DE2457797C3

DE2457797C3 - Als Strom- und Spannungswandler verwendbarer eisenkernfreier Meßwandler

Info

Publication number: DE2457797C3
Application number: DE2457797A
Authority: DE
Inventors: Ikuro Hirano; Shinichi Kuze; Tomoyoshi Ochiai
Original assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1973-12-07
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2457797A1; GB1464047A; FR2254098B1; FR2254098A1; CH588762A5; CA1031037A; DE2457797B2; US3949290A

Description

Die Erfindung betrifft einen als Strom- und Spannungswandler verwendbaren eisenkernfreien Meßwandler mit einer von einem Strom durchflossenen Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von diesem Strom, einem eine zum Magnetfeld proportionale elektrische Spannung abgebenden Element und einer rohrförmigen liolierschicht, die sich zwischen dem die elektrische Spannung abgebenden Element und der das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung erstreckt.

Ein derartiger Meßwandler ist aus der CH-PS 4 37 521 bekannt

Beim bekannten Meßwandler ist ein an eine Hochspannungsleitung angeschlossener Bolzen durch eine Kondensatordurchführung hi/durchfiel jhrt. welche mit mehreren elektrisch leitenden Einlagen versehen ist, die gegeneinander isoliert koaxial um den leitenden Bolzen verlaufen. Sobald ein Strom durch den leitfähigen Bolzen fließt, entsteht sotvohl ein magnetisches wie ein elektrisches Feld in der Kondensatordurchführung. Eine am Umfang der Kondensatordurchführung vorgesehene Halbleiteranordnung erzeugt ein dem magnetischen Feld proportionales Signal, welches an ein Stromstärkemeßinstrument weitergeliefert wird. Eine weitere Halbleiteranordnung, welche ebenfalls am Umfang der Kondensatordurchführung angeordnet ist, gibt ein dem elektrostatischen Feld proportionales Signal ab, das an ein Spannungsmeßinstrument weitergeleitet wird. Nachteilig ist dabei, daß eine Erhöhung der magnetischen Feldintensität des durch den Bolzen erzeugten Magnetfeldes nicht erzielbar ist. Ferner läßt es sich nicht vermeiden, daß äußere Magnetfelder Einflüsse auf die Halbleiteranordnungen ausüben, wodurch Meßwertverfälschungen sich ergeben. Außerdem können durch den Montageflansch, an weichem die Kondensatordurchführung befestigt ist, aufgrund der magnetischen Sättigung dieses Flansches unerwünschte Einflüsse auf das gebildete Magnetfeld nicht verhindert werden.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 14 921 ist ein kombinierter Strom- und Spannungswandler bekannt, welcher einen aus einem kapazitiven Teiler bestehenden Spannungswandlerteil aufweist. Die Beläge des Hochspannungsmeßkondensators sind in der Ausleitungsisolation des Stromwandlers, welche das Dielektrikum bildet, angeordnet. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers ist dabei von dieser Isolation umeeben. Die

Sekundärwicklung des Stromwandlers wird durch die Beläge des Hochspannungsmeßkondensators elektrostatisch abgeschirmt. Der bekannte Wandler kann als kombinierter Meßwandler ohne Eisenkern keine Verwendung finden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen als Strom- und Spannungswandler verwendbaren eisenkernfreien Meßwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der trotz eines kompakten A.ufbaus auch für Hochspannungszwecke gteigret ist und der eine von außen möglichst wenig beeinflußte Erfassung von Strom und Spannung gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Element, welche die zum Magnetfeld proportionale Spannung abgibt, innerhalb eines Abschirmrohres, auf welchem die Isolierschicht in Kegelstumpfform angeordnet ist, befestigt ist und mit der das Magnetfeld bildenden, ganz oder teilweise von dem zu messenden Strom durchflossenen Spule zusammenwirkend als Stromwandler verschaltet ist, während das Abschirmrohr und die darauf befindliche Isolierschicht in der Weise mit leitenden Schichten ais Elektrode ausgestattet sind, daß ein fCoppelkondensator und ein Spannungsteilerkondensator des kapazitiven Spaanungswandlers gebildet sind.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß sowohl der Koppelkondensator als auch der Spannungsteilerkondensator des kapazitiven Spannungswandlers in der rohrförmigen Isolierung untergebracht werden können, ohne daß die Erfassung von Strom und Spannung nachteilig beeinflußt sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild des in Fig. 1 gezeigten Meßwandlers,

