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TECHNISCHES GEBIET
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Das vorliegende Gebrauchsmuster gehört zu dem technischen Gebiet der Spannungswandler und betrifft konkret einen für eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung anwendbaren zweistufigen Spannungswandler.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Spannungswandler stellt einen Bestandteil einer Messvorrichtung für elektrische Energie dar und sein Messwicklungssignal wird an einen Gateway-Stromzähler geliefert, um eine Verrechnung für den Handel elektrischer Energie durchzuführen. Daher wird die Gerechtigkeit des Handels elektrischer Energie direkt durch die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des Betriebs einer Messwicklung eines Spannungswandlers beeinflusst. Um die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit eines Messwicklungssignals eines Spannungswandlers bei dessen Betrieb genau zu beurteilen, wird zurzeit die Verbreitung der Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtungen schon in großem Umfang gefördert. Bei einer derartigen Vorrichtung wird lediglich ein Messwicklungssignal eines Spannungswandlers bei dessen Betrieb erfasst und durch eine Big-Data-Analyse erfolgt eine Fehlerberechnung für jeden überwachten Spannungswandler, um die Genauigkeit des Spannungswandlers bei dessen Betrieb zu beurteilen. Eine Messwicklung eines Spannungswandlers weist eine Genauigkeitsklasse von 0,2 auf und die Genauigkeitsklasse der Signalabtastung einer Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung soll nicht niedriger als 0,05 sein. Des Weiteren ist ein zuverlässiger und stabiler langzeitiger Betrieb notwendig. Um diese Genauigkeitsklasse zu erfüllen, werden zurzeit in der Regel zweistufige Spannungswandler verwendet. Zweistufige Spannungswandler sind in zwei strukturellen Ausgestaltungen erhältlich:
- Bei einer Ausgestaltung wird eine Struktur zum magnetischen Potentialausgleich eingesetzt. Dabei wird zunächst auf einem ringförmigen Hilfskern eine Erregerwicklung gewickelt, die dann mit einem ringförmigen Hauptkern verschachtelt wird. Auf dem verschachtelten Bauteil werden ein Proportionalmagnet und schließlich eine Sekundärwicklung gewickelt. Sowohl die Erregerwicklung als auch der Proportionalmagnet werden durch eine Primärspannung erregt und mittels eines durch die Erregerwicklung an dem Hilfskern erzeugtes magnetisches Potential wird das magnetische Potential des Hauptkerns ausgeglichen, sodass der Erregerstrom des Proportionalmagnets nahe an Null liegt. Daher weist der zweistufige Spannungswandler einen sehr geringen Erregerfehler auf;
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Bei einer anderen Ausgestaltung wird eine Struktur zum elektrischen Potentialausgleich eingesetzt. Dabei werden zunächst auf einem Eisenkern eines erststufigen Spannungswandlers zwei Primärwicklungen mit der gleichen Windungszahl gewickelt, wobei eine der Wicklungen direkt mittels einer Primärspannung erregt wird, während die andere Wicklung nach deren Reihenschaltung mit einer Primärwicklung eines zweitstufigen Spannungswandlers ebenfalls durch die Primärspannung erregt wird. Eine Sekundärwicklung des erststufigen Spannungswandlers dient nach deren Reihenschaltung mit einer Sekundärwicklung des zweitstufigen Spannungswandlers als Sekundärausgang, sodass die Differenz zwischen der Primärspannung und dem elektrischen Erregungspotential des erststufigen Spannungswandlers an der Primärwicklung des zweitstufigen Spannungswandlers angelegt wird, wodurch der Sekundärausgang mit dem erststufigen Ausgang überlagert wird und somit ein erststufiger Erregerfehler ausgeglichen wird.
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Die erste strukturelle Ausgestaltung für zweistufige Spannungswandler ist in der Regel für eine Primärspannung von nicht höher als 10 kV anwendbar. Dies liegt daran, dass je höher die Spannung ist, desto schwieriger der Entwurfs- und Bearbeitungsprozess der Isolierung beim Wickeln einer ringförmigen Wicklung ist. Bei der Anwendung für eine Spannung von höher als 10 kV werden nicht nur hohe Kosten, sondern auch Risiken hinsichtlich der Isolierung des Produkts infolge einer nicht angemessenen Isolierstruktur verursacht. Um den Schwierigkeitsgrad des Entwurfs- und Bearbeitungsprozesses der Isolierung zu senken, erfolgt bei zweistufigen Spannungswandlern zur Anwendung bei Spannungen von höher als 10 kV in der Regel eine indirekte Erregung. Das heißt, eine Erregerspule ist an eine Sekundärseite eines speziell dafür vorgesehenen Erregungs-Spannungswandlers angeschlossen. Somit ist zusätzlich ein Spannungswandler mit der gleichen Spannungsklasse vorgesehen und gleichzeitig wird die Auswirkung des magnetischen Potentialausgleichs beeinträchtigt.
