DE2547135A1 - Rohrisolierter stromtransformator mit mantelkern - Google Patents

Rohrisolierter stromtransformator mit mantelkern

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Vaeinoe Tuure Kalevi Dipl Panu
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ABB Stromberg Oy
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Stromberg Oy AB
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Description

S(nr«lchungsf«rtig zur
Weiterleitung erhalten 254713 5
Patentanwalt· Olpi.-lng. R. BEETZ sen DIpUf ng. K. LAMPRBCHT
Orbing. R. B E E T Z Jr. • MOnefc.n St, ttehfiedorfatr H
51-24.882P(24.883H) 21. 10. 1975
Oy STRÖMBERG Ab, Helsinki 10 (Pinnland)
Rohrisolierter Stromtransformator mit Mantelkern
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit Mantelkern versehenen Stromtransformator, der folgende Teile aufweist:
- einen rohrförmigen Hauptisolator,
- einen Messkern, der wenigstens im wesentlichen koaxial zum Hauptisolator angeordnet ist und der eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist,
- einen Schutzkern, der ebenfalls wenigstens im wesentlichen koaxial zum Hauptisolator angeordnet ist und der eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist.
Ein Stromtransformator dieser Art lässt sich z.B. mittels der in der finnischen Patentschrift Nr. 46 571 beschriebenen Technik konstruieren. In einem derartigen Transformator sind sowohl der Messkern als auch der Schutzkern koaxial zum Isplierrohr und axial in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet. In einer derartigen Konstruktion verlangt jedoch der sepa-
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rate Messkern verhältnismässig viel Platz und Rohstoff, auch wenn der von ihm verlangte Messergenauigkeitskoeffizient (z.B.. η < 5) viel geringer wäre als der Grenzgenauigkeitskoeffizient des Schutzkerns (z.B. η > 75). Ferner ist es beim Herstellen eines separaten Messkerns erforderlich, die Kernplatten zu schneiden und aufzustapeln und die Primärwicklung zu biegen. In den Primär- und Sekundärwicklungen eines separaten Messkerns entstehen auch recht grosse Kupferverluste, was eine zusätzliche Temperaturerhöhung herbeiführt.
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und einen mit Mantelkern versehenen Stromtransformator zu schaffen, der hauptsächlich dadurch gekennzeichnet ist, dass
- der Messkern und der Schutzkern eine gemeinsame, ausserhalb des Hauptisolators vorgesehene Primärwicklung sowie einen gemeinsamen, als Rückkehrkreis funktionieren äusseren Kernteil besitzen,
- der Innenteil des Messkerns, die inneren Joche ausgenommen, und die Sekundärwicklung im Hauptisolator innerhalb des Innenteils des Schutzkerns und dessen Sekundärwicklung angeordnet sind, und
- der Messkern und der Schutzkern gemeinsame innere Joche aufweisen.
Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemässen Stromtransformators sind in den Ansprüchen 2 bis 7 definiert.
Mittels vorliegender Erfindung ist es möglich gewesen, die Kupferverluste des Stromtransformators fast vollständig zu beseitigen. Darüber hinaus ist es möglich gewesen, die für die Messwicklung erforderliche Kupfermenge erheblich zu reduzieren.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles gemäss den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
Figur 1 einen rohrisolierten, mit Mantelkern versehenen Stromtransformator vorbekannter Art im Axialschnitt,
Figur 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Stromtransformators ebenfalls im Axialschnitt, und
Figur 3 das prinzipielle Schaltschema für den Stromtransformator gemäss Figur 2.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist der erfindungsgemässe Stromtransformator ein hohles zylinderförmiges Hauptisolierrohr 7 auf, das koaxial von einer Primärwicklung 9 umgeben ist. Diese Primärwicklung 9 ist ihrerseits von einem als Rückkehrkreis wirkenden äusseren Kernteil 10 umschlossen, der zusammen mit ihm zugeordneten äusseren Jochen 6 im wesentlichen als ein hohles zylinderförmiges Rohr ausgeformt ist, das auf seiner inneren Seite eine ringförmige Ausnehmung für die genannte Primärwicklung 9 aufweist.