F i g. 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsforni der Erfindung,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine Spule, die im Meßwandler ,iach F i g. 3 verwendet wird,

Fig. 5A eine Frontansicht der in Fig. 4 gezeigten Spule,

Fig.5B eine Seitenansicht der in Fig. 4 gezeigten Spule,

Fig. 6 eine Draufsicht mit Teilausschnitt eines inneren Rohres, das Bestandteil der Spule in F i g. 4 ist,

Fig. 7 eine Frontansicht des inneren Rohres aus Fig. 6,

Fig.8 eine Draufsicht des äußeren Rohres, das ein Bestandteil der Spule in F1 g. 4 ist,

Fig. 9 9 eine Frontansicht des in Fig. 8 gezeigten äußeren Rohres,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 einen Längsschnitt einer Kondensatorelektrode, die in der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird,

Fig. 12 ein Schaltbild des Spannungswandlerabschnittes der dritten Ausführungsform der Erfindung, ω

Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine Abwandlung der in F i g. !I gezeigten Ausführungsform,

Fig. 14 ur° perspektivische Ansicht eines Aufbans einer Magnet, bschirmung für eine vierte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15 eine Draufsicht auf die magnetische Abschirmung in Fig. 14 und

Fig. 16 einen teilweisen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Meßwandlers gemäß der Erfindung dargestellt Dieser Wandler kann in seinem Aufbau in drei Abschnitte eingeteilt werden. Der erste Abschnitt ist ein oberes ölgehäuse 30, sodann folgen ein Porzellanrohr 31 und ein unteres Gehäuse 32. Das obere ölgehäuse, dessen Querschnitt rohrförmig ist, ist auf der Oberseite des Porzellanrohrs 31 mit einer dazwischenliegenden Dichtung 33b angeordnet Hierzu ist ein Flansch eines Ringes 35a am oberen Ende des Porzellanrohres befestigt und an einem Bodenflansch des oberen ölgehäuses 30 mittels geeigneter Befestigungselemente befestigt. Eine Deckplatte 34 ist an einem Flansch des oberen Endes des oberen ölgehäuses 30 mittels geeigneter Befestigungselemente befestigt, wobei dazwischenliegend eine Dichtung 33a vorgesehen ist. Das Porzellanrohr 31 ist außerdem auf dem unteren Gehäuse 32 mit einer dazwischenliegenden Dichtung 33cbefestigt Dabei ist ein Flansch eines Ringes 35b, der fest um das untere Ende des Porzel! ,^rohres 31 gelegt ist, mit einem Flansch des oberen TeUeD des unteren Gehäuses 32 mittels geeigneter Befestigungselemente verbunden.

Der innere Raum des oberen Gehäuses 30 und der des Porzellrorohres 31 besitzen eine gemeinsame ölfüllung 39, wobei oberhalb des ölspiegels ein ausreichender Luftraum 39' vorgesehen ist Ein Hauptleiter 37 mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 38 erstreckt sich durch das obere Gehäuse 30. Der Hauptleiter 37 ist mit einer Eingangsklemme K und einer Ausgangsklemme L versehen und ist in die Seitenwände des oberen Gehäuses 30 durch geeignete Maßnahmen derart eingepaßt, daß ein Ölaustritt vermieden ist.

