DE4331265C2 - Stromwandler für elektrische Leiter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromwandler für elektrische Leiter, wie Schienen, Kabel und Freileitungen, der eine von einem Gehäuse umgebene Induktionsspule aufweist, wobei die Induktionsspule ein U-förmiges Eisenjoch umschließt, und wobei auf dem einen Jochschenkel des Eisenjoches ein Rückschlußeisen zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition schwenkbar gelagert ist.

Derartige Stromwandler dienen zur Messung von Belastungen eines Leiters innerhalb Energieversorgungssystemen. Dazu wird das Eisenjoch auf den Leiter aufgesetzt. Die Induktionsspule erfaßt dann das Magnetfeld des stromführenden Leiters, wobei der Leiter in diesem System eine Primärspule mit einer Windung darstellt.

Ein Stromwandler der genannten Art ist aus der DE-PS 576 994, Abb. 1 bekannt. Das U-förmige Eisenjoch trägt am Ende eines seiner beiden Jochschenkel ein derart schwenkbares Schlußstück (Rückschlußeisen), dass dieses durch Federkraft selbsttätig in einer Schließposition gehalten wird, in der es die Öffnung zwischen den beiden Enden der gegenüber liegenden Jochschenkel schließt. Die Lagerung des Schlußstückes ist so ausgebildet, dass es pendelartig in beide Richtungen gegen die Federkraft bewegt werden kann und nachfolgend federkraft-bedingt wieder in die Schließposition zurückkehrt. Hierdurch erfolgt ein Öffnen selbsttätig beim Aufsetzen auf den jeweiligen Leiter, und wenn sich der Leiter innerhalb des vom Joch umschlossenen Bereichs befindet, wird das Schlußstück selbsttätig federkraft-bedingt geschlossen. Der Leiter befindet sich dann - je nach seiner Querschnittsgröße - mit mehr oder weniger großem Spielabstand (Luftspalt) innerhalb des Joches.

Das DE-GM 19 20 450 beschreibt einen Zangen-Stromwandler, bei dem ein Schenkel des Joches nach Art einer Zange wippenartig gelagert ist. Dieser Wandler kann somit nach manuellem Öffnen auf den Leiter aufgesetzt werden. Ein Schließen erfolgt dann nach Lösen des zu betätigenden Jochschenkels durch die Kraft einer Feder.

Die US-PS 4 456 873 beschreibt einen weiteren Stromwandler für den genannten Zweck, wobei das im wesentlichen rechteckige Joch an einer Verbindungsstelle im Bereich neben der Spule geöffnet und unter Verformung auf den jeweiligen Leiter aufgesetzt und dann wieder geschlossen werden kann. Dazu werden zwei Stangen benötigt. Innerhalb des Joches ist eine Schraubenfeder derart angeordnet, dass diese im aufgesetzten Zustand den Leiter in Richtung der Spule preßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromwandler der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der auf einfache Weise auf einen Leiter aufgesetzt und auch wieder gelöst werden kann, wobei ein guter Sitz des Stromwandlers auf dem Leiter weitgehend unabhängig vom jeweiligen Leiterquerschnitt bzw. -durchmesser erreicht werden soll. Dies bedeutet, dass der Stromwandler für einen großen Leiter- Durchmesserbereich geeignet sein soll.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Rückschlußeisen U-förmig ausgebildet und im Bereich einer seiner Knickstellen an dem einen Jochschenkel des Eisenjoches gelagert ist, dass im Gehäuse Federn verankert sind, und dass der Leiter beim Aufschieben des Stromwandlers das Rückschlußeisen über dessen einen Schenkel aus der Öffnungsposition in die Schließposition bewegt und in dieser Stellung durch die Federn gehalten ist.

