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Wickelstromwandler Die Erfindung betrifft cinen Wickelstromwandler
zum Einbau in einen zylindrischen Teil einer mit Isoliergas gefüllten, auf Niederspannungspotential
liegenden Metallkapsel. In erster Linie ist dabei an einen Wickelstromwandler für
metallgekapselte gasisolierte Hochspannungs-Schaltanlagen gedacht.
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Im Hinblick auf den einfacheren konstruktiven Aufbau ist man an sich
bestrebt, Einleiterwandler zu verwenden. Bei niedrigeren Nennströmen erfordern derartige
Wandler aber die Verwendung hochwertigen magnetischen Materiales in größerer Menge,
und da sich bei ihnen bei sehr niedrigen magnetischen iurchflutungen infolge des
hohen Eisenaufwandes die für Meßkerne erforderlichen kleinen Überstromziffern nicht
erreichen lassen, muß man in vielen Fällen Wickelstromwandler verwenden.
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Diese llickelstromwandler vermeiden zwar den hohen Aufwand an hochwertigen
magnetischen Werkstoffen, erfordern aber andererseits einen besonderen Aufwand für
die Hochspannungswicklung und die Isolation sowohl der Wicklungen des Wandlers gegeneinander
als auch gegenüber der Umgebung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wickelstromwandler
speziell für den Einsatz im Rahmen einer eine auf Niederspannungspotential liegende,
mit Isoliergas gefüllte Metallkapsel auSweisenden Anlage zu schaffen, wobei der
Isolationsaufwand möglichst gering gehalten ist. Diese Aufgabe löst ein Wandler
mit dem erfindungsgemäßen Kennzeichen,
daß Wicklungen und Kerne
des Wandlers durch einen Isolierkörper gegeneinander isoliert und festgelegt sind,
dessen äußere Mantelfläche radialc Fortsätze zur Festlegung des Wandlers innerhalb
des zylindrischen Teiles trägt, während sich zwischen in Umfangsrichtung benachbarten
Fortsätzen, zwischen denen die Nanteifläche von potentialsteuernden Belägen frei
ist, Strömungswege für das Isoliergas befinden, das zusammen mit den Isolierkörper
die Hochspannungsisolation zwischen dem Wandler und dem zylindrischen Teil bildet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Wickelstromwandler wird also die eigentliche
Hochspannungsisolation unter Ausnutzung des ohnehin vorhandenen Isoliergases durch
eine geschichtete Isolation gebildet. Weiterhin löst der Isolierkörper die bei Verwendung
eines Isoliergases auftretende spezielle Aufgabe, einen Schutz der aktiven ';.andlerteilc
gegen korrosionsfördernde Bestandteile des Isoliergases zu gewährleisten. Es hat
sich nänlich gezeigt, daß von den üblichen Isoliergasen, beispielsweise Schwefelhexafluorid,
herrührende Zerstzungsprodukte die nktiven Wandlerteile angreifen. Derartige Zersetzungsprodukte
entstehen beispielsweise bei Teilentladungen infolge ungunstiger Gestalt der potentialführenden
Teile der Anlage oder bei Schaltvorgangen.
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Dadurch, daß durch geeignete Ausbildung des Isolierkörpers auch im
eingesetzten Zustand des Wandlers Strömungswege für das Isoliergas innerhalb des
zylindrischen Teiles der }Ietallkapsel vorhanden sind, ist ein Gasdurchtritt durch
dieses zylindrische Teil, wie er beispielsweise in Störungsfällen erforderlich ist,
möglich.
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Die Wahl einer geschichteten Hochspannungsisolation gewährleistet
ferner die erforderliche dynamische Festigkeit des Wandlers. Bei Verwendung allein
eines Isoliergases wären zu den Isolationsmaßnahmen zusätzliche E'nrichtungen zur
festen Halterung der verschiedenen Wandlerte. le erforderlich.
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Während also die Hochspannungsisolation zwischen der Hochspannungswicklung
und dem zylindrischen Teil der Metallkapsel durch eine geschichtete Isolation gebildet
ist, erfolgt die Isolierung zwischen den auf unterschiedlichen Potentialen befindlichen
Teilen des Wandlers selbst allein durch den Isolierkörper.
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An sich ist die Verwendung einer geschichteten Isolation bekannt.
So beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster 1 983 585 unter anderen einen Wandler
mit einem einzelnen Primürleitcr und einer in einen aus Gießharz bestehenden Hohlkörper
eingegossenen Sekundärwicklung; zwischen dem Primärleiter und dem Gießharzkörper
befindet sich ein mit Gas gefüllter Hohlraum.