Ein Abschirmrohr 41 ist in die Deckplatte des unteren Gehäuses 32 durch Verwendung von Wachs oder Klebstoff dicht eingesetzt, um ölaustritt zu vermeiden. Ein Element 42, welches eine zu einem Magnetfeld proportionale Spannung abgibt, beispielsweise ein Hall-Element, eine Meßspule u.dgl., sind in das Abschirmrohr 41 eingesetzt. Im dargestellten Beispiel wird ein Hall-Element verwendet, das mit dem Dezugszeichen 42 versehen ist. Eine kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 ist um das Abschirmrohr 41 geformt und wird von diesem getragen. Eine Spule 45 zur Ausbildung eines Magnetfeldes ist um die kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 derart gelegt, daß sie das Hall-Element 42 umgibt. Ein Nebenwiderstand 51 ist an einem Ende mit der Eingangsklemme K des Hauptleiters 37 und mit dem anderen Ende mit dem einen Anschluß der Spule 45 verbunden. Das andere Ende der Spule 45 ist mit der Ausgangsklemme Z-des Hauptleiters 37 verbunden. Die kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 ist ar dar äußersten Stelle mit der Klemme L des Hauptleiters 37 und an ihrer innersten Stelle über eine Klemme 50 mit einem Kondensator Cj und einem Spannungsteiler 47a (Fig. 2) verbunden, der in einem Spannungsteilerkasten 47 untergebracht ist, welcher sich in dem unteren Gehäuse 32 befindet. Das Hall-Element 42 ist mit einer Gleichspannungsquelle 46 und einem anderen Spannungsteiler 476 (Fig,2) verbunden, der sich in dem Kasten 47 befindet.

Das Abschirmrohr 4i kann aus einem nichtmagnetischen, mit Kohle überzogenen Isolierrohr oder einem nichtrostenden Rohr gebildet sein. Die kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 gewährleistet die Isolation zwischen der Spule 45 und dem Abschirmrohr 41 und dient außerdem zur Bildung eines KoDDelkondensators

Ci. Die kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 ist aus konzentrischen Zylindern eines Isoliermaterials gebildet, das aus ölgetränktem Hartpapier oder Preßspan hergestellt ist, wobei jeweils eine Lage aus einer Metallfolie zwischen diesen liegt. Die kcgelstumpffci mige Isolierschicht 40 verjüngt sich stufenweise von de Stelle an, an der die Spule 45 angeordnet ist, bis zu d..n Unterteil des Abschirmrohres, damit das elektrische Feld e'entlang des Kriechweg-Abstandes der Unterseite gleichförmig ist, was durch die Äquipotentiallinien angedeutet ist. Die äußere Lage der Metallfolie der kegelstumpfförniigen Isolierschicht 40 liegt auf einem hohen Potential, während das Abschirmrohr sowie das untere Gehäuse 32 geerdet sind. Bei diesem Aufbau wird der Koppelkondensator C'durch die kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 gebildet. Eine weitere Kapazität wird zwischen der Innenlage der Metallfolie in der Isolierschicht und dem Abschirmrohr 41 gebildet. Die letztgenannte Kapazität dient als Spannungsteilerkondensator c« fur den Spannungswandler.

In F i g. 2 ist ein elektrischer Schaltkreis des anhand der Fig. 1 bisher beschriebenen Meßwandlers dargestellt. Gleiche Bezugszeichen in F i g. 2 betreffen entsprechende Bauteile in Fig. 1. In Fig. 2 ist die Eingangsklemme K mit einem Ende des Widerstandes 38 und mit einem Ende des Nebenwiderstandes 5) verbunden. Die Widerstände 38 und 51 sind Nebenwiderstände, und insbesondere dient der Widerstand 51 der Einstellung des Stromflusses durch die Spule 45. Das andere Ende des Widerstands 38 ist mit der Klemme L einem Ende der Spule 45 und einem Ende des Koppelkondensators Cj verbunden. Das andere Ende des Widerstands 51 ist mit dem anderen Ende der Spule 45 verbunden. Die aus Widerstand 51 und Spule 45 gebildete Reihenschaltung liegt parallel zum Widerstand 38. Dabei verzweigt sich der Hauptstrom /in die Ströme kund Ij. wie in F i g. 2 gezeigt ist. Das Verhältnis der Ströme Ij und h wird durch den einstellbar'η Widerstand51 gesteuert.

