DE1766446C3 - Iron core system for a linearized current transformer - Google Patents

Iron core system for a linearized current transformer

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DE1766446C3 DE19681766446 DE1766446A DE1766446C3 DE 1766446 C3 DE1766446 C3 DE 1766446C3 DE 19681766446 DE19681766446 DE 19681766446 DE 1766446 A DE1766446 A DE 1766446A DE 1766446 C3 DE1766446 C3 DE 1766446C3
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    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20Instruments transformers
    • H01F38/22Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28Current transformers
    • H01F38/30Constructions

Description

Stromwandler in Hochspannungsnetzen für den Betrieb von Netzschutzeinrichtungen müssen über einen sehr großen Strombereich die Primärströme form- und phasengetreu auf die Sekundärseite übertragen. Die zum Ansprechen dieser Schutzeinrichtungen erforderlichen Leistungen müssen ausreichend zur Verfugung stehen. Die ständige Zunahme des elektrischen Energieverbrauches führt zu zunehmender Vermaschung der Versorgungsnetze, die auch entsprechend größere Kurzschlußleistungen aufweisen. Current transformers in high-voltage networks for the operation of network protection devices have to transmit the primary currents to the secondary side with accurate shape and phase over a very large current range. The power required to respond to these protective devices must be sufficiently available. The constant increase in electrical energy consumption leads to increasing meshing of the supply networks, which also have correspondingly greater short-circuit capacities.

Stromwandler, deren Eisenkerne in herkömmlicher Art aufgebaut sind, kommert insbesondere bei hohen Kurzschlußströmen mit überlagertem Gleichstromglied rasch in das Gebiet der Sättigung, so daß erhebliche Verzerrungen der Sekundärströme eintreten. Die notwendige verzerrungsfreie Übertragung des Primärstromes auf die Sekundärseite wenigstens für die Dauer weniger Halbperioden, während der dann die Schutzeinrichtungen ansprechen, erfordert besondere Maßnahmen. Aus diesem Grunde hat man im Eisenkern Luftspalte vorgesehen und damit die Wandlerzeitkonstante klein gestaltet. Dadurch ist eine Verkleinerung der durch das Gleichstromglied sonst verursachten Induktionserhöhung möglich bzw. wird der kritische Sättigungswert erst langsamer oder gar nicht erreicht, so daß die Schutzeinrichtungen mit Sicherheit betätigt werden können. Der Nachteil dieser sogenannten linearisierten Stromwandler be steht darin, daß durch die Verkleinerung ihrer Hauptinduktivität der Leerlaufstrom stark ansteigt ur;<j damit große Fehler im Nennstrombereich auftreten, die sie für die Speisung von Meß- und Sch ■.!/.einrichtungen in diesem Bereich ungeeignet machen.Current transformers, the iron cores of which are constructed in a conventional manner, come quickly into the area of saturation, particularly in the case of high short-circuit currents with a superimposed direct current element, so that considerable distortions of the secondary currents occur. The necessary, distortion-free transmission of the primary current to the secondary side, at least for the duration of a few half-periods, during which the protective devices then respond, requires special measures. For this reason, air gaps have been provided in the iron core and thus the converter time constant has been made small. As a result, the increase in induction otherwise caused by the direct current element can be reduced or the critical saturation value is only reached more slowly or not at all, so that the protective devices can be actuated with certainty. The disadvantage of these so-called linearized current transformers is that the no-load current rises sharply due to the reduction in their main inductance ; <j so that large errors occur in the nominal current range, which make them unsuitable for supplying measuring and switching devices in this range.