Innerhalb des Hauptisolierrohres 7 ist wiederum der Innenteil 1 des Messkerns koaxial angeordnet, der mit ihm zugeordneten inneren Jochen 6 eine im Prinzip drahtspulenförmige Konstruktion bildet, die von einem axial verlaufenden Kanal 11 durchzogen ist. Dieser zylinderförmige Kanal 11 dient u.a. als Kühlkanal. Die inneren Jochteile 6 der Konstruktion nach Figur 2 sind derart ausgelegt, dass sie an die Innenfläche des Hauptisolierrohres 7 anschmiegen. In der in dieser Konstruktion vorgesehenen Nut ist unmittelbar an der Achse eine als Sekundärwicklung dienende Messwicklung 2 angeordnet, die ihrerseits koaxial vom Innenteil 3 eines Schutzkerns umschlossen ist,welcher wiederum von einer ebenfalls als Sekundärwicklung dienenden Schutzwicklung 5 umgegeben ist, deren Aussenmantel an die Innenfläche des genannten Hauptisolierrohres 7 anschmiegen soll.
Im angeführten Ausführungsbeispiel ist die axiale Erstreckung der Primärwicklung 9, der Schutzwicklung 5 und der Messwicklung 2 gleich gross, und diese Wicklungen sind axial
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gegenüber einander angeordnet. Ebenfalls sind der als Rückkehrkreis wirkende äussere Kernteil 10 nebst den äusseren Jochen B und entsprechend der Innenteil 1 des Messkerns nebst den inneren Jochen 6 in ihrer axialen Erstreckung gleich gross und axial gegenüber einander gelegen. Die axiale Erstreckung des Innenteils 3 des zwischen der Messwicklung 2 und der Schutzwicklung 5 angeordneten, hohlen, zylinderförmigen Schutzkerns ist etwas geringer als die axiale Erstreckung der Messwicklung 2 und der Schutzwicklung 5, so dass zwischen den Enden des Innenteils 3 des Schutzkerns und den inneren. Jochen B an beiden Enden ein Luftspalt 4 verbleibt.
Der Innenteil des Messkerns mit seiner Sekundärwicklung 2 liegt also im Innenteil 3 des Schutzkerns, während die Sekundärwicklungen 2 und 5 des Schutzkerns 3,6,10 und des MesskBrns 1,10 in Reihe geschaltet sind. Die Pole der Primärwicklung 9 sind mit Pl und P2, die Pole der als Sekundärwicklung dienenden Schutzwicklung 5 mit ISl' und 152' und die Pole der als Sekundärwicklung dienenden Messwicklung 2 mit 2Sl' und 2S2' bezeichnet. Die Messbelastung ist an die Pole 2Sl' und 2S2' der Sekundärwicklung 2 des Messkerns und die Schutzbelastung an die äusseren Pole 1S21 und 2Sl' der Reihenschaltung der Sekundärwicklungen 2 und S angeschlossen (Figuren 2 und 3). Die Messwicklung kann auch mittels eines kleinen Diff erentialtransf ormators angeschlossen werden, wobei die Primärpole des Differentialtransformators· zwischen 2Sl' und 2S2' anzuschliessen sind.
Wenn die Vorrichtung bei Nennstrom und Wennbelastung funktioniert, flieset in der Sekundärwicklung 5 des Schutzkerns 3,6,10 ein Nennsekundärstram, dessen Genauigkeit der·eines normalen Schutzkerns .entspricht (Kl. 10P), In der Messwicklung 2 fliesst ein kleiner Ausgleich strom, der, an den Strom der Schutzwicklung 5 addiBrt, einen ausreichend genauen MBSstrom ergibt (z.B. Kl. 0,53. Das Erzeugen des Messtroms'verursacht also praktisch gar keine Kupferverluste. Auch ist die für die Mess-
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wicklung 2 erforderliche Kupfermenge äusserst gering infolge der geringen Querfläche und des geringen Umfanges. Bei Kurzschlusstrom wird der Messkern 2 gesättigt, und der Strom der Schutzwicklung 5 fliesst durch die Messwicklung 2. Aus diesem Grunde muss die Messwicklung 2 den thermischen Grenzstrom der Schutzsekundärwicklung 5 ertragen können.
