DE19501719C2 - Meßshunt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßshunt mit einem Nebenstrom­ pfad und einem parallelen Meßstrompfad nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Meßshunt ist aus der DE 30 08 308 C2 zu entnehmen.

Zum Messen eines Primärstroms, z. B. bei Zählern, ist es be­ kannt, diesen mittels eines Meßshunts zu erfassen. Der zu messende Primärstrom wird dabei im Meßshunt in zwei Teilströ­ me unterteilt, nämlich in einen Nebenstrom und in einen Meß­ strom, wobei der Meßstrom in der Regel nur ein geringer Teil des Nebenstromes ist. Der Meßstrom im Meßstrompfad wird dann, gegebenenfalls induktiv, erfaßt und einer weiteren Meßwert­ verarbeitung zugeführt.

Fig. 6 zeigt einen Meßshunt 1a nach dem Stand der Technik. Es ist dabei zu erkennen, daß der Nebenstrompfad 3 einen wesent­ lich größeren Leiterquerschnitt als der Meßstrompfad 5 auf­ weist. Durch die unterschiedliche Bemessung der beiden Strom­ pfade kommt es auch zu unterschiedlichen Verlustleistungen bezogen auf die jeweilige Leiteroberfläche. Dies führt zu un­ terschiedlichen Erwärmungen in den beiden Strompfaden und auf Grund der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstan­ des zu einer Veränderung der Stromaufteilung zwischen Neben­ strompfad und Meßstrompfad. Daraus resultiert wiederum eine Verfälschung des Meßergebnisses.

Bisher wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß die beiden Strompfade in engem thermischen Kontakt zueinander stehen. Eine derartige Meßanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 479 008 A2 bekannt. Auf diese Weise wurde eine Kompensa­ tion des temperaturabhängigen Fehlers erzielt.

Aus dem weiteren Stand der Technik sind verschiedenste Meß­ shunts, die aus Metallstanzteilen hergestellt sind, bekannt. Beispielhaft wird dazu verwiesen auf die US 4,182,982, DE 27 34 729 C2, DE 30 08 308 C2, US 4,240,059 und DE 34 01 594 C2. Diese Druckschriften haben gemein, daß die dort be­ schriebenen Meßshunts lediglich im Hinblick auf einer Auftei­ lung ihrer Ströme bemessen sind. Das Problem der Tempera­ turabhängigkeit ist dort nicht behandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik einen Meßshunt anzugeben, der als einfaches Me­ tallstanzteil herstellbar ist und bei dem ein verbessertes Temperaturverhalten gegeben ist.

Die Lösung gelingt erfindungsgemäß mit einem Meßshunt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Auf diese Weise ist eine wesentli­ che Ursache der unterschiedlichen Erwärmung von Nebenstrom­ pfad und Meßstrompfad beseitigt. Eine temperaturabhängige Meßwertverfälschung ist damit verhindert.

Bevorzugt weisen die Teilpfade jeweils ein Verhältnis ihrer jeweiligen Verlustleistung bezogen auf die jeweilige Leiter­ oberfläche auf, das etwa dem Verhältnis beim Meßstrompfad entspricht. Auf diese Weise ist die Erwärmung in allen Pfaden etwa gleich groß, so daß auch die Temperaturabhängigkeiten vergleichbar sind. Die entsprechenden Widerstandsänderungen in den einzelnen Strompfaden sind somit ebenfalls gleich, wo­ durch der Meßfehler gegenüber dem Stand der Technik nochmals verringert ist.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Bevorzugt sind alle Strompfade von einem gemeinsamen Metall­ stanzteil, z. B. einem Aluminium- oder Kupferblech, gebildet, wobei zumindest einer der Strompfade aus der Ebene des Me­ tallstanzteils herausgebogen ist. Dadurch ist eine einfache materialsparende Herstellung des Meßshunts gegeben.