Es ist schon eine Schaltungsanordnung bekann'.. die die angegebenen Nachteile dadurch vermeidet. daß sie zwei aetrenr.te Stromwandler vorsieht. Dabei ist der eine Stromw.indierkern ohne Luftspalt ausgeführt und dem unteren Teil des Strombereiches zugeordnet, in dem er mit einem kleinen Fehler arbeitet. Für den oberen Teil des Stromberciches. in demA circuit arrangement is already known which thereby avoids the stated disadvantages. that it provides for two external current transformers. Included one of the current inductor core is designed without an air gap and assigned to the lower part of the current range, in which he works with a small mistake. For the upper part of the current area. by doing

ίο das normale Maanetmateria! in das Gebiet der Sättigung kommt, ist ein mii einem oder mehr-.-ren Luftspaften versehener Stromwandlerkern \orgesehen. ner im Cberstromgebict eine lineare Charakteristik aufweist. Die Umschaltung vom Stromwandler mit hoher Genauigkeit auf den linearisierten Stromwandler erfolgt bei einer bestimmten Größe des Primär-irotnes durch ein Relais. Nachteilig <m dieser bekannten Anordnung ist, daß zwei Stromwandler und ein zusätzliches Relais erforderlich sind.ίο the normal Maanetmateria! in the area of saturation comes is a with one or more air gaps provided current transformer core. ner in the overflow area a linear characteristic having. Switching from the current transformer to the linearized current transformer with high accuracy occurs at a certain size of the primary irotnes through a relay. The disadvantage of this known arrangement is that two current transformers and one additional Relays are required.

In dem älteren deutschen Patent 1 638 602 ist bereits ein Linearstromwandler — da.', sind Stromwandler mit einem Eisenkernsystem, lias einen mittels mindestens eines Luftspaltes gescherten Eisenkern enthält — vorgeschlagen worden. W\ dem neben dem oder den Luftspalti.-n des gescherten Eisenkernes Eisenstege mit im Vergleich zum gescherten Eisenkern erheblich geringerem Querschnitt angeordnet sind, so daß sich eine Parallelschaltung von magnetischen Widerständen unter Anhebung der Permeabilität des Eisenkernsvstems im Nennstrombereich über die Permeabilität des gescherten Eisenkernes ergibt. Durch die die Luftspalte überbrückenden Eiscnstcge wird bewirkt, daß bei kleinen Feldstärken der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis des EisenkemsWems weitgehend durch die Eisenstege bestimmt ist, so daß sich, wie erwähnt, eine Anhebung der Permeabilität des Eisenkernsystenis im Nennstrombereich über die Permeabilität des gescherten Eisenkernes ergibt: bei größeren Feldstärken. die bei verlagerten Kt /schlußströmen auftreten, sind nur die Luftspalt^ wirksam, so daß bei Kurzschlußströmen in gewünschter Weise die Permeabilität des gescherten Eisenkernes allein zum Tragen kommt.In the older German patent 1 638 602 a linear current transformer - there. '', Current transformers with an iron core system, including an iron core sheared by means of at least one air gap - have been proposed. W \ dem, next to the air gap (s) of the sheared iron core, iron bars with a considerably smaller cross-section than the sheared iron core are arranged, so that a parallel connection of magnetic resistances results in increasing the permeability of the iron core system in the nominal current range above the permeability of the sheared iron core . The effect of the ice sections bridging the air gaps is that, at low field strengths, the magnetic resistance in the magnetic circuit of the iron core is largely determined by the iron webs, so that, as mentioned, the permeability of the iron core system is increased in the nominal current range above the permeability of the sheared iron core : at greater field strengths. which occur with displaced Kt / short-circuit currents, only the air gap ^ is effective, so that in the case of short-circuit currents, the permeability of the sheared iron core alone comes into play in the desired manner.