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Dabei handelt es sich jedoch um einen Einleiterwandler, bei dem andere
Isolationsprobleme als bei einem Wickelstromwandler auftreten.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sict; dadurch
aus, daß die mit Niederpsannungswicklungen versehenen Kerne des Wandlers mit ihren
Ebenen s@@krecht zur Achse des z,-lindrischen Teiles und mit ihren Achsen e@@@@@risch
bezüglich der Achse des zylindrischen Teiles verlaufen, daß die Hochspannungswicklung
zumindest ungefähr die den größten Abstand von den zylindrischen Teil aufweisenden
Bereiche der Kerne umschlingend angeordnet ist, und daß sich zwischen dem radial
außerhalb der Kerne verlaufenden Teil der Hochspannungswicklung und den zylindrischen
Teil ein Strömungskanal für das Isoliergas befindet. Diese exzentrische Anordnung
nutzt die Platzverhaltnisse inncrhalb des zylindrischen Teiles der Netallkapsel
maximal aus, da im Bereich des kleinsten Abstandes zwischen den zylindrischen Teil
und dem Isolierkörper die Niederspannungswicklung liegt, während zwischen dem außerhalb
der Kernfenster verlaufenden Teil der Hochspannungrnricklung einerseits und dem
zylindrischen Teil andererseits die geschichtete Isolation unter Ausnutzung des
ohnehin vorhandenen Isoliergases wirksam ist.
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In Weiterbildung der eben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann man dem Isolierkörper ilD wesentlichen die Form eines mit seiner
achse exzentrisch bezüglich der Achse des zylindrischen Teiles angeordneten Kreiszylinders
geben; diesen so geformten Isolierkörper wird man an zwei in Umfangsrichtung neben
der Ebene der Hochspannungswicklung angeordneten Fortsätzen sowie an dem dem zylindrischen
Teil nächstliegenden Bereich seiner äußeren Mantelfläche Mittel zur Beicstigung
in dem zylindrischen Teil tragen lassen. Dann liegen die Befestigungsmittel außerhalb
dec spannungsmäßig besonders hoch beanspruchten Bereiches,der sich zwischen der
Hochspannungswicklung und dem zylindrischen Teil der Metallkapsel erstreckt.
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Sorgt man dafür, daß die Befestigungsmittel in Umfangsrichtung zumindest
ungefähr 1200 gegeneinander versetzt sind, so hat man eine weitgehend rotationssymmetrische
Festlegung des Wandlers in den zylindrischen Teil. Es ist zweckmäßig, die Befestigungsrnittel
im Bereich einer Stirnfläche des Isolierkörpers anzuordne-n und im Bereich der anderen
Stirnfläche in Achsrichtung nachgiebige Führungen durch Federn vorzusehen, um Änderungen
der Abmessungen des Wandlers infolge von T emperat urönd erungen Rechnung zu tragen.
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Wie erwähnt, wird man die Anordnung der Befestigungsmittel auf der
Außenfläche des Isolierkörpers so wählen, daß sie den Verlauf des elektrischen Feldes
Rechnung trägt. Es kann ferner zweckmäßig sein, den Isolierkörper auf seiner äußeren
Mantelfläche parallel zur Achse des zylindrischen Teiles verlaufende Rillen zur
Verlängerung des Kriechweges tragen zu lassen. Diese Rillen, die die Strömung des
Isoliergases infolge ihrer Ausrichtung nicht behindern, wird man insbesondere im
Bereich desjenigen Strömungsweges anordnen, der in radialer Richtung außerhalb desjenigen
Teiles der Hochspannungswicklung verläuft, die außerhalb der Kernfenster liegt.
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Während man zumindest in diesen Bereichen der Mantelfläche auf dem
Isolierkörper keine leitenden oder halbleitenden potentialsteuernden Beläge vorsehen
wird, d dort eine geschichtet Isolation wirksam sein soll, kann es zweckmäßig sein,
auf den Sekundärwicklungen und der Hochspannungswicklung Leitbeläge vorzusehen,
um hier eindeutige Potentialverhältnisse zu schaffen.
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Je ein Anschluß der Hochspannungswicklung kann auf je eine Stirnfläche
des Isolierkörpers geführt sein, so daß die Hochspannungswicklung des Wandlers mit
ihren beiden Anschlüssen im Zuge der den zu erfassenden Strom führenden Hochspannungsleitung
liegt. Es kann zweckmäßig sein, die Anschlüsse auf der Achse des zylindrischen Teiles
der Metallkapsel liegend anzuordnen, was nicht gleichbedeutend zu sein braucht mit
ihrer liage aul der Buchse des Wandlers. Besonders zweckmäßig ist es, die Anschlüsse
als Steckkontakte auszubilden, wobei zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit der
Isolierkörper auf seinen Stirnflächen die Anschlüsse konzentrisch umgebende Rillen
tragen kann. Eine derartige Kriechwegverlängerung dient auch zur Ausnutzung des
Barriere-Effektes und ist verständlicherweise nicht an die Verwendung bestimmter
Anschlußkonstruktionen gebunden.
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Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wickelstromwandlers
in seinem in ein zylindrisches Teil der Vakuumkapsel eingesetzten Zustand. Dabei
gibt Figur 1 eine stirnseitige nicht, teilweise im Schnitt, und Figur 2 einen in
einer hierzu senkrechten Ebene geführten Mittelschnitt wieder.
