DE19731813A1 - Stromwandleranordnung mit einer Nebenstrombahn sowie deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromwandleranordnung mit einem einen Stromwandler durchsetzenden Primärleiter, der als Be­ standteil einer Nebenstrombahn eines Hauptstromleiters ausge­ bildet ist.

Eine Stromwandleranordnung dieser Art ist z. B. durch die US 5,223,790 bekanntgeworden. Die Hauptstrombahn ist dabei unter Einfügung eines leitfähigen Blockes und eines von die­ sem ausgehenden Nebenstrombahn unterbrochen. Die Nebenstrom­ bahn dient als Primärleiter eines induktiven Stromwandlers.

Stromwandler und unter Verwendung von Stromwandlern aufgebau­ te komplexe Stromwandleranordnungen werden in der gesamten Energietechnik für eine Reihe unterschiedlicher Zwecke benö­ tigt. Beispielsweise enthalten Niederspannungs-Leistungs­ schalter in jedem Pol einen Stromwandler, dessen Sekundär­ strom in einem elektronischen Überstromauslöser ausgewertet wird. Für solche Stromwandleranordnungen ist eine kostengün­ stige Ausgestaltung z. B. durch die DE 35 04 423 A1 oder die DE 44 16 105 A1 bekanntgeworden. Ein wesentliches Merkmal dieser Stromwandleranordnungen besteht darin, daß als Primär­ leiter eines induktiven oder eines nach dem Rogowski-Prinzip arbeitenden Stromwandlers eine Anschlußschiene des Leistungs­ schalters dient. Diese Anschlußschiene ist als ein massiver länglicher Körper aus Kupfer mit im wesentlichen durchgehend gleichem rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Die Größe die­ ses Querschnittes ist beträchtlich, da Leistungsschalter der betreffenden Art für Bemessungsströme zwischen etwa 630 und 6300 A ausgelegt werden. Die Anschlußschiene erstreckt sich etwa rechtwinklig zur Rückseite des Leistungsschalters und durchsetzt eine taschenartige Ausnehmung, in welcher der zu­ gehörige Stromwandler untergebracht ist.

Es wurde bereits erkannt, daß es vorteilhaft erscheint, ab­ weichend von der vorstehend beschriebenen bekannten Bauweise eine Stromwandleranordnung mit einem Nebenstromweg einzuset­ zen, weil dies die Möglichkeit bieten würde, sehr viel klei­ nere Stromwandler als bisher einzusetzen und hierdurch Raum und Kosten einzusparen (US 4,240,059 A). Ein solches Vorhaben ist aber bei einem Niederspannungs-Leistungsschalter auf der Basis einer Stromwandleranordnung der eingangs beschriebenen Art (US 5,223,790 A) nicht sinnvoll zu verwirklichen, weil die dort angegebenen Gestaltung des Hauptstromleiters in ei­ ner Bemessung für Niederspannungs-Leistungsschalter nur zu Kosten herstellbar wäre, die weit über dem Aufwand für die bisherigen geraden Anschlußschienen mit rechteckigem Quer­ schnitt liegen. Damit käme der Vorteil eines kleineren Strom­ wandlers nicht zur Wirkung.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zu Grunde, eine für Niederspannungs-Leistungsschalter geeignete Strom­ wandleranordnung unter Verwendung eines Nebenstrompfades und unter Beibehaltung der bisherigen geraden Anschlußschienen zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• - der Hauptstromleiter eine rechteckige Querschnittsform mit gegenüberliegenden Schmalseiten und Breitseiten aufweist und durch eine Anschlußschiene eines Niederspannungs- Leistungsschalters gebildet ist,
• - daß der Primärleiter einen sich quer zu der Fließrichtung des Stromes im Hauptstromleiter erstreckenden Mittelteil sowie hiervon ausgehende Verbindungsschenkel mit je einem Fußteil aufweist, und
• - daß die Fußteile der beiden Verbindungsschenkel an dem Hauptstromleiter mechanisch und elektrisch leitend an Auf­ lageflächen befestigt sind, die an einer der Breitseiten im Abstand voneinander und in der Fließrichtung des Stromes versetzt angeordnet sind.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die bisher gebräuch­ lichen und preiswert herstellbaren Anschlußschienen mit rechteckigem Querschnitt weiter verwendbar sind und lediglich mit zwei Befestigungsstellen für die Nebenstrombahn zu verse­ hen sind. Es genügen hierfür einfache Merkmale, wie Durch­ gangs- oder Schraubenlöcher. Zugleich wird durch angegebene Ausrichtung des Mittelteiles des Primärleiters quer zur Rich­ tung des Stromes in der Anschlußschiene eine so weitgehende Unempfindlichkeit gegen das Magnetfeld der Anschlußschiene erzielt, daß eine zuverlässige Funktion der Stromwandleran­ ordnung im gesamten Meßbereich gewährleistet ist, wie er im Betrieb eines Niederspannungs-Leistungsschalters vorkommt.

