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Stromwandler mit einem die Primärwicklung tragenden stabförmigen Eisenkern,
der in einem außen die Sekundärwicklung tragenden Isolierrohr eingeschlossen ist,
insbesondere für den Anschluß von meßgeräten. Stromwandler mit stabförmigem Eisenkern,
bei denen sowohl der Kern wie die darauf, angeordnete eine Wicklung gänzlich innerhalb
eines Isolators liegen, während die andere Wicklung diesen unmittelbar umgibt, sind
schon seit einigen Jahren gebaut worden. Insbesondere hatten Transformatoren zur
Erzeugung des Heizstromes von Glühkathodenröhren diese Ausführung, und zwar waren
dabei in der Regel die an Niederspannung liegende Primärwicklung innerhalb, die-
an Hochspannung liegende Sekundärwicklung außerhalb eines rohrförmigen Isolators
mit oder ohne Metalleinlagen von der Form einer Hochspannungsklemmendurchführung
angeordnet.
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Anderseits sind Meßstromwandler für sehr hohe Spannungen mit rohrförmigem
Isolator schon in Gebrauch. In diesen Wandlern verläuft der Primärstrom ebenfalls
im Innern des Isolators, es bildet aber den Primärleiter nur ein gerader Stab, der
durch das Isolationsrohr wie bei einer Kondensatorklemme hindurchgeführt ist. Diese
Anordnung, die sich zunächst aus der Forderung hochgradiger Isolation ergibt, hat
neben dem Hauptvorzug einer vollen Sicherheit gegen mechanische Beschädigung durch
von Kurzschlußströmen erzeugte elektrodynamische Kräfte noch den Vorteil, daß der
Isolator zugleich auch als Wand oder Bodendurchführung dient. Ein Nachteil ist es,
daß die Anordnung wegen der geraden Gestalt des Primärleiters verhä@tnis-ALäßig
schwachen Magnetismus erzeugt und deshalb nur für größere Stromstärken, etwa von
5o Ampere aufwärts, brauchbar ist.
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Um die Vorzüge des Hochspannungsstromwandlers mit stabförmigem Primärleiter
auch bei 14leßstromwandlern für schwächere Ströme zu erhalten, ist gemäß der Erfindung
ein stabförmiger Eisenkern in der bekannten Weise mit der Primärwicklung in einem
die Sekundärwicklung tragenden Isolierrohr angeordnet und seine Induktion betriebsmäßig
derart hoch gewählt, daß praktisch Konstanz des Üb rsetzungsverhältnisses und der
Phase besteht.
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Da eine Hauptforderung für Meßtransformatoren
immer
die war, daß der magnetische Widerstand möglichst klein gehalten werden mußte, zu
welchem Zweck auch besonders legiertes Eisen verwendet wurde, so scheint zunächst
der erforderliche Grad von Konstanz des Übersetzungsverhältnisses der Ströme und
die nötige Kleinheit der Phasenverschiebung bei offenem magnetischen Kreis nicht
erreichbar. Das sonst gebräuchliche Mittel der Verwendung von legiertem Eisen konnte
auch gegenüber dem Einfluß des Luftwiderstandes keinen nennenswerten Nutzen versprechen.
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Die Erfindung verzichtet nun gezwungenermaßen darauf, den magnetischen
Widerstand gering zu wählen, und erreicht die Meßgenauigkeit dadurch, daß sie im
Gegensatz zu der alten Bauart der Heiztransformatoren, die geringen aber veränderlichen
magnetischen Widerstand benutzte, einen zwar großen aber konstanten magnetischen
Widerstand verwendet. Um nun den Beitrag des Eisens zum magnetischen Widerstand
möglichst konstant zu halten, wird nicht, wie sonst, der Anfangsteil der Magnetisierungskurve
verwendet, sondern der steil ansteigende Teil, beispielsweise bis zu einer Induktion
von 7000, weil in dessen Verlauf, namentlich bei Anwendung des vorzugsweise
auch in diesem Falle verwendeten leierten Bleches, die Permeabilität annähernd konstant
ist. Hierdurch wird nicht nur das Feld angenähert dem Magnetisierungsstrom proportional,
sondern es werden auch die Änderungen im Verlauf der Kraftlinien gering, die sonst
bei wechselndem magnetischem Widerstand in höherem Maße auftreten.