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Obwohl die zweite strukturelle Ausgestaltung für das Wickeln zylindrischer Wicklungen anwendbar ist (somit wird das Problem schwierigen Entwurfs- und Bearbeitungsprozesses der Isolierung beim Wickeln einer ringförmigen Wicklung des zweistufigen Spannungswandlers der ersten strukturellen Ausgestaltung gelöst. Bei der ersten strukturellen Ausgestaltung wird ein ringförmiger Eisenkern verwendet, auf dem keine zylindrische Wicklung gewickelt werden kann), wird infolge der hohen Windungszahl einer Primärwicklung eines Spannungswandlers mit einer hohen Spannungsklasse eine sehr große verteilte Kapazität zwischen zwei Primärwicklungsschichten verursacht, sodass der kapazitive Strom in einer Spule gegenüber dem Erregerstrom nicht vernachlässigbar ist, wodurch die Auswirkung des elektrischen Potentialausgleichs beeinträchtigt wird. Nachteile im Stand der Technik wurden oben beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund stellt das vorliegende Gebrauchsmuster einen für eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung anwendbaren zweistufigen Spannungswandler bereit, um somit die oben beschriebenen Nachteile im Stand der Technik zu lösen.
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INHALT DES VORLIEGENDEN GEBRAUCHSMUSTERES
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Dem vorliegenden Gebrauchsmuster liegt die Aufgabe zugrunde, angesichts des Nachteils im Stand der Technik, dass ein bestehender zweistufiger Spannungswandler nicht in der Lage ist, die Anforderungen an magnetischen Potentialausgleich zu erfüllen und gleichzeitig den Nachteil bei elektrischen Potentialausgleich zu überwinden, einen für eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung anwendbaren zweistufigen Spannungswandler bereitzustellen, womit das Problem im Stand der Technik gelöst wird.
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Gemäß dem vorliegenden Gebrauchsmuster wird die Aufgabe gelöst durch die folgende technische Ausgestaltung:
- Ein für eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung anwendbarer zweistufiger Spannungswandler umfasst einen ersten Eisenkern, einen zweiten Eisenkern, eine Primärwicklung, eine Erregerwicklung, eine Sekundärwicklung, eine Schutzhülle und einen Isolierfilm, wobei die Primärwicklung und die Erregerwicklung auf dem ersten Eisenkern gewickelt und parallel geschaltet sind, wobei die Schutzhülle zwischen der Primärwicklung und dem ersten Eisenkern angeordnet ist, wobei die Sekundärwicklung auf dem zweiten Eisenkern gewickelt ist, wobei zwischen der Schutzhülle und der Primärwicklung und zwischen der Sekundärwicklung und dem zweiten Eisenkern jeweils der Isolierfilm vorgesehen ist;
- wobei die Sekundärwicklung eine erste Sekundärwicklung und eine zweite Sekundärwicklung umfasst, wobei sowohl die erste Sekundärwicklung als auch die zweite Sekundärwicklung auf dem zweiten Eisenkern gewickelt sind.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden technischen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärwicklung, der ersten Sekundärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung bei 25:3:1 liegt.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden technischen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Material des ersten Eisenkerns Permalloy 1J85 verwendet wird und als Material der Schutzhülle ebenfalls Permalloy 1J85 verwendet wird.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden technischen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Material des zweiten Eisenkerns Siliziumstahlbleche Z11 verwendet werden.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden technischen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass er ferner einen Befestigungsrahmen umfasst, der am Außenumfang der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden technischen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Material des Befestigungsrahmens Aluminium 6061 verwendet wird.
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Das vorliegende Gebrauchsmuster zeichnet sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster durch die vorgesehene Erregerwicklung der Spannungswandler die Anforderung an magnetischen Potentialausgleich erfüllen kann und durch den Isolierfilm eine Überlappung der Spulen verhindert wird. Somit wird der Nachteil bei einem Spannungswandler der zweiten strukturellen Ausgestaltung gelöst, dass die verteilte Kapazität zwischen einzelnen Spulenschichten groß ist und der kapazitive Strom in einer Spule gegenüber dem Erregerstrom nicht vernachlässigbar ist, wodurch die Auswirkung des elektrischen Potentialausgleichs beeinträchtigt wird.
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Des Weiteren zeichnet sich das vorliegende Gebrauchsmuster durch zuverlässiges Entwurfsprinzip, einfachen Aufbau und vielversprechende Anwendungsaussichten aus.
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Somit ist es ersichtlich, dass gegenüber dem Stand der Technik das vorliegende Gebrauchsmuster hervorragende wesentliche Merkmale und bedeutende Fortschritte aufweist und vorteilhafte Auswirkungen, die sich aus der Ausführung des Gebrauchsmusters ergeben, auch offensichtlich sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Darin zeigen
- 1 eine schematische Strukturansicht des zweistufigen Spannungswandlers;
- 2 eine schematische Prinzipdarstellung des zweistufigen Spannungswandlers.