Das andere Ende des Koppelkondensators Cj ist mit einem Ende der Parallelschaltung verbunden, die aus dem Kondensator Cj, dem Kondensator Q und dem Spannungsteiler 47a besteht. Die Parallelschaltung ist am anderen Ende geerdet. Wie vorstehend bereits beschrieben, wird der Kondensator d zwischen der inneren Metallfolie der kegelstumpfförmigen Isolierschicht und dem Abschirmrohr 41 gebildet und wird als Spannungsteilerkondensator verwendet. Der Kondensator Cj und der Widerstand 47a sind im unteren Gehäuse 32 untergebracht. Die Parallelschaltung bildet zusammen mit dem Koppelkondensator Cj nnen Spannungswandler. Die der Hauptspannung proportionale Spannung erscheint parallel zum Spannungsteiler 47a. Das Hall-Element 42 ist im Zentrum der Spule 45 zur Entwicklung der Spannung in Abhängigkeit zum Magnetfeld der Spule 45 angeordnet Die Gleichspannungsquelle 46 versorgt das Hall-Element über die Zuleitung 43 mit einer Vorspannung. Die durch das Hall-Element erzeugte Ausgangsspannung wird an den Spannungsteiler 47b über den Zuleitungsdraht 44 gegeben. Die Spule 45, das Hall-Element 42 und der Spannungsteiler AJb bilden einen Stromwandler. Das heißt, die zum Primärstrom // proportionale Spannung erscheint am Spannungsteiler 476. Die Verwendung der Widerstände 38 und 51 ermöglicht es, daß der Strornfluß durch die Spule 45 vermindert ist, so daß der Zuleitungsdraht mit kleinem Querschnitt ausgebildet sein kann, sogar dann, wenn der Primärstrom groß ist Wenn geringe Primärströme erfaßt werden sollen, kann der Primärstrom Λ direkt an die Spule 4^S geliefert werden, ohne daß Nebenschlußwiderstände 38 und 51 notwendig sind.

In F i g. 3 ist eine zweit"; Ausfiihrrngsform eines Meßwandlers gemäß der t.Mindung dargestellt. Teile, die denjenigen in der Cig. 1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Merkmal dieser Aiisfuhrjngsform liegt in der Bauweise der Spule 45. Wie in der F i g. J gezeigt ist, besteht die Spule 45 aus einem inneren Rohr 37a und einem äußeren Rohr 37i>. Diese Rohre sind aus Metallblech oder aus einem Gußstück gefertigt, wobei das Material eine gute Leitfähigkeit aufweist und

i"> beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium besteht.

Diese rohrförmige Spule 45 wird im einzelnen anhand der F i g. 4 bis 9 beschrieben.

Das innere Rohr 37a ist einstückig an seiner Oberseite mit einem Flansch 37a'versehen. dessen abgewinkelter

m Teii ais Eingangskiemme K verwendet wird Das äußere Rohr 37b ist ebenfalls an der Oberseite einstückig mit einem Flansch 37 b versehen, dessen abgewinkelter Teil für die Ausgangsklemme /. (F ι g. 4, 6 und 8) verwendet wird. Wie die F i g. 7 zeigt, ist der halbe unlere Teil des

2ί inneren Rohrs 37a weggeschnitten, wobei die Schnitt stelle schräg nach unten zur Mitte des inneren Rohrs verläuft, sodann für einen kurzen Weg entlang der Rohrachse, anschließend einen halbkreisförmigen Ausschnitt a' bildet und endlich den Weg entlang der Rohrachse fortsetzt. Der Radius des verbleibenden unteren Teils des inneren Rohrs 37a ist der gleiche wie der des äußeren Rohrs 376, d. h. großer als der Radius des oberen Teils des inneren Rohrs 37a. Dieser untere verbleibende Teil ist mit dem Bezugszeichen b in F i g. 7 versehen.

Demgegenüber ist der halbe untere Teil des äußeren Rohrs 376 durch einen Schnitt abgeschnitten, der sich schräg nach unten zur Mitte des Rohrs erstreckt, dann für einen kurzen Weg entlang der Rohrachse verläuft, einen halbkreisförmigen Ausschnitt a" bildet und endlich weiter entlang der Rohrachse verläuft.

F i g. 5A zeigt die rohrförmige Spule, die entsteht, wenn das innere und das äußere Rohr 37a und 376 kombiniert werden. Wie aus der F i g. 5A zu sehen ist, bilden die beiden halbkreisförmigen Ausschnitte a'und a" einen kreisförmigen Durchlaß a, und die beiden Rohre berühren sich am unteren Teil an der Stelle A, wogegen sie in ihren oberen Bereichen durch Spalte c' und c" voneinander getrennt sind. In Fig.5B sind die beiden Schrägschnitte der Rohre zu sehen, wenn die beiden Rohre zusammengesetzt sind.