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Abb. i, die die Magnetisierungskurven für gewöhnliches und hochlegiertes
I'>lech zeigt, läßt erkennen, daß die Verwendung höherer Induktionen, namentlich
bei legiertem Blech, eine erhebliche Proportionalität bis zu niedrigen Feldwerten
herab ergibt.
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Eine nähere Überlegung zeigt des weiteren, daß mit der Konstanz des
magnetischen Widerstandes nicht nur das Verhältnis von Sekundärstrom, Magnetisierungsstrom
und Primärstrom annähernd dasselbe bleibt, sondern daß auch die Phasenverschiebung
zwischen Primär- und Sekundärstrom praktisch konstant ist. Eine Betrachtung des
in Abb. 2 dargestellten Stromdreiecks aus Primärstrom Ji, Sekundärstrom J., und
Magnetisierungsstrom Jo ergibt dies ohne weiteres. Wenn das Größenverhältnis und
die Phasenverschiebung von J. gegen Jo nahezu konstant sind, so werden auch das
Verhältnis J1 :J.,
und die Phasenverschiebung J i, J., nahezu
konstant. Die Phasenverschiebung ist allerdings wieder, im Gegensatz zu dem früher
allgemein angestrebten, nicht gering, weil der hohe magnetische Widerstand einen
größeren Magnetisierungsstrom erfordert. Aber sie ist, wie das Übersetzungsverhältnis,
praktisch konstant. Dieser Phasenverschiebungsfehler muß bei Leistungsmessungen
durch eine entgegengesetzte Verschiebung der Phase, die bei der Einregulierung des
Meßgerätes in diesem hervorgerufen wird, ausgeglichen werden. Wesentlich ist dabei,
daß die Phasenverschiebung sehr wenig schwankt, so daß bei einer Kompensation des
mittleren Wertes der verbleibende Phasenfehler genügend klein bleibt.
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Eine Minderung des magnetischen Widerstandes kann auch bei dem neuen
Meßstromwandler durch Anwendung an sich bekannter Mittel erreicht werden, die den
Übergang der Kraftlinien aus den Enden des Eisenkernes in die Luft erleichtern.
Beispielsweise können die Blechstreifen des Kernes an dessen Enden auf- und umgeblättert
sein. Auch kann auf die Enden je ein Polschuh aus lamelliertem Blech angeordnet
werden, die den Weg für die Kraftlinien verkürzen. Als Polschuhe können scheibenförmige
Körper dienen, die teils mit dem Kernende, teils mit dem Isolierrohr verschraubt
sind. Diese feste Verbindung zwischen Kern und Isolator ist von erheblicher Wichtigkeit
mit Bezug auf die Gefahr, daß bei Kurzschlüssen im Falle unsymmetrischer Spulenlagerung
durch elektrodynamische Kräfte der Kern aus dem Isolator herausgeschleudert werden
kann. Auch kann ein Sprühschutz in Gestalt von entsprechend gerundeten Blechen an
diesen Polschuhen vorgesehen werden.
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Die Abb.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung
im Längsschnitt. Auf dem Mittelteil eines in bekannter Weise unterteilten stabförrnigen
Eisenkernes i ist eine zweckmäßig aus Vierkantdraht bestehende Primärwicklung ?
aufgebracht, so daß die Stabenden auf größerer Länge unbedeckt sind. Der Stab mit
der Primärwicklung befindet sich seiner ganzen Länge nach- innerhalb eines Rohres
¢ aus Isolationsmaterial mit oder ohne metallische Einlagen. Ist das Rohr' mit metallischen
Einlagen versehen, so ergibt sich von selbst als innerste Metallschicht eine metallische
Bedeckung der Innenfläche des Rohres, die in der Abbildung als :ein zur Vermeidung
von Wirbelströmen längsgeschlitztes Messingrohr 3 dargestellt ist. Die Enden dieses
Messingrohres enthalten Holzklötze io und i i, welche die Lage des Eisenkernes i
und der Primärwicklung 2 sichern. Die Sekundärspule 5 ist mit Hilfe einer aus zwei
Hälften zusammengesetzten Gußplatte 7 und einer mit der Platte durch Bolzen
13 verbundenen Holzscheibe 12 auf dem Isolationsrohr ¢ befestigt. Die Sekundärklemmen
8 sind isoliert an der Platte 7 angeordnet. Die Hälften der Gußplatte liegen auf
einer Drahtbandage 6, die mit
der äußersten Metallage des Isolationsrohres
4. leitend verbunden ist.