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Der in das Metallrohr 1, das einen Bestandteil einer fletallkapsel
bildet, eingesetzte Wandler besitzt in diesem Ausführungsbeispiel nur einen Ringkern
2, der die Sekundärwicklung S trägt, sowie die Primärwicklung 4; der Aufbau ist
ähnlich
denjenigen eines Kreuzringsystems. Die aktiven Wandlerteile
befinden sich in dem Isolierkörper 5, der in diesem Ausführungsbeispiel durch einen
einheitlichen Gießharzverguß hergestellt ist. lJie insbesondere Figur 1 erkennen
läßt, besitzt der Isolierkörper 5 in diesem Ausführungsbeispiel zwei radiale Fortsätze
6 und 7, die beiderseits der Ebene der Primärwicklung 4 angeordnet sind und zwischen
sich den Strötnungsweg 8 für das Isoliergas einschließen. Zwei weitere Strömungswege
sind in Figur 1 unterhalb der Fortsätze 6 und 7 erkennbar.
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Zwischen der Hochspannungswicklung 4 und der ihr gegenüberstehenden
Innenwand des zylindrischen Teiles 1 der Metallkapsel liegt also infolge Fehlens
eines leitenden oder halbleltenden Belages auf dem entsprechenden Bereich der Mantelfläche
des Isolierkörpers 5 eine geschichtete Isolationsstrecke. Um die Isolationswirkung
zu unterstützen, trägt die Mantelflache des Isolierkörpers 5 ül diesem Bereich zwischen
den mit Bcfestigungsmitteln versehenen Fortsätzen 6 und 7 Rillen 9 und 10, die zumindest
ungefähr parallel zur Achse 11 des zylindri-Echen Teiles verlaufen und daher den
Kriechweg verlängern, ohne die Strömung des Isoliergases zu behindern.
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In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel fällt die Achse
12 des Kernes 2 nicht mit der Achse 11 des zylindrischen teiles 1 zusammen. Da das
zylindrische Teil 1 ebenfalls auf Niederspannungspotential liegt, ist es moglich,
an dem Isolierkörper 5 auch in seinem dem zylindrischen Teil 1 nächstliegenden Bereich
13 Befestigungsmittel für den Wandler vorzusehen Damit hat man also eine rotationssymmetrische
Anordnung von Befestigungsmitteln. Die Befestigungsmittel sind in Figur 2 angedeutet.
Mit 14 ist eine in den Isolierkörper 5 eingegossen Gewindebuchse bezeichnet, in
die im eingesetzten Zustand des Wandlers die Schraube 15 eingeschraubt wird, die
die Halterung an dem stegartigen Teil 16 bewirkt, das an die Innenwand des zylindrischen
Teiles 1 angeschweißt ist.
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,n diesen Bereich kann die äußere Mantelfläche des Isolierkörpers
5 einen leitenden oder halbleitenden Belag 17 tragen, da an dieser Stelle die Isolation
zwischen der Niederspannungswicklung 3 und dem zylindrischen Teil 1 praktisch allein
durch den Isolierkörper 5 gewährleistet ist.
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Der Isolierkörper 5, der einen allseitigen dichten Abschluß des Wandlers
gegenüber dem Isoliergas vornimmt, trägt an seinen beiden Stirnflächen je eine Buchsenanordnung
18 bzw.'19, an die je ein Anschluß der Hochspannungswicklung 4 geführt ist.
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Diese Buchsenanordnungen 18 und 19 dienen zur Aufnahme eines Steckers
20 bzw. 21 im Zuge der Hochspannungsleitung. Die Buchsenanordnungen werden konzentrisch
umgeben von Rillen 22, .23 bew. 24,25, die den Kricchweg zwischen der Hochspannungsleitung
einerseits und den Befestigungsmitteln bzw. dem zylindrischen Teil 1 andererseits
verlängern.
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In dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine in
Achsrichtung formschlüssige Festlegung des Wandlers in den ylindrischen Teil 1 nur
im Bereich der rechten Stirnflache des Isolierkörpers 5. Dagegen ist der Isolierkörper
im Bereich seiner linken Stirnflachc mittel@ Federn 26 abgestützt, die das Auftreten
von Spannungen in axialer Richtung infolge von Temperaturänderungen verhindern.
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Infolgc der Aun1lutzung des Isolierkörpers auch zu anderen Zwecken
sowie infolge Heransiebung des ohnehin vorhandenen Isoliergases zur Hochspannungsisolation
ist der Aufwand für dcn erfindungsgemäßen Wandler besonders niedrig gehalten, obwohl
cs sich um einen Wickelstromwandler handelt. Außerdem tragt die gewählte lsolationsanordnung
den speziellen Erfordernissen Rechnung, denen ein Wandler für den Einsatz in einer
isoliergasgefüllten Metallkapsel unterliegt.
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12 Ansprüche 2 Figuren