Bei einem derartigen Aufbau der rohrförmigen Spule fließt der Primärstrom // von der Eingangsklemme K durch das innere Rohr 37a, den Berührungsteil A,

ss zwischen innerem und äußerem Rohr und über das äußere Rohr 37 ft zur Ausgangsklemme L, wie dies durch Pfeile angezeigt ist Das heißt, die rohrförmige Spule ist eine Spule mit einer Windung um den kreisförmigen Durchlaß a, d.h. eine Spule mit einer Windung. Das durch diese Spule ausgebildete Magnetfeld H ist senkrecht zu dem der Spule von der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform gerichtet, wie es in F i g. 5B gezeigt ist Daher durchsetzen die entsprechenden Elektroden der kegelstumpfförmigen Isolierschicht 40 das ausgebildete

«i Magnetfeld nicht

In F i g. 3 ist außerden gezeigt, daß die rohrförmige Spule 45 in das Porzellanrohr 31 eingesetzt ist und von den Flanschen 37a'und 376'getragen wird, welche von

dem Flansch des Rings 35a und dem Bodenflansch des oberen ölgehäuses 30 genalten werden. Eine Dichtung 3.1<Y ist zwischen den Flansch 37fr'und den Flansch des Rings 35a eingelegt. Eine Dichtung 33e ist zwischen den Flansch 37a' und den Bodenflansch des oberen Ölgehäuses 30 eingelegt. Eine Isolierdichtung 33/ ist zwischen die Flansche 37a' und 37b' eingelegt. Das ober» ölgehäuse 30 liegt an einem hohen Potential und das untere Gehäuse 32 an einem niedrigen Potential wie im vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiel. Um Koronaentladungen zu verhindern, ist ein ringförmiger Abschirmring 183 um das Porzellanrohr 31 angeordnet.

Der Meßwandler gemäß der zweiten Ausführungsform enthält die Spule 45, die aus zwei koaxial zusammengesetzten Rohren 37a und 37b gebildet ist und bei der der Primärleiter mit seiner Eingangs- und Ausgangsklemme und die Verbindungsdrähte zwischen Primärleiter und Spule integrale Teile der Spule sind. Demgemäß ist ein Meßwandler dieser Ausführungsform als Jjtarkstromwandier geeignet, da der Querschnitt des Zuführungsdrahtes ausreichend groß bemessen werden kann und eine gleichförmige Stromverteilung ermöglicht werden kann. Bei der Behandlung starker Ströme sind keine Nebenschlußwiderstände und keine dazugehörenden Verbindungsdrähte notwendig. Ferner wird eine wirksame Ausnutzung des Raumes in dem Porzellanrohr 31 ermöglicht, wodurch der Meßwandler in seiner Größe klein gehalten werden kann.

Eine dritte Ausführungsform eines Meßwandlers gemäß der Erfindung wird nun anhand der Fig. 10 beschrieben. Dabei sind gleiche Teile aus der F i g. 1 mit gleitnen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform ist durch einen zusätzlichen, einen Kondensator bildenden Elektrodenaufbau gekennzeichnet. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, erstreckt sich das Abschirmrohr 41 in das obere Ölgehäuse 30. Das ölgehäuse wird von einem Gehäuseteil 123 mit Zwischendecke 125, die Bohrungen 125a aufweist, gebildet. Eine Kondensatorelektrode 121 ist an der Oberseite des Abschirmrohrs 41 vorgesehen. Ein eine Fortsetzung der Isolierschicht bildendes Isoliermaterial 124 umgibt die Kondensatorelektrode 12i und das Abschirmrohr 41. Das Isoliermaterial ist aus dem gleichen Material wie die kegelstumpfförmige Isolierschicht 40 gefertigt. Eine leitfähige Schicht 122 erstreckt sich so weit, bis sie mit der Innenfläche des inneren Rohrs 37a der rohrförmigen Spule 45 in Berührung kommt, und sie umgibt außerdem das Isoliermaterial 124. Die leitfähige Schicht 122 liegt an hohem Potential. Die aus der leitfähigen Schicht 122, dem Isoliermaterial 124 und der Kondensatorelektrode 121 gebildete Kapazität wird als Koppelkondensator Gs (Fig. 12) verwendet. Dichtungen 35e und 35/verhindern einen ÖlaustritL