Indem das Rückschlußeisen im Bereich einer seiner Knickstellen schwenkbeweglich am freien Ende des einen Jochschenkels gelagert ist, gelangt in der Öffnungsposition das Rückschlußeisen mit einem seiner Schenkel zur Anlage an dem Leiter, so dass beim weitergehenden Aufsetzen über diesen am Leiter anliegenden Schenkel eine Schwenkbewegung des Rückschlußeisens in seine Schließposition bewirkt wird. Die Federn drücken dann den Leiter gegen den Schenkel des Rückschlußeisens und halten dieses folglich in der Schließposition. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Federn als Schenkelfedern ausgebildet sind, weil diese einen großen Federwinkel gewährleisten, um Leiter mit unterschiedlichen Durchmessern anpressen zu können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand von Fig. 1-9 der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt den Stromwandler von der Seite,

Fig. 2 eine Vorderansicht im Schnitt,

Fig. 3 von unten,

Fig. 4 von der anderen Seite,

Fig. 5 von vorn im Funktionszustand

Fig. 6 von oben,

Fig. 7 einen offenen Wandler vor dem Eindringen des Leiters,

Fig. 8 einen Wandler in halbgeschlossener Stellung,

Fig. 9 einen geschlossenen, den Leiter umfassenden Wandler.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Isolierstoffgehäuse bezeichnet, an dem eine Grifföse 1a schwenkbar gelagert ist. In das Gehäuse 1 ist ein U-förmiges Eisenjoch 2 eingesetzt, auf dessen einem Jochschenkel 2a ein U-förmiges Rückschlußeisen 3 schwenkbar gelagert ist. Zur Lagerung dient ein Scharnier 4a, 4b, das mit Nieten 5a, 5b an dem Jochschenkel 2a und dem Rückschlußeisen 3 im Bereich einer seiner Knickstellen befestigt ist.

Links und rechts von Joch 2 und Rückschlußeisen 3 sind Schen­ kelfedern 6 und 7 sichtbar, die auf einer Drehachse AB ge­ lagert sind.

Fig. 2 stellt die Vorderansicht des Wandlers im Schnitt dar. In das wannenförmige Gehäuse 1 ist das Joch 2 mit einer um dieses Joch herumgewickelten Spule 11 eingesetzt. Joch und Spule werden durch eine Vergußmasse 13 befestigt und ge­ schützt. Das Rückschlußeisen 3 ist in der Schließposition dar­ gestellt. Die Federn 6, 7 drücken einen großen, kreisrunden Leiter 10 gegen den linken Schenkel 3a des Rückschlußeisen 3. Da­ durch wird der rechte Jochschenkel 3b des Rückschlußeisens satt gegen den rechten Jochschenkel 2b des Joches 2 gepreßt. Die Folge ist ein guter magnetischer Kraftfluß zwischen den Teilen des Eisenkreises und eine innige Kopplung zwischen dem primären Leiter 10 und der sekundären Wandlerspule 11.

Jede primäre Magnetfeldänderung induziert so in der Meßspule 11 eine definierte Spannung, die abgeleitet und angezeigt werden kann.

Das herausgeführte Meßkabel ist mit 12 bezeichnet. Die aus Draht gebogene Öse 1a ist mit Hilfe von angeformten Lager­ schilden 8, 9 an dem Boden des Gehäuses 1 befestigt. Wenn man den Wandler mit Hilfe der Öse 1a nach unten zieht, drückt der Leiter 10 das Rückschlußeisen 3 in die Öffnungs­ position entsprechend Fig. 7, bis ein mit dem Schenkel 3a verbundener Querstift 14 gegen die Rastnasen 6a, 7a der Federn 6, 7 stößt.

Fig. 3 zeigt das Kunststoffgehäuse 1 von unten. Aus der Fläche ragen Lagerschilde 8, 9 heraus, die die Öse 1a tragen. Das Meßkabel 12 ist seitlich herausgeführt und zu­ sammen mit der Spule so eingegossen, daß die Teile gegen Witterungseinflüsse geschützt sind.

Fig. 4 zeigt den Stromwandler von der anderen Seite. Da die Schenkelfedern 6, 7 in einem Winkelbereich von etwa 90° wirksam sein müssen, benötigen sie eine Vielzahl von Schraubenwin­ dungen, die durch das Eisenjoch 2 verdeckt sind. Die abge­ winkelten Enden 6b, 7b der Federn 6, 7 sind durch Bohrungen in dem Joch 2 hindurchgesteckt.

Die Vorderansicht des Wandlers nach Fig. 5 zeigt, daß der Leiter 10 den Raum zwischen Gehäuse, Joch und Rückschluß fast völlig ausfüllt.

