26a, 26b,.die zu beiden
Seiten des vom U-förmigen Wickelkörper umfaßten Teiles (bei 21) des anderen Wickelkörpers
16, 17 liegen, verläuft die Hauptachse der Ellipse seines Querschnittes parallel
zu dem betreffenden Teil des Wickelkörpers 16, 17 (bei 21), d.h. also horizontal,
und zwar in zur Mittelebene des Eisenkernes senkrechter Richtung. Ein Vergleich
der Fig. 4a und 5a mit den Fig. 2 und 3 läßt unschwer erkennen, daß schon allein
bei Ausbildung des einen Wickelkörpers nach der Zehre der Erfindung der Durchmesser
des Isoliermantels - in allen Fällen gleich große Querschnittsbemessung der aktiven
Wandlerteile vorausgesetzt - wesentlich kleiner als bei den bekannten Anordnungen
wird, und welch beträchtliche Durchmesserverringerung erzielbar ist, wenn beide
Wickelkörper gemäß der Zehre der Erfindung ausgebildet werden.
Es
ist daher ohne weiteres klar, daß durch die Erfindung die Kosten eines Stromwandlers
mit U-förmigem Primärwickel erheblich verringert werden können. Eine Kostenersparnis
ergibt sich auch dann, wenn der Stromwandler nicht in Isoliermantelbauweise, sondern
in Topfbauweise, d.h. mit einem die aktiven Teile enthaltenden Metalltopf und daraufgesetztem
Durchführungsisolator ausgeführt ist, weil hier bei Anwendung der Erfindung wenigstens
die benötigte Isoliermittelmenge entsprechend geringer wird. In den beiden Ausführungsbeispielen
der Erfindung nach den Fig. 4 und 5 besteht die Primärwicklung nur aus einem rohrförmigen
Leiter 18 (oder Rundstab 18) bzw. aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Flachleiter
25, welcher das Kernfenster nur einmal durchsetzt. Wie an sich bekannt, kann die
Primärwicklung auch aus einem Rohr 18 und einem oder mehreren in dem Rohr isoliert
untergebrachten U-förmigen Leitern bestehen, die entweder durch oberhalb des U-förmigen
Wickelkörpers vorgesehene Verbindungsstücke in Reihe geschaltet oder zu einer oberhalb
der aktiven Wandlerteile befindlichen Umschalteinrichtung geführt sind und durch
diese wahlweise in Reihe, parallel oder serienparallel geschaltet werden können.
Eine entsprechende Anordnung ist auch möglich, wenn der Flachleiter 25 (siehe Fig.
5) in an sich bekannter Weise von mehreren gegeneinander isolierten U-förmig gebogenen
Einzelleitern gebildet wird, die durch Verbindungsstücke in Reihe geschaltet sind
oder zu der Umschalteinrichtung geführt werden. Auf diese Weise können gemäß der
Erfindung ausgebildete Stromwandler auch als Wickelwandler ausgeführt werden, die
gegebenenfalls primärseitig im Verhältnis 1:2 oder 1:2:4 umschaltbar sind.
An
Hand der Fig. 6 (a, b, c und d) soll nun erläutert werden, wie man auf einfache
Art und Weise dem Eisenkern und der Primärwicklung des Stromwandlers die aus den
Pig. 4 und 5 ersichtliche Form geben kann.. In perspektivischer Darstellung zeigt
die Fig. 6a einen Schnitt durch den Eisenkern 16 entsprechend dem in den Fig. 4b
und 5b dargestellten Schnitt, die Fig. 6b die weggeschnittene Hälfte des Eisenkernes
in entsprechender Ansicht. Der Eisenkern besteht aus mehreren, beispielsweise drei
getrennten, vorzugsweise aus Band gewickelten Kernteilen 16a, 16b und 16c, die derart
unterschiedliche Fensteröffnungen aufweisen und so angeordnet sind, daß in dem Bereich
der von dem U-förmigen Wickelkörper umfaßten Stelle und an der diametral gegenüberliegenden
Stelle - wie in Fig.
4 und 5 mit 21 bzw. 22 bezeichnet - die Kernteile übereinander liegen,
während sie an der mit 23 bezeichneten Stelle und der dieser diametral gegenüberliegenden
Stelle 24 nebeneinander liegen. Die Kernteile 16a, b und c haben, falls sie annähernd
kreisförmig ausgebildet sind, zwischen den mit 23 und 24 bezeichneten Stellen annähernd
den gleichen Durchmesser, nicht aber zwischen den Stellen 21 und 22; hier ist der
Durchmesser des Kernteiles 16a kleiner als der des Kernteiles 16b und dessen Durchmesser
wieder kleiner als der des Kernteiles 16e.
In vielen Fällen wird es sich empfehlen,
wie in Fig. 6a und b auch angenommen ist, den einzelnen Kernteilen eine ovale Gestalt
zu geben, so daß sie an den mit 23 und 24 bezeichneten Stellen eine gewisse Strecke
geradlinig verlaufen und demgemäß der ringförmige Wickelkörper eine ovale Gestalt
erhält. Bei dem Zusammensetzen des Eisenkernes geht man zweckmäßig in der Weise
vor, daß zunächst auf den kleinsten Kernteil 16a der Kernteil 16b, um 90o verdreht,
aufgeschoben und dann in , die in Pig. 6 gezeichnete Lage gedreht wird. Entsprechend
wird dann der dritte Kernteil 16o aufgebracht.