In F i g. 11 ist im einzelnen die Kondensatorelektrode

121 dargestellt welche aus leitfähigem Material, beispielsweise Aluminium, gefertigt und hohl ausgebildet ist Die Kondensatorelektrode 121 besitzt einen Befestigungsbereich 137, an dem die Oberseite des Abschirmrohrs 41 mittels Schrauben über Isolierabdich tungen 135,136 befestigt ist Wie oben bereits erwähnt ist umgibt das Isoliermaterial 124 die Kondensatorelektrode 121 und wird ihrerseits von der leitfähigen Schicht

122 umgeben, die mit dem inneren Rohr 37a der Spule 45 verbunden ist Durch diesen Aufbau ist der Koppelkondensator Ce zwischen der leitfähigen Schicht 122 und der Kondensatorelektrode 121 gebildet

Bei der AusfOhrungsform der Fig.! kann unter Umständen eine Verschmutzung des Porzellanrohrs 31 zu einer weiteren Kapazität inzwischen dem Porzellanrohr 31 und der äußeren Lage der leitfähigen Folien in der kegelstumpfförmigen Isolierschicht 40 (Fig. 1) führen. Die Bildung dieser Kapazität wird bei Einbau der Kondensatorelektrode 121 vermieden.

Die Kondensatorelektrode 121 beinhaltet eine Reihe von Elektroden 139, die sich zueinander parallel erstrecken, einstückig m>t der Elektrode 121 ausgebildet sind und auf dem gleichen ⁿotential liegen. Eine weitere Anzahl von Elektroden 128 erstreckt sich in der Elektrode 121 in zueinander paralleler Ausrichtung, wobei diese Elektroden zwischen den erstgenannten Elektroden 139 mit hohem Potential liegen und ölgetränktes Isoliermaterial, wie beispielsweise Hartpapier oder Preßspan, um diese Elektroden herum angeordnet ist.

Diese letztgenannten Elektroden 128 sind alle über eine Leitung 134, welche durch eine öldichte Klemme 133 läuft, mit dem an Masse liegenden Abschirmrohr 41 verbunden. Eine Leitung 132 ist an einen Spannungsteiler 141 (Fig. 12) angeschlossen. Dadurch wird ein Spannungsteilerkondensator C/gebildet.

Der obenerwähnte Koppelkondensator Ce und der Spannungsteilerkondensator C; sind im gleichen öl untergebracht. Hierzu sind mehrere Bohrungen 131 in der Kondensatorelektrode 121 vorgesehen, so daß das öl durch diese hindurchtreten kann.

Die Fig. 12 zeigt eine elektrische Schaltung der eben beschriebenen Vorrichtung. Die Kondensatoren Ce und

μ C/ sind in Reihe geschaltet, und der Spannungsteiler 141 ist parallel zum Spannungsteilerkondensator Ogeschaltet, um einen Spannungsabfall an dieser Stelle feststellen zu können. Somit ergeben diese Komponenten einen Spannungswandler. Wie oben ausgeführt wurde, ist ein möglicher Kondensator Cs von dem Porzellanrohr 31 isoliert, so daß der Kondensator Ce durch Verschmutzung des Porzellanrohrs nicht beeinflußt wird. Außerdem sind die Kondensatoren Cs und C/ in dem gleichen öl untergebracht, so daß eine Abweichung in der Kapazität dieser Kondensatoren aufgrund von Temperaturveränderungen ausgeschlossen ist.

Diese dritte Ausführungsform der Erfindung kann auch mit einer umgekehrten Anordnung der rohrförmigen Spule verwendet werden, wie in F i g. 13 gezeigt ist,

wobei Dichtungen 33d, 33e und 33/" einen ölaustritt verhindern.