Ein weiteres Beispiel mit einem viel kleineren Leiter 10' ist mit unterbrochenen Linien angedeutet. Die weit nach links ge­ neigte Feder ist mit 6' bezeichnet. Auch bei sehr kleinem Lei­ ter erfüllt sie noch ihre Funktion, den Leiter gegen Rück­ schlußeisen und Joch zu pressen, so daß der Eisenkreis ge­ schlossen ist.

Das Anpressen kleiner Leiter gegen den linken Schenkel 3a des Rückschlußeisens 3 wird noch dadurch verbessert, daß die Ober­ seite des Gehäuses 1 leicht nach links abgeschrägt ist. Die Teile des Wandlers sind so beschaffen, daß man ihn auch auf rechteckige Stromschienen oder beliebig gestaltete Vielader­ kabel aufschieben kann.

Da die Meßspule 11 gegenüber dem Eisenkreis und dem Leiter gut isoliert werden kann, ist eine Isolation des Leiters 10 nicht erforderlich, wenn die Signalverarbeitung und/oder Anzeige direkt am Wandler erfolgt. Als optisches Anzeigeelement am Wandler könnte eine Leuchtdiode dienen. Zur akustischen Mel­ dung wäre ein Schallgeber zu integrieren.

Wenn man bei nicht isolierten Hochspannungsleitern den Anzei­ geort verlegen will, kann die Distanz zum Ort des Wandlers mit Hilfe eines Fiber-Optik-Leiters überbrückt werden.

Fig. 6 stellt eine Draufsicht auf den geschlossenen Wandler dar. Die Federn 6 und 7 nehmen die Position wie in Fig. 5 ein, also bei eingelegtem Leiter. Ohne Leiter würden sie flach auf dem Gehäuse 1 aufliegen. Der Stift 14 ragt seitlich weit über das Rückschlußeisen 3 hinaus, damit er beim Öffnen des Wandlers die Federn 6 und 7 kontaktieren kann.

Als Vergußmasse für die Spule 11 kommt ein Zweikomponenten- Gießharz infrage, das das Gehäuse mit dem Eisenkreis fest verbindet und zugleich die Spule vor jedem Witterungseinfluß schützt. Die Spulenenden sind mit dem Meßkabel 12 verbunden, dessen Ende feuchtigkeitsdicht eingebettet ist.

Der beschriebene Stromwandler wird mit einer Schaltstange montiert, deren Verstellhaken in die Grifföse 1a einrastet. Das Rückschlußeisen 3 wird in die Öffnungsposition hochgeklappt, also um etwa 100° gedreht, wenn der Wandler auf einen Leiter aufgeschoben werden soll.

Fig. 7, 8 und 9 zeigen in drei Momentaufnahmen den Beginn des Aufschiebens, den Punkt der maximalen Auslenkung der Federn 6, 7 und den Endzustand des vom Wandler umfaßten Leiters 10.

Wenn der Leiter 10 in das Rückschlußeisen 3 eindringt, kippt er dieses Eisen über den Schenkel 3a unter Verformung der Federn 6, 7 nach rechts, bis sich der Eisenkreis entsprechend Fig. 9 völlig schließt. In diesem Zustand drücken die Federn 6, 7 den Leiter 10 gegen den Schenkel 3a und der Wandler ist funktionsfähig.

An der integrierten Wandlerspule fällt eine Spannung an, die dem Primärstrom in dem Leiter 10 proportional ist. Der Meß­ wert wird über das Meßkabel 12 in eine Auswertestation über­ tragen.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbei­ spiel beschränkt. Die Anpassung des Wandlers an verschiedene Leiterdurchmesser kann man auch dadurch verwirklichen, daß man an zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses mehrere alternativ nutzbare Aussparungen für die Verankerung der Fe­ dern vorsieht. Der Wandler kann dann durch Umstecken der Fe­ dern, vorzugsweise Blattfedern, den verschiedenen Leiterdurch­ messern leicht angepaßt werden.