Die parallelen Teilpfade können untereinander unterschiedlich zur Ebene des Metallstanzteils abgewinkelt sein. Damit ist die Geometrie des Meßshunts an die baulichen Gegebenheit des jeweiligen Zählers, in dem der Meßshunt eingebaut wird, an­ paßbar.

Bevorzugt sind die parallelen Teilpfade in unterschiedliche Richtungen abgewinkelt. Auf diese Weise ist eine Wärmeüber­ tragung zwischen den Teilpfaden vermieden.

Die Bildung der parallelen Teilpfade erfolgt vorteilhafter­ weise durch Abwinklung von Teilflächen des Metallstanzteils an unterschiedlichen Orten des Metallstanzteils. Damit sind die Teilpfade auch örtlich voneinander getrennt, wodurch eine Wärmeübertragung nochmals vermieden ist.

Mit Vorteil ist zumindest einer der Teilpfade von einem aus einem der anderen Teilpfade herausgebogenen Metallteil gebil­ det. Dies ist aus herstellungstechnischer und materialwirt­ schaftlicher Sicht günstig.

Bevorzugt weist zumindest einer der Teilpfade Ausnehmungen auf. Auf diese Weise kann der Stromweg in seiner Länge und Beschaffenheit bemessen, eingestellt und kalibriert werden. Die Ausnehmungen können beispielsweise als Schlitze oder Öff­ nungen ausgeführt sein. Die bevorzugte Anwendung des Meß­ shunts ist bei Zählern, insbesondere für Wechsel- und Dreh­ strom, gegeben.

Die Erfindung, weitere Vorteile und Details werden nachfol­ gend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5 Ausführungsformen von Meßshunts in einer räum­ lichen Darstellung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Stanzteil für einen Meßshunt und

Fig. 7 und 8 einen Meßshunt nach dem Stand der Technik.

Ein Meßshunt 1a gemäß dem Stand der Technik ist in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Er ist aus einem Metallstanzteil herge­ stellt, das in der Fig. 8 in der Draufsicht zu sehen ist. Der Meßshunt 1a besteht im wesentlichen aus einem rechteckigen Metallstück, bei dem durch eine endseitige Ausnehmung 7 An­ schlußenden 9 gebildet sind, an denen der Anschluß des Meß­ shunts 1a in den zu überwachenden Strompfad (Primärstompfad) erfolgt. Durch einen, insbesondere U-förmigen, Schnitt 11 ist die leitende Fläche des Meßshunts 1a in einen Nebenstrompfad 3 und einen Meßstrompfad 5 unterteilt.

Der Meßstrompfad 5 weist dabei üblicherweise einen wesentlich geringen Querschnitt als der Nebenstrompfad 3 auf, da auch nur einen wesentlich geringerer Teil des zu messenden Stromes einer weiteren Signalverarbeitung zugeführt werden soll. An­ dere Querschnitte oder Querschittsverhältnisse sind selbst­ verständlich möglich. Der gezeigte Meßstrompfad 5 bildet im vorliegenden Beispiel eine Stromschleife, die selber die Pri­ märspule eines Wandlers, z. B. eines Nullstromwandlers, bil­ det oder die selbst von einer weiteren Meßwicklung umgeben sein kann.

Der Einschnitt 13 dient zur Einstellung und Kalibrierung des Nebenstrompfades 3. Unter dem Begriff Kalibrierung wird hier jegliche Dimensionierung, Einstellung, Vorgabe oder auch Ge­ staltung des Stromweges (Länge, Breite, Querschnitt, Verlauf, Widerstand u. s. w) verstanden. In den Fig. 7 und 8 sind beispielhaft die Verläufe der jeweiligen Ströme (zu messender Strom I, Meßstrom Im und Nebenstrom In) eingezeichnet.

