DE4424368A1 - Verfahren zur Herstellung einer Rogowski-Spule und Strommeßanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Strommeßanordnung, insbesondere für Hoch- oder Mittelspan­ nungsanlagen. Sie betrifft auch eine Strommeßanordnung nach dem Prinzip der Rogowski-Spule.

Aus der EP 0 510 311 A2 ist ein kombinierter Strom- und Span­ nungswandler für eine metallgekapselte, gasisolierte Hoch­ spannungsanlage bekannt. Der Stromwandler arbeitet nach dem Prinzip der Rogowski-Spule. Die dort verwendete Spule ist aus gewickelten Drähten hergestellt und weist daher alle her­ stellungsbedingten Nachteile einer gewickelten Spule auf. Dies betrifft insbesondere Ungenauigkeiten beim Wickeln.

Aus den technischen Mitteilungen AEG Telefunken, 60 (1970) 7, Seiten 444 bis 448 ist eine nach dem Prinzip der Rogowski- Spule arbeitende Meßanordnung beschrieben, die einen aus mehreren geraden Wicklungsstücken bestehenden Wicklungsring umfaßt. Zur Erzielung der erforderlichen Genauigkeit werden dort geschliffene Keramikstäbe als Wicklungsträger benutzt. Diese sind mit dem die Meßspule bildenden Leiter bewickelt. Die unter den Punkten 1 bis 4 aufgeführten Bedingungen für einen zuverlässigen Betrieb können aber auch dort nicht unbe­ dingt eingehalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, mit der auf einfache Art und Weise eine Spule nach dem Rogowski-Prinzip für eine Strommeßanordnung hergestellt wer­ den kann. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung nach dem Prinzip der Rogowski-Spule anzu­ geben, die besonders einfach herstellbar ist und bei der die obengenannten Nachteile vermieden sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer Rogowski-Spule, bei dem

• - zumindest auf einem Teilstück eines ringförmigen Wicklungs­ trägers eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird und
• - die leitende Schicht unter Bildung einer Spule wendelartig unterbrochen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders einfach durchführen, wobei eine immer gleichbleibende Qualität der erzeugten Spule erzielbar ist. Dies betrifft auch Spulen, die bogenförmig oder aus geraden Spulenabschnitten zusammenge­ setzt sind.

Das Unterbrechen der leitenden Schicht erfolgt mit einem geeigneten Werkzeug. Mit Vorteil geschieht dies beispiels­ weise durch Fräsen, Schneiden, Atzen oder bevorzugt mit einem Laserstrahl. Es ist dabei denkbar, daß auch der Wicklungs­ träger mit unterbrochen oder zumindest eingeschnitten wird, so daß dieser eine wendelfederartige Form erhält. Insbeson­ dere ein Unterbrechen mit Laserstrahl läßt die Herstellung einer hochpräzisen Meßanordnung mit hoher Genauigkeit zu, wobei die Unterbrechungslinie sehr schmal gehalten werden kann. Dadurch ist eine sehr enge Windungsfolge gegeben.

Zwar ist es aus der Leiterplattenfertigung bekannt, Spulen in Leiterplatten einzusetzen. Dadurch werden jedoch nur ebene Spulen gebildet, die keine dreidimensionale Ausdehnung haben.

Die Spule kann an einer geeigneten Stelle zur Bildung von Abgriffen durchtrennt werden. Damit ist eine einfache Mög­ lichkeit gegeben, elektrische Anschlüsse zu bilden, welche an einer beliebigen Stelle des Teilstücks positioniert werden können. Mit Vorteil werden die freien Enden oder Abgriffe der Spule mit Anschlußleitungen mittels Löten, Schweißen, Drücken, Klemmen oder Kleben elektrisch verbunden. Eine spezielle Verbindungstechnik ist nicht nötig. Damit ist ein Anschluß auf einer Baustelle unter einfachen Bedingungen möglich.

Die Spule kann vorteilhafterweise mit einer Isolierschicht und einer darauf folgenden weiteren leitenden Schicht über­ zogen sein, welche ebenfalls unter Bildung einer weiteren Spule wendelartig unterbrochen wird. Beide Spulen können gegebenenfalls elektrisch miteinander verbunden werden. Auf diese Weise sind auch aufwendige Spulenanordnungen realisier­ bar, die beispielsweise zur Kompensation von Fremdeinwir­ kungen dienen können.