Um die Federn gegen Herausfallen zu sichern, können seitlich Deckel angebracht werden, die die Aussparungen abdecken, so daß sie nur noch in Austrittsrichtung der Federn offen sind. Zur Befestigung der Deckel können Hinterschneidungen, insbe­ sondere Schwalbenschwanzprofile, benutzt werden.

Der große Vorteil des neuartigen Stromwandlers besteht darin, daß er, mit einem Minimum an Bauteilen auskommend, mit Hilfe nur einer Schaltstange aus sicherer Entfernung montierbar und demontierbar ist und daß man sich mit einer Ausführungsform verschiedenen Leiterdurchmessern anpassen kann.

Bei dem beschriebenen Stromwandler wird das Meßsignal, eine Spannung, mit Hilfe eines Meßkabels 12 in eine Meßstation weitergeleitet.

Alternativ kann die Signalverarbeitung unmittelbar am Meß­ wandler erfolgen. Hierzu wird das Wandlergehäuse so weit ver­ größert, daß man darin beispielsweise einen mit Blinklicht versehenen Kurzschlußanzeiger unterbringen kann.

Das Gehäuse erhält dann ungefähr die Form eines Würfels, der an seiner Unterseite die Grifföse und eine Blinkdiode trägt. Zusätzlich kann in die Unterseite ein wasserdichter Schraub­ deckel integriert werden, so daß ein Batteriewechsel leicht möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

1

a Öse

2

Eisenjoch

2

a linker Schenkel

2

b rechter Schenkel

3

Rückschlußeisen

3

a linker Schenkel

3

b rechter Schenkel

4

a,

4

b Scharnier

5

a,

5

b Nieten

6

,

7

Federn

7

a Rastnase

6

b,

7

b abgewinkeltes Federende

8

,

9

Lagerschilde

10

Kabel oder Leiter

11

Spule

12

Meßkabel

13

Vergußmasse

14

Querstift
AB Drehachse

Claims (8)

1. Stromwandler für elektrische Leiter (10), wie Schienen, Kabel und Freileitungen, der eine von einem Gehäuse (1) umgebene Induktionsspule (11) aufweist, wobei die Induktionsspule (11) ein U-förmiges Eisenjoch (2) umschließt und wobei auf dem einen Jochschenkel (2a) des Eisenjochs (2) ein Rückschlusseisen (3) zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlusseisen (3) U-förmig ausgebildet und im Bereich einer seiner Knickstellen an dem einen Jochschenkel (2a) des Eisenjoches (2) gelagert ist,
dass im Gehäuse (1) Federn (6, 7) verankert sind, und
dass der Leiter (10) beim Aufschieben des Stromwandlers das Rückschlusseisen (3) über seinen einen Schenkel (3a) aus der Öffnungsposition in die Schließposition bewegt und in dieser Stellung durch die Federn (6, 7) gehalten ist.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (6, 7) als Schenkelfedern mit großem Federwinkel ausgebildet sind, die das offene Rückschlusseisen (3) in einer Raststellung festhalten und in der Schließposition einen Leiter (10) beliebigen Durchmessers gegen das geschlossene Rückschlußeisen (3) pressen.

3. Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Kunststoff bestehende Gehäuse (1) an seiner Unterseite eine Öse (1a) zur Anbringung einer Schaltstange aufweist.

4. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) an seiner Oberseite eine Wanne aufweist, in der die Spule (11) mit dem sie durchdringenden Jochschenkel (2) eingegosssen ist.

5. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlußeisen (3) über ein Scharnier (4a, 4b) mit dem einen Jochschenkel (2a) verbunden ist, und dass die Drehachse (AB) der Schenkelfedern (6, 7) diagonal gegenüber in der Nähe des anderen Jochschenkels (2b) liegt.

6. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Gehäuses (1) leicht in Richtung des einen Jochschenkels (2a) abgeschrägt ist, um kleinere Leiter optimal anpressen zu können.

7. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse an zwei gegenüber liegenden Seiten mehrere alternativ nutzbare Aussparungen für die Federn aufweist, so dass der Wandler durch Umstecken der Federn verschiedenen Leiterdurchmessern anpaßbar ist.

8. Stromwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn in ihren Aussparungen durch Deckel gesichert sind, die über Schwalbenschwanzprofile mit dem Gehäuse verbunden sind.