Die Erfindung geht von einem Eisenkernsystem für ^ inen Linearstromwandler gemäß diesem älteren deutschen Patent aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Querschnitte des bzw. der gescherten Eisenkcm- teile und des bzw. der die Luftspalte überbrücket. Jen Eisenstege so zu bemessen, daß die Forderung — kleiner Fehler im stationären Betrieb und lineare Charakteristik im Überstromgebiet — optimal erfüllt wird. Gleichzeitig sollen die die Luftspalte überbrükkenden Eisenstege /ur Halterung der mittels der Luftspalte gescherten Eisenkernteile dienen.The invention is based on an iron core system for a linear current transformer according to this earlier German patent. It is based on the task of the cross-sections of the sheared iron part or parts and of the one or which bridges the air gap. Jen Eisenstege to be dimensioned in such a way that the requirement - small errors in stationary operation and linear characteristics in the overcurrent area - is optimally met. At the same time, the iron webs bridging the air gaps should serve to hold the iron core parts sheared by means of the air gaps.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der mittels Luftspalte gescherte Kernteil ein aus Band gewickelter und in Segmente unterteilter Wickelkörper ist, dessen Segmente von einem außerhalb und/oder innerhalb der Segmente befindlichen geschlossenen Eisenring gehaltert sind, wobei der Querschnitt des bzw. der geschlossenen Eisenringe und der Querschnitt des mittels Luftspalte gescherten Kernteiles so bemessen ist, daß das Verhält- nis dieser Querschnitte etwa 1 : 100 bis 200 beträgt. Die Erfindung zeichnet sich nicht nur durch eine optimale Lösung der vorstehend erwähnten komplexen Aufgabe aus, sondern auch dadurch, daß man This object is achieved according to the invention in that the core part sheared by means of air gaps is a winding body wound from tape and divided into segments, the segments of which are held by a closed iron ring located outside and / or inside the segments, the cross section of the closed iron rings and the cross-section of the core part sheared by means of air gaps is dimensioned such that the ratio of these cross-sections is approximately 1: 100 to 200. The invention is not only characterized by an optimal solution to the complex problem mentioned above, but also by the fact that

durch die angeführte Zuoidnung der geschlossenen Eisenringe zu den durch Luftspalte gescherten Eiscnkernteilen ohne größeren Montageaufwand genau definierte magnetische Verhältnisse erhält, die ;:üch bei hohen Betriebsbelastungen keinerlei Veränderungen unterliegen.by the mentioned allocation of the closed Iron rings to the ice core parts sheared by air gaps without any major installation effort, it has precisely defined magnetic conditions that;: üch at high operational loads are not subject to any changes.

In der Zeichnung sind mehrere Av.slührungsbeispiele für ilen Eisenkern eines linearisierten Stromwandler gemäß der Erfindung dargestellt.In the drawing there are several examples of guidance for ile iron core of a linearized current transformer shown according to the invention.

In der F i g. 1 ist cn Eisenkern in der Draufsicht to gezeichn-.. Dieser Eisenkern besteht aus einer Mehrzahl "'!fL-inandergeschichteter Bleche 11, die alle ringst■:·..iNMiformig ausgebih ι und mit Luftspaiten 12 unter Belassun» eines Mittelsieges M in jedem. Luftspalt ver-ehen sind. Diese Mittelstege 13 und der zwischen ihnen in ihrem Bereich liegende Ringscheibenteil der Bleche H bilden den luftspaltlosen Kcrnteil. In FIG. 1 cn iron core gezeichn- in plan view to .. This iron core consists of a plurality '' fL inandergeschichteter plates 11, all wrestle ■: · ..iNMiformig ausgebih ι and Luftspaiten 12 under Belassun "a means Victory M in each These central webs 13 and the annular disk part of the metal sheets H lying between them in their area form the core part without air gaps.