Die Lösung der weiteren Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Strommeßanordnung nach dem Prinzip der Rogowski-Spule mit einem ringförmigen Wicklungsträger, welcher eine wendel­ förmig unterbrochene leitende Schicht an seiner Oberfläche aufweist, durch die eine Spule gebildet ist. Auf diese Weise bilden Spule und Wicklungsträger eine Baueinheit, die weit­ gehend gegen mechanische Störungen oder Temperatureinflüsse geschützt ist.

Der Wicklungsträger ist bevorzugt ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet. Er kann dabei mehrere Teil­ stücke umfassen, die mittels Verbindungsmittel elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Bei Verwendung von geraden Teilstücken kann dabei eine annähernd kreisring­ förmige Form erzielt werden. Derartige Teilstücke sind sehr einfach herstellbar, wodurch sich die Strommeßanordnung kostengünstig realisieren läßt.

Mit Vorteil ist der Wicklungsträger mit den Verbindungsteilen in einem Gießharz eingegossen. Damit ist insgesamt eine stabile Baueinheit gebildet, die auch die entsprechenden elektrischen Sicherheitsvorschriften erfüllt. Gegebenenfalls läßt sich auf diese Weise die Strommeßanordnung auch in einen Stützer oder einen Isolator einer Schaltanlage integrieren.

Die Erfindung, weitere Vorteile und Einzelheiten werden nach­ folgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Zur Herstellung einer hochpräzisen Strommeßanordnung nach Art einer Rogowski-Spule sollten die folgenden Punkte erfüllt sein:

• 1. Konstante Krümmung des Integrationsweges, d. h. der Achse des Wicklungsträgers,
• 2. konstanter Windungsquerschnitt auf der gesamten Länge des magnetischen Spannungsmessers,
• 3. konstante Windungsdichte der Meßwicklung und
• 4. senkrechte Stellung der Windungsflächen zur Achse des Wicklungsträgers.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird von einem festen Wick­ lungsträger, z. B. einem Keramikträger, ausgegangen. Es können gegebenenfalls auch andere Werkstoffe, z. B. ent­ sprechende Kunststoffe oder auch Glas, verwendet werden.

Auf den Wicklungsträger wird zunächst eine elektrisch lei­ tende Schicht, insbesondere aus einem metallischem Material, aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Spritzen, Tau­ chen, Aufdampfen, Kleben oder mittels eines galvanischen Ver­ fahrens erfolgen (Beispiel: Kupferkaschierung). Auf diese Weise bildet der später die Windungen bildende Leiter zusam­ men mit dem Wicklungsträger eine feste Baueinheit. Dies ist besonders günstig für das Temperaturverhalten und damit ver­ bundene Ausdehnungen des Wicklungsträgers und des Leiters.

Anschließend wird zumindest die leitende Schicht mit einem geeigneten Werkzeug wendelartig unterbrochen, so daß eine Wicklung gebildet ist. Das Unterbrechen kann dabei beispiels­ weise durch Fräsen, Schneiden, Ätzen oder bevorzugt mit einem Laserstrahl erfolgen. Es ist auch denkbar, daß auch der Wick­ lungsträger mit unterbrochen oder zumindest eingeschnitten wird, so daß dieser eine wendelfederartige Form erhält.

Der Wicklungsträger kann dabei ringförmig als Kreisring oder auch als gerades Teilstück ausgebildet sein, wobei zur Bil­ dung eines Meßringes mehrere Teilstücke leitend miteinander verbunden werden müssen. Dies kann beispielsweise wie oben beim Stand der Technik beschrieben erfolgen.

Bei Ausbildung des Wicklungsträgers als Ring wird der nach dem Unterbrechen gebildete Endlosleiter an einer geeigneten Stelle durchtrennt, so daß Abgriffe zum Anschließen der so gebildeten Spule gegebenen sind. Gegebenenfalls kann durch eine spezielle Unterbrechungstechnik auch eine Doppelspule (mit zwei ineinanderliegenden Wicklungen) oder einander überlappende Anschlußenden der Spule gebildet werden. Das Befestigen von Anschlußleitungen an der Spule kann mittels Löten, Schweißen, Drücken, Klemmen oder auch einer geeigneten Klebeart erfolgen, so daß eine sichere elektrische Kontak­ tierung gegeben ist.