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung sol! nachfolgend gegeben werden. Diese Ausführungsform ist dadurch ausgezeichnet, daß in dem Meßwandler Elemente zum Ausschalten magnetischer Störungen bei dem durch die Spule ausgebildeten Magnetfeld oder dem zu wandelnden Magnetfeld eingebaut werden. In Fig. 14 ist eine schematische Darstellung solcher Elemente gegeben, wobei zwei koaxial angeordnete Zylinder 162 und 163 durch eine Reihe von Abstandshaltern 161 voneinander getrennt sind, weiche in gleichmäßigen Abständen in dem Zwischenraum zwischen den Zylindern 162 und 163 angeordnet sind. Die das Magnetfeld bildenden Spulen 164 und das Hall-Element 42 sind in bekannter Weise innerhalb der Doppelzylinder angeordnet

Sobald der Hauptstrom von der Eingangsklemme K Ober die Spulen 164 zu der Ausgangsklemme L fließt entsteht ein Fluß B, der die Spulen entsprechend der Pfeile durchsetzt und der proportional zum Hauptstrom ist Das in bekannter Weise in dieses Magnetfeld eingesetzte Hall-Element 42 erzeugt eine zum Magnet feld proportionale Spannung.

In Fig. 15 ist der Fluß Φ_ο, der durch die Spulen IM gebildet wird, durch ausgezogene Linien mit Pfeilspu zen dargestellt. Da der Innenzylinder aus einem metallischen Material hoher Leitfähigkeit, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, gefertigt ist, induziert der Wechselfluß Φο am Innenzylinder 163 einen großen Wirbelstrom. Der induzierte Wirbelstrom jedoch wirkt gegen den Fluß Φ>· so daß der Fluß Φο ^urch den Innenzylinder 163 begrenzt wird, wie in der Figur gezeigt ist.

Der Außenzylinder 162 vermeidet das Austreten des zu wandelnden Flusses Φ_ο und schließt den Fluß Φ, von außen her aus, welcher beispielsweise durch Ströme anderer Phasenleitungen gebildet wird. Der Außenzylinder 162 ist aus einem Elektrofluß-Blech gefertigt, und seine magnetische Permeabilität ist viel höher als die der Luft, d. h., sein magnetischer Widerstand ist ziemlich niedrig. Dabei läuft der Außenfluß Φ_! am Außenzylinder 162 entlang, wie dies durch die gestrichelten Linien gezeigt ist, so daß nur wenige Anteile des Außenflusses Φ, durch die Innenseite des Außenzylinders 162 treten. Selbst wenn nur eine geringe Menge des Außenflusses durch die Innenseite des Zylinders tritt, schließe der Innenzylinder 163 den Durchtritt des Außenflusses durch den gleichen, oben beschriebenen Vorgang aus. Damit schließen diese Doppelzylinder wirksatn die Beeinflussung des zu wandelnden Flusses durch den Außenfluß aus.

Anstelle der beiden Zylinder 162 und 163 kann auch der Außenzylinder 162 mit hoher Permeabilität verwendet werden. Der Innendurchmesser des Zylinders 162 wird dann so groß wie möglich gewählt, um einen möglichst großen Abstand zu den Spulen 164 zu gewährleisten.

In Fig. 16 ist (.ie vierte Au*l· '.lrungstorm des Meßwandlers dargestellt, wobei die eben beschi !ebenen Doppelzylinder in den Wandler eingebaut sind. Γ izu ist zur Vermeidung einer Koronaentladung der Abs;l irmring 183 um das Porzellanrohr 31 angeordne' der von Trägerarmen 181 gehalten wird, welche an dem oberen Ende des ölgehäuses 30 angebracht und an dem unteren Ende durch Schweißen od. dgl. befestigt sind. Die

ίο koaxial angeordneten Doppelzylinder 162 und 163 sind in den zur Vermeidung einer Koronaentladung vorgesehenen Abschirmring 183 eingesetzt und werden von den Trägerarmen 181 umgeben und von diesen festgehalten. Der Außenzylinder 162 wird durch mehrfach beschichtete Außenbleche von hoher Permeabilität gebildet, wie beispielsweise Siliziumstahlplatten, Permalloy od. dgl., d. h. sogenannte Elektrofluß-BIeche. Der Innenzylinder 163 ist aus metallischem Material mit relativ hoher Leitfähigkeit gebildet, beispielsweise an« Aluminium oder Kupfer.

Beim Zusammenbau wird das Elektrofluß-Blech in einer bestimmten Anzahl von Malen um den Innenzylinder gewickelt, wobei auf dessen äußere Oberfläche in konstanten Abständen Abstandshalter angebracht sind.