Im Rahmen der Erfindung kann die Nebenstrombahn aus einem Flachmaterial bestehen, wobei die Fußteile durch Abkröpfung des Flachmaterials gebildet sind.

Im Prinzip ist die Stromwandleranordnung nach der Erfindung sowohl für Wechselstrom als auch für Gleichstrom verwendbar, da es offensichtlich nur darauf ankommt, den jeweils geeigne­ ten Stromwandler auf dem Primärleiter anzuordnen. Jedoch hat es sich erwiesen, daß nach dem Kompensationsprinzip arbeiten­ de Stromwandlereinheiten für die Zwecke der Erfindung beson­ ders geeignet sind, weil sie insbesondere Gleichströme erfas­ sen können. Bestandteil der Erfindung ist daher die Verwen­ dung einer Stromwandleranordnung der angegebenen Art in der Ausführung mit einem Kompensationswandler für einen Gleich­ strom-Leistungsschalter. Der Vorteil besteht in einer wesent­ lichen Platzersparnis, da es bisher wegen des großen Bauvolu­ mens spezieller Gleichstromwandler, z. B. auf der Basis von Hallelementen, erforderlich war, diese Stromwandler außerhalb des eigentlichen Leistungsschalters in der zugehörigen Schaltanlage unterzubringen. Demgegenüber erlaubt es die Er­ findung, Gleichstrom-Leistungsschalter unter weitgehender Verwendung der Hauptkomponenten von Wechselstrom-Leistungs­ schaltern einer Standard-Bauart herzustellen, da die Strom­ wandleranordnung nach der Erfindung in dem für übliche induk­ tive Stromwandler im Schaltergehäuse konstruktiv vorgesehenen Montageraum problemlos unterzubringen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Stromwandleranordnung in Verbindung mit einer Anschlußschiene eines Niederspannungs-Leistungs­ schalters in einer schematischen perspektivischen Darstel­ lung.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen Ausführungsbeispiele von Verbindungen einer Nebenstrombahn mit einem Hauptstromleiter.

In der Fig. 4 ist schematisch vereinfacht ein für Gleich­ strom vorgesehener Niederspannungs-Leistungsschalter mit ei­ ner Stromwandleranordnung nach der Erfindung gezeigt.

Die Stromwandleranordnung 1 gemäß der Fig. 1 weist einen Hauptstromleiter 2 auf, der durch eine übliche Anschlußschie­ ne eines Niederspannungs-Leistungsschalters 3 (Fig. 4) ge­ bildet ist. Dementsprechend besitzt der Hauptstromleiter 2 eine rechteckige Querschnittsform mit zwei gegenüberliegenden Schmalseiten 4 und gleichfalls einander gegenüberliegenden Breitseiten 4. An einer der Breitseiten 5 des Hauptstromlei­ ters 2 ist eine Nebenstrombahn 6 befestigt, die den Primär­ leiter eines Stromwandlers 7 bildet. Der Stromwandler 7 ist eine nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Stromwandler­ einheit, wie sie beispielsweise in der DE 37 41 028 A1, DE 38 35 100 A1, DE 38 35 101 A1 oder DE 41 30 999 beschrie­ ben ist.

Die Nebenstrombahn 6 besitzt als Primärleiter des Stromwand­ lers 7 einen Mittelteil 10, der sich quer zu der durch einen Pfeil gekennzeichneten Fließrichtung 11 des Stromes im Haupt­ stromleiter 2 erstreckt. Von dem Mittelteil 10 gehen abgewin­ kelte Verbindungsschenkel 12 und 13 aus, die mit einem Fuß­ teil 14 versehen sind. Befestigungselemente 15 zur mechani­ schen und elektrischen Verbindung der Nebenstrombahn 6 mit dem Hauptstromleiter 2 sind zur Vereinfachung der Darstellung durch ihre Mittellinie angedeutet, da für die Zwecke der Er­ findung unterschiedliche Befestigungselemente, wie Schrauben, Niete oder dgl. verwendbar sind. Gleichfalls durch seine Mit­ tellinie ist ein Verbindungselement 16 angedeutet, das zur Verbindung des Mittelteiles 10 mit dem Verbindungsschenkel 12 vorgesehen ist. Der weitere Verbindungsschenkel 13 und das Mittelteil 10 sind in der Figur einstückig dargestellt, kön­ nen jedoch in gleicher Weise geteilt und durch ein entspre­ chendes Verbindungsmittel 16 verbunden sein. Eine Untertei­ lung der Nebenstrombahn 6 in wenigstens zwei Baugruppen ist zweckmäßig, um die Montage des Stromwandlers 7 auf dem Mit­ telteil 10 zu erleichtern.