Der in der F i g. 2 dargestellte Fisenkern unterscheidet sich von dem in F i g. 1 dargestellten da- ϊο durch, daß seine ringscheibenförmigen Bleche 14 mit Lu'tspalten 15 unter Belastung von außen und innen liegenden Stegen 16 und 17 in jedem Luftspalt versehen sind Hier bildet der Ringscheibenteil der Bleche 14. der im Bereich der Luftspalte 15 hegt, den die Luftspalie aufweisenden Kemteü. Es ist jedoch auch möglich, entweder nur die Stege 16 oder nur die Stege 17 vorzusehen, su daß der Eisenkern nur einen luftspaltlosen Kernteil aufweist.The one shown in FIG. 2 shown fisenkern differs differs from that shown in FIG. 1 shown da- ϊο by that its annular disk-shaped sheets 14 with air columns 15 under load from the outside and inside lying webs 16 and 17 are provided in each air gap. Here, the annular disk part of the metal sheets 14. the one in the area of the air gap 15 that the Kemteü with an air gap. However, it is also possible either only the webs 16 or only the Provide webs 17, su that the iron core has only one core part without air gap.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Schichtkern ist in den F i g. 3 und 4 im Schnitt und ir. Dra ifsicht gezeichnet. Er besteht aus den mit 18, 19 und 20 bezeichneten Teilen. 19 und 20 sind Ringscheibenbleche, die die luftspaltlosen Kernteile bilden und zwischen denen der die Luftspalte 2i auiweisende Kernteil 18 angeordnet ist. Dieser Kerntei! 18 besteht aus einer Mehrzahl aufeinandergeschichteter Bleche in Gestalt von Ringscheibensegmenten, zwischen denen sich die Luftspalte 21 befinden. Zum besseren Verständnis ist in F i g. 4 der oberhalb des Luftspaltes 21 liegende Bereich der Ringscheibenhlche 19 weggeschnitten dargestellt, so daß der Kernteil 18 mit dem Luftspalt 21 sowie dem darunterliegenden Kernteil 20 zu erkennen ist. Die Ringscheibenhleche 19 und 20 dienen gleichzeitig der mechanischen Verfestigung bzw. Halterung J.cs die Luftspalt': aufweisenden KernteiK Es ist auch möglich, nur auf einer Seile des die LuhspaUe aufweisenden Kcrnteils 18 Ringscheibenbleche ohne Luftspalt, also enwvcder die ".incscheibenblcchc 19 oder die RingscheibcnbleclK· 20 vorzusehen.A further exemplary embodiment for a layer core is shown in FIGS. 3 and 4 in section and ir. Drawn view drawn. It consists of those aged 18, 19 and 20 designated parts. 19 and 20 are annular disk sheets which form the core parts without air gaps and between which the air gap 2i exhibiting Core part 18 is arranged. This core! 18 consists of a plurality of stacked one on top of the other Sheets in the form of annular disk segments, between which the air gaps 21 are located. To the better understanding is in FIG. 4 the area of the annular disk shell lying above the air gap 21 19 shown cut away, so that the core part 18 with the air gap 21 and the underlying Core part 20 can be seen. The ring disc lobes 19 and 20 also serve the mechanical Solidification or support J.cs the Air gap ': exhibiting core part It is also possible only on one of the ropes of the luhspaUe Essentially 18 ring disc sheets without air gap, so the "inc disc sheet 19" or the Ring washer sheet metal · 20 must be provided.

Die F i u. 5 und d zeigen einen als Wickelkern ausgeführten Eisenkern für einen linearisierten Stromwandler eeinhß der Erfindung. Der Luttspalte aiitweisende Kernteil isi als Wickelkern aus einem durchlaufender. Band hergestellt und in Segmente 22 unterteilt, zwischen denen sich die Luftspalte 23 befinden. Innerhalb und außerhalb d;c^v> vlio l.ir.tspalte aufweisenden Kerr.iW i·-'. je ein au> einem durchgehenden Band gewiegelter Kernteii 24 bzw 25 angeordnet. Diese Kernteiie 24 und 25 bilden dieluftspaltlosen Kernieile und können gleichzeitig zur mechanischen Verfestigung bzw. Hauerung des du: Luftspalte aufweisenden Kernteils dienen. Auch h.i.r ist es möglich, entweder nur den Kernteil 24 oj. r nur den Kernteil 25 vorzusehen. Bei der Herstellung dieses Eisenkernes geht man zweckmäßig so vor. daß zunächst der innere Kernteil 24 gewickelt wird: um diesen herum werden die Segmente 22 angeordnet und um diese der Kernteil 25 herumgewickelt. Die Herstellung dieses Eisenkernes ist also ebenso einfach wie die Herstellung der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Eisenkerne.F i, 5 and d show an iron core designed as a winding core for a linearized current transformer according to the invention. The core part showing the air gap is a winding core made of a continuous. Band produced and divided into segments 22, between which the air gaps 23 are located. Inside and outside d ; c ^ v> vlio l.ir.t column exhibiting Kerr.iW i · - '. one core part 24 or 25 respectively arranged on a continuous band. These core parts 24 and 25 form the core parts without air gaps and can at the same time serve to mechanically strengthen or strengthen the core part with air gaps. It is also possible to use either only the core part 24 oj. r to provide only the core part 25. This is the best way to proceed in the manufacture of this iron core. that first the inner core part 24 is wound: the segments 22 are arranged around this and the core part 25 is wound around them. The production of this iron core is just as simple as the production of the one shown in FIGS. 1 to 4 shown iron cores.