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Darin stehen 110 für ersten Eisenkern, 120 für zweiten Eisenkern, 130 für Primärwicklung, 140 für Erregerwicklung, 150 für erste Sekundärwicklung, 160 für zweite Sekundärwicklung, 170 für Schutzhülle, 180 für Isolierfilm und 190 für Befestigungsgehäuse.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die konkreten Ausführungsbeispiele auf das vorliegende Gebrauchsmuster näher eingegangen und die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen zum Erläutern des Gebrauchsmusters, das jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt ist.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, stellt das vorliegende Gebrauchsmuster einen für eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung anwendbaren zweistufigen Spannungswandler bereit. Er umfasst einen ersten Eisenkern, einen zweiten Eisenkern, eine Primärwicklung, eine Erregerwicklung, eine Sekundärwicklung, eine Schutzhülle, einen Isolierfilm und ein Befestigungsgehäuse. Das Befestigungsgehäuse dient zum Befestigen des ersten Eisenkerns und des zweiten Eisenkerns und zum Verhindern des Wackelns des ersten Eisenkerns und des zweiten Eisenkerns bei der Verwendung des Wandlers; dabei sind die Primärwicklung und die Erregerwicklung auf dem ersten Eisenkern gewickelt und parallel geschaltet. Die Schutzhülle ist zwischen der Primärwicklung und dem ersten Eisenkern angeordnet. Die Sekundärwicklung ist auf dem zweiten Eisenkern gewickelt. Zwischen der Schutzhülle und der Primärwicklung und zwischen der Sekundärwicklung und dem zweiten Eisenkern ist jeweils der Isolierfilm vorgesehen. Die Sekundärwicklung umfasst eine erste Sekundärwicklung und eine zweite Sekundärwicklung. Sowohl die erste Sekundärwicklung als auch die zweite Sekundärwicklung sind auf dem zweiten Eisenkern gewickelt.
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Indem bei dem vorliegenden Gebrauchsmuster die Erregerwicklung direkt auf dem ersten Eisenkern gewickelt ist, ist für den zweistufigen Spannungswandler nicht notwendig, einen zusätzlichen Spannungswandler als Erregungs-Spannungswandler vorzusehen. Somit wird neben einfachem Aufbau und gesparten Herstellungskosten auch die Messgenauigkeit erhöht, was eine Anwendung bei einer genauen Erfassung eines Spannungssignals durch eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung ermöglicht.
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Im Detail liegt das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärwicklung, der ersten Sekundärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung bei 25:3:1. Somit wird ein erwünschter Verhältnisfehler erzielt und die Messgenauigkeit des zweistufigen Spannungswandlers erhöht.
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Dabei wird als Material des ersten Eisenkerns Permalloy 1J85 verwendet und als Material der Schutzhülle ebenfalls Permalloy 1J85 verwendet. Somit kann neben erhöhter magnetischer Leitfähigkeit des Eisenkerns ferner die Messgenauigkeit des zweistufigen Spannungswandlers erhöht und eine genaue und zuverlässige Erfassung analoger Signale für eine Spannungswandler-Online-Überwachungsvorrichtung sichergestellt werden; als Material des zweiten Eisenkerns werden Siliziumstahlbleche Z11 verwendet.
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Des Weiteren umfasst der zweistufige Spannungswandler ferner einen Befestigungsrahmen, der am Außenumfang der Primärwicklung und der Sekundärwicklung angeordnet ist. Als Material des Befestigungsrahmens wird Aluminium 6061 verwendet.
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Indem zwischen einzelnen Spulenschichten jeweils ein Isolierfilm vorgesehen ist, wird durch den Isolierfilm eine Überlappung der Spulen, womit der Nachteil bei einem Spannungswandler der zweiten strukturellen Ausgestaltung gelöst wird, dass die verteilte Kapazität zwischen einzelnen Spulenschichten groß ist und der kapazitive Strom in einer Spule gegenüber dem Erregerstrom nicht vernachlässigbar ist, wodurch die Auswirkung des elektrischen Potentialausgleichs beeinträchtigt wird.
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Bisher wurden lediglich bevorzugte Ausführungsformen des vorliegenden Gebrauchsmusters offenbart, worauf das Gebrauchsmuster keineswegs eingeschränkt ist. Jegliche nicht-kreative Abänderungen, die dem Fachmann auf diesem Gebiet naheliegen, sowie verschiedene Verbesserungen und Modifikationen, die ohne Abweichung von dem Prinzip des Gebrauchsmusters vorgenommen werden, sollten von dem Schutzumfang des vorliegenden Gebrauchsmusters umfasst sein.