Sodann werden die Trägerarme 181 auf der Außenfläche des vielgeschichteten Elektrofluß-Bleches bzw. am Außenzylinder 162 befestigt. Wenn die Doppelzylinder an dem Hauptkörper des Wandlers angebracht werden, muß das Zentrum der Doppelzylinder in der Höhe mit der Lage des Hall-Elementes 42 ausgerichtet werden. So können die Doppelzylinder auf einfache Weise an den Trägerarmen für den eine Koronaentladung vermeidenden Abschirmring angebracht werden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Als Strom- und Spannungswandler verwendbarer eisenkernfreier Meßwandler mit einer von einem Strom durchflossenen Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von diesem Strom, einem eine zum Magnetfeld proportionale elektrische Spannung abgebenden Element und einer rohrförmigen Isolierschicht, die sich zwischen dem die elektrische Spannung abgebenden Element und der das Magnetfeld erzeugender Einrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (42), welches die zum Magnetfeld proportionale Sparnung abgibt, innerhalb eines Abschirmrohres (41), auf welchem die Isolierschicht (40) in Kegelstumpfform angeordnet ist, befestigt ist und mit der das Magnetfeld bildenden, ganz oder teilweise von dem zu messenden Strom durchflossenen Spule (45) zusammenwirkend als Stromwandler verschaltet ist, während das Abschirmrohr und die darauf befindliche Isolierschicht in der Weise mit leitenden Schichten a!s Elektrode ausgestattet sind, daß ein Koppelkondensator (C? bzw. Ce) und ein Spannungsteilerkondensator (Ci bzw. C?) des kapazitiven Spannungswandlers gebildet sind.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld bildende Spule (45) aus koaxial angeordneten Rohren gebildet ist, die aus einem inneren Rohr (37a) und einem äußeren Rohr (37 b) bestehen, wobei das innere Rohr (37a) im unteren Teil (b) eine Aussparung und °inen halbkreisförmigen Ausschnitt (a') und das i.jßere Rohr (37b) im unteren Teil eine Aussparung und einen halbkreisförmigen Ausschnitt (a") aufweist und daß in der Zusammensttzunp des inneren und J5 des äußeren Rohres die Aussparungen einen rohrförmigen Abschnitt am unteren Teil (b) des inneren und des äußeren Rohrs und die halbkreisförmigen Ausschnitte (a', a")einen Durchlaß (a)qwr zu dem rohrförmigen Abschnitt bilden, wobei sich die Aussparungen unterhalb des Halbkreises miteinander berühren (A) so daß eine Spule mit einer Windung um den Durchlaß (abgebildet ist.

3. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Koppelkondensators (Ce) das Abschirmrohr (41) am einen freien Ende mit einer Kondensatorelektrode (121) versehen ist, die von einem eine Fortsetzung der Isolierschicht bildenden Isoliermaterial (124) umgeben ist, das an seiner Außenfläche mit einer so leitfähigen Schicht (122) versehen ist.

4. Meßwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelektrode (121) hohl ausgebildet ist und im Innern zur Bildung des Spannungsteilerkondensators (G) abwechselnd leitende Schichten und Isolierschichten vorgesehen sind.

5. Meßwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelektrode (121) mit Bohrungen (131) versehen ist.

6. Meßwandler nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Zylinder (162) aus einem Material mit hoher Permeabilität die das Magnetfeld bildende Spule (164) sowie das Element (42), welches die zum Magnetfeld proportionale elektrische Spannung abgibt, umfaßt.

7. Meßwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Zylinder (163) aus einem Material hoher Leitfähigkeit koaxial zum ersten Zy|inder(162) angeordnet ist

8. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Koppelkondensators (Ca) in der Isolierschicht mehrere Lagen leitfähiger Folien vorgesehen sind und eine äußere Folie mit der das Magnetfeld bildenden Spule (45) und eine innerste leitfähige Folie mit der einen Elektrode eines Kondensators (d) und einer Klemme eines zu diesem Kondensator parallelgeschalteten Spannungsteilers (47a) verbunden sind, wobei die andere Elektrode des Kondensators und die andere Klemme des Spannungsteilers sowie die leitende Schicht des Abschirmrohrs (41) geerdet sind, so daß der Spannungsteilerkondensator (Ci) zwischen der innersten Folie der Isolierschicht und der leitenden Schicht des Abschirmrohrs gebildet ist.