Das Metallstanzteil für den Nebenstrompfad 3 ist vorliegend beispielhaft rechtwinklig zur übrigen Ebene des Meßshunts 1a abgewinkelt und bevorzugt aus Kupfer hergestellt. Die Biege­ linie ist dabei strichliert dargestellt. Es kann auch gegebe­ nenfalls auf andere Art und Weise abgewinkelt oder auch ganz um 180° herumgeklappt sein, so daß ein flacher Meßshunt 1a gegeben ist. Das Herausbiegen des Nebenstrompfades 3 dient im wesentlichen dazu, ein Fenster 12 im Meßshunt 1a zu erzeugen, in dem dann weitere nicht näher gezeigte Wandlerteile ange­ ordnet werden können.

Anhand von Fig. 1 wird nachfolgend das Prinzip des neuen Meß­ shunts 1b erläutert. Der Meßstrompfad 5 ist gegenüber dem Stand der Technik nahezu unverändert. Der Nebenstrompfad ist jetzt jedoch in zumindest 2 parallele Teilpfade 15a, 15b un­ terteilt. Es ist leicht zu erkennen, daß die Dimensionierung von Meßstrompfad 5 und den Teilpfaden 15a, 15b einander ziem­ lich gleich kommen. Sie sind derart bemessen, daß die in ihn­ en jeweils auftretende Verlustleistung bezogen auf ihre je­ weilige Leiteroberfläche etwa gleich sind. Dies kann auch an­ hand der folgenden Näherungsformeln ausgedrückt werden:

Darin bedeuten:
Pm, PT1, PTn: Die jeweilige Verlustleistung des jeweiligen Pfades,
Pges die Summe der Verlustleistungen der Teilpfade,
Am, AT1, ATn: die jeweilige Oberfläche des jeweiligen Pfades und
Ages die Summe der Oberflächen der Teilpfade.

Damit ist erzielt, daß in den einzelnen Strompfaden der ge­ samten Anordnung jeweils etwa die gleiche Erwärmung stattfin­ det, so daß auch die temperaturabhängige Widerstandsverände­ rung in den einzelnen Strompfaden zumindest annähernd gleich ist.

Vorliegend ist der eine Teilpfad 15a wie beim Stand der Tech­ nik um ca. 90° in die eine Richtung umgebogen. Zur Bildung des anderen Teilpfades 15b wurde hier der Teil des Metall­ stanzteils verwendet, der bei der Ausführung gemäß dem Stand der Technik die Ausnehmung 7 bildete und somit Abfall war. Durch zwei kleine Einschnitte 17 ergibt sich der Teilpfad 15b, der dann ebenfalls durch Abbiegen aus der Ebene des Meß­ stands 1b herausragt. Damit sind dann gleichzeitig die An­ schlußenden 9 gebildet. Das Abwinkeln des Teilpfades 15b kann beliebig in die gleiche Richtung wie Teilpfad 15a oder wie gezeigt in die entgegengesetzte Richtung erfolgen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen ähnliche Ausführungen eines Meßshunts 1c bzw. 1d wie Fig. 1, bei denen lediglich die Einstellung und Kalibrierung des Nebenstrompfades 3 durch unterschiedliche Maßnahmen erfolgt. Diese Maßnahmen dienen einerseits dazu den Strompfad zu bemessen und andererseits die Verlustleistung bezogen auf die Leiteroberfläche einzustellen. In Fig. 2 ist der eine Teilpfad 15a beispielsweise mit Öffnungen 19 und ei­ nem Kalibrierschlitz 21 versehen. Durch das Anbringen einer derartigen Öffnung 19 ist der eine Teilpfad 15a in weitere Teilpfade 15aa und 15ab unterteilt.

Die Ausführungen 1d und 1e gemäß Fig. 3 und 4 weisen Kali­ brierschlitze 21 auf, die einander kreuzen. Der Meßshunt 1d in Fig. 3 weist zusätzlich äußere Ausnehmungen 18 zur Strom­ pfadeinstellung in seinem Teilpfad 15a auf. Bei dem Meßshunt 1e gemäß Fig. 4 ist der andere Teilpfad 15b in die gleiche Richtung wie der eine Teilpfad 15a aufgestellt.