Für die Größe des Stromes, der über die Nebenstrombahn 6 fließt, ist neben der Größe ihres Querschnittes im Verhältnis zum Hauptstromleiter 2 der Abstand der Fußteile 14 (Fig. 1 und 2) bzw. von Fußteilen 20 (Fig. 3) maßgebend. Zur Auflage der Fußteile 14 bzw. 20 vorgesehene Auflageflächen 17 bedür­ fen an sich keiner besonderen Ausgestaltung, sondern können durch die normale Oberfläche des Hauptstromleiters 2 gebildet sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Hauptstromleiter 2 eine zur sicheren Kontaktgabe mit den genannten Fußteilen geeignete Beschaffenheit, z. B. die übliche Versil­ berung, aufweist.

Während in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 und 2 das Fußteil 14 einstückig mit dem Verbindungsschenkel 12 aus­ gebildet ist, kann auch eine zusammengesetzte Bauform gemäß der Fig. 3 gewählt werden. Hierbei endet der Verbindungs­ schenkel 12 ohne Abwinklung und ruht auf einem gesonderten Fußteil 20, das als hülsen-, buchsen- oder säulenartiges Ab­ standsstück ausgebildet sein kann.

Als Beispiel für ein geeignetes Befestigungsmittel 15 zeigt die Fig. 2 einen das Fußteil 14 und den Hauptstromleiter 2 durchsetzenden Niet, während die Fig. 3 eine in ein Sackloch eingedrehte Schraube zeigt. Offensichtlich kann die Nietver­ bindung gemäß der Fig. 3 auch bei der Anordnung gemäß der Fig. 3 eingesetzt werden und umgekehrt eine Schraubverbin­ dung bei der Anordnung gemäß der Fig. 2.

Anhand der Fig. 4 wird nun eine vorteilhafte Verwendung ei­ ner Stromwandleranordnung 1 gemäß den Fig. 1, 2 und 3 bei einem Gleichstrom-Leistungsschalter 3 erläutert. Der Gleich­ strom-Leistungsschalter 3 ist unter Verwendung von Standard- Bauteilen aufgebaut, wie sie für Wechselstrom-Leistungsschal­ ter zu Verfügung stehen. Hierzu gehören insbesondere ein Ge­ häuse 21, Schaltkontaktsysteme 22, zugehörige Lichtbogen­ löschkammern 23, eine Antriebsvorrichtung 24 zur Betätigung der Schaltkontaktsysteme 22 sowie ein elektronischer Auslöser 25 zur Freigabe einer Verklinkung, um die Trennung der Schaltkontakte zu bewirken. Der elektronische Auslöser 25 wird mit einem Stromsignal beaufschlagt, das von dem Strom­ wandler 7 bereitgestellt wird, der auf dem unteren Haupt­ stromleiter 2 angeordnet ist. Die Zuführung des Stromsignals ist in der Fig. 4 durch eine strichpunktierte Linie 26 ange­ deutet. Die Stromwandleranordnung 1 befindet sich in einer taschenartigen Ausnehmung 27, die bei Standard-Leistungs­ schaltern an deren Rückwand zur Unterbringung eines indukti­ ven Stromwandlers vorhanden ist. Diese Unterbringung der Stromwandleranordnung 1 wird durch ihre geringen Abmessungen im Vergleich zu bisher für Gleichstrom bei Leistungsschaltern eingesetzten Systemen ermöglicht.

Claims (4)

1. Stromwandleranordnung (1) mit einem einen Stromwandler (7) durchsetzenden Primärleiter, der als Bestandteil einer Neben­ strombahn (6) eines Hauptstromleiters (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Hauptstromleiter (2) eine rechteckige Querschnittsform mit gegenüberliegenden Schmalseiten (4) und Breitseiten (5) aufweist und durch eine Anschlußschiene eines Niederspan­ nungs-Leistungsschalters (2) gebildet ist,
• - daß die Nebenstrombahn (2) als Primärleiter des Stromwand­ lers (7) einen sich quer zu der Fließrichtung (11) des Stromes im Hauptstromleiter (2) erstreckenden Mittelteil (10) sowie hiervon ausgehende Verbindungsschenkel (12, 13) und je ein den Verbindungsschenkel stützendes Fußteil (14; 15) aufweist, und
• - daß die Fußteile (14; 15) der beiden Verbindungsschenkel (12, 13) an dem Hauptstromleiter (2) mechanisch und elek­ trisch leitend an Auflageflächen (17) befestigt sind, die an einer der Breitseiten (5) im Abstand voneinander und in der Fließrichtung (11) des Stromes versetzt angeordnet sind.

2. Stromwandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenstrombahn (6) aus einem Flachmaterial besteht und daß die Fußteile (14) durch Abkröpfung des Flachmaterials ge­ bildet sind.

3. Stromwandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (7) eine nach dem Kompensationsprinzip ar­ beitende Stromwandlereinheit ist.

4. Verwendung einer Stromwandleranordnung nach Anspruch 3 bei einem Leistungsschalter in einem Gleichstromnetz.