Die Eisenkerne für die linearisierten Stromwandler gemäß der Erfindung können auch statt der in den Fig. 1 bis6 gezeichneten Rinp.form in Gestalt von rechteckigen Rahmenkernen ausgeführt sein.The iron cores for the linearized current transformers according to the invention can also be used instead of in the Fig. 1 to6 drawn Rinp.form in the form of rectangular frame cores.

Auch ist es möglich, auf einem tier luftspaltlosen Kernteile 19, 20, 24 oder 25 der Eisenkerne gemäß der F i g. 3 bis 6 eine Sekundärwicklung auiVuhrincen, an die dann MeßeinrichHingen für den Nennstrombereich angeschlossen werden können.It is also possible on a tier without air gaps Core parts 19, 20, 24 or 25 of the iron cores according to FIG. 3 to 6 a secondary winding auiVuhrincen, to the measuring equipment for the nominal current range can be connected.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Eisenkernsystem für einen linearisiertcn Stromwandler, das aus einem mittels mindestens eines Luftspaltes gescherten Eisenkern besteht, wobei neben dem oder den Luft^palten des gescherten Eisenkernes Eisensteae mit im Vergleich zum gescherten Eisenkern erheblich geringerem Querschnitt angeordnet sind, so daß sich eine Parallelschaltung von magnetischen Widerstünden unter Anhebung der Permeabilität des Eisenkernsysiems im N'er.r.r-trombereich Tiber die Permeabilität des gescherten Eisenkerne- ergibt, dadurch gekennzeichnet, dal'· der mittels Luftspalte (23) gescherte Kernte:! ein ms Band gewickelter und in Segmente (22) unkrlenter Wickeikö.ter ist. dessen Segmente (22) von einem außerhalb undoder. innerhalb der Segmente (22) befindlichen geschlossenen Eisenring (24. 25) gehalten sind, wobei der Querschnitt cks bzw. der geschlossenen ENcnringe (24. 25) und der Querschnitt des mittels Lutispalte (23) gescherten kernteües so bemessuv. ist. daß das Verhältnis dieser Querschnitte etwa 1 : 100 bis 200 beträgt.1. Iron core system for a linearized Current transformer, which consists of an iron core sheared by means of at least one air gap, besides the air gap (s) of the sheared Iron core Eisensteae with considerably less than the sheared iron core Cross-section are arranged so that a Parallel connection of magnetic resistances while increasing the permeability of the Iron core systems in the N'er.r.r-flow area Tiber die Permeability of the sheared iron core results, characterized in that the means Air gap (23) sheared core :! a ms The tape is wrapped in segments (22) that are unkrlenter Vickeikö.ter. its segments (22) of one outside andor. within the segments (22) located closed iron ring (24. 25) are held, the cross section cks or the closed ENcnringe (24, 25) and the cross-section of the sheared by means of Lutis gap (23) kernteües so bemessuv. is. that the relationship this cross-section is about 1: 100 to 200. 2. Eisenkernsystem für einen linearisierten Stromwandler räch Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß einer der geschlossenen Eisenringe (24, 25) eine Sekuiidäruicklur.;! aufweist, an die Meßeinrichtungen für den Nennstrombereich anschließbar sind.2. Iron core system for a linearized current transformer according to claim 1, characterized draws that one of the closed iron rings (24, 25) is a Sekuiidäruicklur.;! has to the Measuring devices for the nominal current range can be connected.
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