Fig. 5 zeigt einen Meßshunt 1f, der im wesentlichen von einem ähnlichen Stanzteil wie der Stand der Technik ausgeht, bei dem jedoch der Nebenstrompfad 3 in drei Teilpfade 15a, 15b, 15c aufgeteilt ist. Die jeweiligen Teilpfade 15a bis 15c sind dabei derart umgebogen, daß sie sich in ihrer Wärmeabstrah­ lung nicht gegenseitig behindern oder beeinflussen (also ohne thermische Kopplung). Sie sind dabei fächerartig - ähnlich den Flächen einer Kühlschelle - aufgestellt. Weiterhin ist das Metallstanzteil in dieser Ausführung selbst stufenartig gebogen, so daß eine Anpassung an die jeweiligen Einbauver­ hältnisse im Zähler möglich ist.

Die Fig. 6 zeigt ein Metallstanzteil für einen neuen Meßshunt 1g, der ebenfalls zwei Teilpfade 15a, 15b aufweist. Die Bemes­ sung der Teilpfade 15a, 15b erfolgt in diesem Beispiel durch Vorgabe des Kalibrierschlitzes 21a. Der Strompfad des einen Teilpfades 15a ist an seiner Außenkante zusätzlich durch Aus­ stanzungen 23 verengt.

Wesentlich für den neuen Meßshunt ist, daß eine der obenge­ nannten Beziehungen für die Strompfade erfüllt ist. Selbst­ verständlich sind die Merkmale der jeweiligen Ausführungen auch beliebig untereinander kombinierbar, ohne daß der Grund­ gedanke des neuen Meßshunts verlassen wird.

Claims (9)

1. Meßshunt (1b bis 1g) mit einem Nebenstrompfad (3) und ei­ nem parallelen Meßstrompfad (5), wobei der Nebenstrompfad (3) in zwei parallele Teilpfade (15a bis 15c) unterteilt ist, und wobei alle Pfade (3, 5) von einem gemeinsamen Metallstanzteil gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Pfad (3, 5) in einer ihm zugehörigen Ebene verläuft und U-förmig mit jeweils nebeneinanderliegenden Anschlußenden ausgebildet ist,
wobei die Teilpfade (15a bis 15c) eine Geometrie aufweisen, bei der ihre Verlustleistung bezogen auf ihre Leiteroberflä­ che ein Verhältnis aufweist, das dem beim Meßstrompfad (5) entspricht und die Temperaturabhängigkeit in allen Pfaden (3, 5) gleich ist.

2. Meßshunt nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die parallelen Teilpfade (15a bis 15c) untereinander unterschiedlich zur Ebene des Meßstrom­ pfads (3) abgewinkelt sind.

3. Meßshunt nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die parallelen Teilpfade (15a bis 15c) gegenüber dem Meßstrompfad (5) in unterschiedliche Rich­ tungen abgewinkelt sind.

4. Meßshunt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bil­ dung der parallelen Teilpfade (15a bis 15c) durch Abwinklung von Teilflächen des Metallstanzteils an unterschiedlichen Or­ ten des Metallstanzteils erfolgt.

5. Meßshunt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest einer der Teilpfade (15b, 15c) von einem Metallteil ge­ bildet ist, das aus einem der anderen Teilpfade (15a) heraus­ gebogen ist.

6. Meßshunt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest einer der Teilpfade (15a) Ausnehmungen (7, 18) aufweist.

7. Meßshunt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff Kupfer oder Aluminium dient.

8. Meßshunt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Anschluß­ enden (9) vorgesehen sind, die zum Anschluß an einen Primär­ strompfad zur Stromerfassung bei einem Zähler ausgebildet sind.

9. Meßshunt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei parallele Teilpfade (15a bis 15c) vorgesehen sind.