Die Messinformation und die Schutzinformation sind voneinander unabhängig in dem Sinne, dass die Eingabe der einen Information nicht unterbrochen wird, auch wenn die Mess- oder Schutzbelastung aus irgendwelchem Grunde offen bleiben sollte.
Durch Bemessen der Kapazitanz des Kondensators Zp
C d l
wo L = die über die Schutzwicklung gemessene Leerlauf-Induktanz, können die Fehler fast ganz und gar von der Belastung unabhängig erhalten werden. Beim Messen der Leerlauf-Induktanz ist die Primärwicklung 9 offen und die Messwicklung 2 kurzgeschlossen.
In der Praxis wird dieser Kondensator Zp in einer (nichtgezeigten) Unterlage des Stromtransformators oder an den Polen ISl' und 1S2· (Figur 3) angeordnet.
Es sei erwähnt, dass die Kernteile 1,6 und 3 sowie 8,10 in erster Linie durch radiale Aufstapelung der Platten hergestellt werden sollen. Der Innenteil 3 des Schutzkerns lässt sich auch durch Aufwickeln von einem Plattenband und einem dazwischenliegenden Isolierband herstellen.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche:
    l.yMit Mantelkern versehener Stromtransformator, der folgende Teile aufweist:
    - einen rohrförmigen Hauptisolator (7),
    - einen Messkern (1,10), der wenigstens im wesentlichen koaxial zum Hauptisolator (7) angeordnet ist und der eine Primär- (9) und eine Sekundärwicklung (2) aufweist ,
    - einen Schutzkern (3,6,10), der ebenfalls wenigstens im wesentlichen koaxial zum Hauptisolator (7) angeordnet ist und der eine Primär- (9) und eine Sekundärwicklung (5) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Messkern (1,10) und der Schutzkern (3,6,10) eine gemeinsame, ausserhalb des Hauptisolators vorgesehene Primärwicklung (9) sowie einen gemeinsamen, als Rückkehrkreis funktionierenden äusseren Kernteil (10) besitzen ,
    - der Innenteil (1) des Messkerns (1,10), die inneren Joche (6) ausgenommen, und die Sekundärwicklung (2) im Hauptisolator (7) innerhalb des Innenteils (3) des Schutzkerns und dessen Sekundärwicklung (5) angeordnet sind, und
    - der Messkern (1,10) und der Schutzkern (3,6,10) gemeinsame innere Joche (6) aufweisen.
  2. 2. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen (2,5) des Schutzkerns (3, 6,10) und des Messkerns (1,10) in Reihe geschaltet sind.
  3. 3. Stromtransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbelastung an die Pole (2S1',2S2') der Sekundärwicklung (2) des Messkerns (1,10) und die Schutzbelastung an die äusseren Pole (1S2' und 2S2') der Reihenschaltung
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    der beiden Sekundärwicklungen (2 und 5) anschliessbar sind·
  4. 4. Stromtransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (9) und die Sekundärwicklungen (2 und 5) in ihrer axialen Erstrekkung wenigstens annähernd gleich gross sind.
  5. 5. Stromtransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (9) und die Sekundärwicklungen (2 und 5) axial wenigstens annähernd einander gegenüberliegen.
    B. Stromtransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des inneren Teils (3) des Schutzkerns etwas kleiner bemessen ist als die der Sekundärwicklungen (2,5) des Messkerns (1,10) und des Schutzkerns (3,6,10), so dass zwischen den Enden des inneren Teils (3) des Schutzkerns und den inneren Jochen (B) des Messkerns (1,"1O) an beiden Enden ein Luftspalt (4) ver-bleibt,
    7» Stromtransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an die Pole (ISl' und 1S21) der Sekundärwicklung (53 des Schutzkerns (3,10) ein Kondensator (Zp) angeschlossen ist, der in bezug auf die Betriebsfrequenz mit der in der Schutzwicklung (5) gemessenen Leerlauf-Induktanz auf Resonanz abgestimmt ist,
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