Handelt es sich um
einen Stromwandler mit nur einem einzigen Eisenkern, so wird auf den aus den Teilen
16a, b und c bestehenden Kern die Sekundärwicklung und darauf die Isolierbandage
aufgebracht, die in Fig. 6 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt ist. Bei
sogenannten Mehrkernstromwandlern, d.h. Stromwandlern mit mehreren je eine Sekundärwicklung
tragenden Eisenkernen (Meßkern, Relaiskern usw.) wird man z.B. jeden der Einzelkerne
16a, b und c mit einer Sekundärwicklung versehen und diese sekundärbewickelten Kerne
in der an Hand der Fig. 6a und b beschriebenen Art und Weise zu dem Wickelkörper
zusammensetzen, der in den Fig. 4 und 5 mit 16, 17 bezeichnet ist. Die Pig. 6c zeigt
in perspektivischer Darstellung einen Schnitt durch die Primärwicklung 25 entsprechend
dem in Fig. 5c dargestellten Schnitt, und zwar so, daß man erkennen kann, wie die
Primärwicklung räumlich zu dem in Fig.@6a und b dargestellten Eisenkern liegt. In
Fig. 6d ist die weggeschnittene Hälfte der Primärwicklung 25 in. entsprechender
Ansicht perspektivisch dargestellt. Die beiden nach oben gehenden Schenkel des U
sind in diesen Figuren abgeschnitten. Die Primärwicklung besteht bei-. spielsweise
aus drei im Querschnitt etwa quadratischen Leitern 25a, 25b und 25e. Diese
sind schraubenartig verwunden, so daß sie im Bereich des Fensters des Eisenkernes
16 übereinander, dagegen an der Stelle 21 zu beiden Seiten des Eisenkernes und weiter
in den beiden Schenkeln des U-förmigen Primärwickelkörpers in jeweils entgegengesetzter
Reihenfolge nebeneinander verlaufen. Die Isolierbandage ist der besseren Übersicht
wegen in den Fig. 6c und d nicht dargestellt. Handelt es sich um einen Einleiterwandler,
so können die einzelnen Leiter 25a, b und c unisoliert aneinanderliegen, da sie
gemeinsam den das Kernfenster nur einmal durchsetzenden U-förmigen Primärleiter
bilden. Man kann sie aber auch gegenseitig isolieren und in
Reihe
schalten oder ihre Enden zu einer Umschaltvorrichtung führen, wenn es sich um einen
gegebenenfalls primärseitig umschaltbaren Wickelstromwandler handelt. Nachdem der
sekundärbewickelte Eisenkern 16 mit der erforderlichen Isolierbandage 17 versehen
worden ist, kann der ebenfalls vorher mit seiner Isolierbandage 26 versehene Primärwickel
25 in das Kernfenster unter sozusagen schraubenartiger Verdrehung eingeführt und
in seine richtige Zage zum Wickelkörper 16, 17 gebracht-werden. In der Fig. 7 ist
noch eine andere Ausführungsmöglichkeit für die Gestaltung des Eisenkernes 16 schematisch
dargestellt.`Und zwar zeigt Fig. 7a einen Längsschnitt, Fig. 7b eine Seitenansicht
und Fig. 7c eine Ansicht von oben her. Der Eisenkern besteht hier aus drei etwa
ringförmigen Kernteilen 16d, 16e und 16f, die derart unterschiedlich große Fensteröffnungen
haben und so angeordnet sind, daß sie nur in dem Bereich 21 (siehe Fig. 4 und 5),
also an der von der U-förmigen Primärwicklung umfaßten Stelle des Eisenkernes übereinander,
in den Bereichen 23, 24 und auch 22 dagegen nebeneinander liegen. Wenn die Einzelkerne
aus aufeinandergeschichteten etwa ringförmigen Blechen hergestellt werden, lassen
sie sich verhältnismäßig leicht in die aus der Fig. 7 ersichtliche Form bringen,
indem der obere Teil des die größte Öffnung aufweisenden Kernteiles 16f und der
obere Teil des die nächatkleinere Öffnung aufweisenden Kernteiles 16d in die Ebene
des die kleinste Öffnung aufweisenden Kernteiles 16e gebogen werden, wie dies besonders
deutlich aus der Fig. 7c zu ersehen ist. Diese Gestaltung des Eisenkernes bringt
die gleichen Vorteile wie die aus den Fig. 4, 5 und 6 ersichtliche Ausbildung des
Eisenkernes, sowie den zusätzlichen Vorteil einer Verringerung auch der Bauhöhe
des Wandlers; allerdings ist sie komplizierter zu verwirklichen als die aus der
Fig. 6a, b ersichtliche Gestaltung des Eisenkernes..