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Das Messingrohr 3 ist zur Anordnung einer Schutzvorrichtung gegen
Schalt- und Wanderwellen benutzt. Es ist das eine Ende dieses Rohres, in der Abbildung
das linke, mit dem entsprechenden Pol 9 der Primärwicklung 2 leitend verbunden,
während das andere Ende mit dem zweiten Pol der Primärwicklung 9' durch eine Spannungssicherung
15 verbunden ist. Es wird dementsprechend jede anormale Spannungserhöhung
von der Primärwicklunferngehalten und durch den von dem Rohr,-, mit der Sicherung
15 gegebenen Weg kleineren Wellenwiderstandes abgeleitet.
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Im vorliegenden Beispiel ergab sich ein Messingrohr als innerste Schicht
eines als Kondensatorklemme ausgeführten Isolators von selbst. Es ist indessen nicht
nötig, als Nebenschluß für die Primärwicklung ein solches Rohr zu benutzen, sondern
es genügt jeder gestreckte Leiter, z. B. ein Draht, der im Innern des Isolators
verläuft und mit den Polen 9, g' in gleicher Weise wie das Messingrohr verbunden
ist.
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In Abb. .1 ist ein weiteres. Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
bei dem keine besondere Spannungssicherung 15 angebaut, diese vielmehr unmittelbar
an dem Lagerungsteil i i für den Primärleiter 2 gebildet wird. Die Abbildung veranschaulicht
nur das rechte Ende des Stromwandlers. Das in dem Isolator 4 angeordnete Messingrohr
; ist wie bei der Einrichtung nach Abb. 3 mit dem Primärleiter 2 am entgegen-.esetzten
Ende unmittelbar leit(-nd verbunden. Am ,äußeren Teil des Umfanges des in das Rohr
3 eingeschobenen, das Ende 9' des Primärliters 2 tragenden Holzklotzes i i ist eine
ringförmige Ausnehmung 16 vorgesehen, in die ein auf dem Leiterende g' befestigter
Metallzylinder 17 eingeschoben ist, der gegenüber dem Rohr ; einen gewissen,
durch ein gelochtes Glimmerblättchen eingeschalteten Abstand wahrt und auf diese
Weise die zum Ausgleich der L berspannungen dienende Funkenstrecke bildet.
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In Abb.5 ist eine Einrichtung dargestellt, die zur weiteren Verbesserung
des -NIeßstromwandlers dient, indem sie dem magnetischen Kraftfluß bestimmte Bahnen
vorschreibt und damit die Wirkungen des magnetischen Kreises gleichmäßiger gestaltet
und auch .eine Minderung des magnetischen Widerstandes herbeiführt.
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Der aus einzelnen Blechen zusammengesetzte Eisenkern i wird an seinen
Enden von scheiben- oder kreuzförmig gestalteten Eisenblechbündeln 1q. aufgenommen,
die durch Schrauben 16 mit dem Isolierrohr ¢ verbunden sind. Mittels dieser Schrauben
ist auch eine etwas stärkere Platte 18 befestigt, die den Kern i an einer .Längsverschiebung
hindert. Diese Art der Befestigung ermöglicht eine äußerst sichere und feste Lagerung
des Kernes, die beim Auftreten von Kurzschlüssen, wie eingangs erwähnt, von besonderer
«#Viclitigkcit ist. Im übrigen dienen die Träger 14 für den Kern als Polschuhe,
die den Weg der Kraftlinien in der Luft verkürzen. Diese können auch in der Weise
ausgebildet werden, daß die Bleche des Kernes in an sich bekannter Weise nach außen
umgebogen sind.
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An den Polschuhen ist ein nach außen umgebogenes Blech 15' vorgesehen,
das in bekannter Weise als Sprühschutz dient.
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Die Verbesserung des Kraftlinienweges wird, abgesehen von den an den
Enden vorgesehenen Polschuhen, auch bereits durch die erhebliche Länge des Kernes
gebildet, der, wie Abb. , erkennen läßt, ein bedeutendes Stück über die Wicklungsenden
beiderseitig hervorsteht.