Gegebenenfalls können die Verfahrensschritte unter Zwischen­ schaltung eines weiteren Schrittes, bei dem eine Isolier­ schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird, wiederholt werden. Auf diese Weise sind auch mehrlagige Spulen realisierbar.

Zur Erzielung einer vorgegebenen Spannungsfestigkeit sowie zur Bildung einer einbaufähigen Einheit kann eine auf diese Weise gebildete Wicklungsanordnung zusätzlich noch vergossen werden. Es ist dabei günstig, wenn das verwendete Vergußma­ terial ein ähnliches Temperaturverhalten wie der Wicklungs­ träger aufweist. Dazu eignet sich beispielsweise auch ein Gießharz. Die Meßanordnung kann bevorzugt auch in einer Durchführung oder in einem Stützer einer Hochspannungsschalt­ anlage integriert werden.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer aus mehreren geraden Teilstücken 1a bis 1d zusammengesetzten Strommeßan­ ordnung 3 gezeigt, die in einem Rohr 5 einer gekapselten Schaltanlage angeordnet ist. Zentral im Rohr 5 verläuft ein elektrischer Leiter 7. Die Teilstücke 1a bis 1d sind mittels Verbindungsteile 9 miteinander verbunden. Die Verbindungs­ teile 9 können außer der mechanischen Verbindungsaufgabe auch eine Abschirmwirkung erfüllen. Sie weisen dazu zumindest eine abschirmende Schicht, insbesondere eine Metallschicht, auf.

Die Teilstücke 1a bis 1d weisen in ihrem Inneren einen Wick­ lungsträger auf, der (am Beispiels des Teilstücks la gezeigt) mit einer leitenden Schicht 11 versehen ist. Die Schicht 11 ist mit einer wendelförmigen Unterbrechung 13 versehen, so daß sie eine Wicklung bildet. Die Teilstücke 1a bis 1d sind innerhalb der Verbindungsteile 9 elektrisch miteinander ver­ bunden. Die Bildung von elektrischen Abgriffen für die ge­ samte Meßanordnung 3 kann innerhalb eines der Verbindungs­ teile 9 erfolgen, da hier ohnehin eine elektrische Verbindung vorgesehen werden muß. Alternativ kann dies auch an einer Stelle 15 erfolgen, bei der die Schicht 11 derart (bei­ spielsweise in Längsrichtung) unterbrochen ist, daß die ge­ bildete Wicklung unterbrochen ist. Hier können dann Anschluß­ leitungen 17 elektrisch angeschlossen sein, die das erzeugte Meßsignal einer nicht näher gezeigten Verarbeitungseinrich­ tung, gegebenenfalls mit Integrator, zuführen.

Die Meßanordnung 3 kann auch selbstverständlich in Kreisring­ form ausgebildet sein, wobei die Verbindungsteile 9 dann prinzipiell entfallen können. Es müssen dann lediglich Mittel zum Haltern der Meßanordnung 3 innerhalb des Rohres 5 vorge­ sehen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese Aufgabe von den Verbindungsteilen 9 erfüllt. Zusätzlich kann die Meßanordnung 3 selbstverständlich mit den Verbindungs­ teilen 9 vergossen sein, so daß eine massive Baueinheit ge­ bildet ist (nicht näher gezeigt). Diese kann unter Umständen auch nach Art eines Stüzters Haltemittel zur Befestigung an dem Leiter 7 aufweisen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Rogowski-Spule, bei dem

• - zumindest auf einem Teilstück (1a bis 1d) eines ringför­ migen Wicklungsträgers eine elektrisch leitende Schicht (11) aufgebracht wird und
• - die leitende Schicht (11) unter Bildung einer Spule wendelartig unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Unterbrechen durch Fräsen, Schneiden, Ätzen oder mit einem Laserstrahl erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spule an einer geeigneten Stelle (15) zur Bildung von Abgriffen durchtrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei an die freien Enden oder Abgriffe der Spule Anschlußleitungen (17) mittels Löten, Schweißen, Drücken, Klemmen oder Kleben elektrisch verbunden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spule mit einer Isolierschicht und einer darauf folgenden weiteren leitenden Schicht überzogen wird und welche eben­ falls unter Bildung einer weiteren Spule mit freien Enden wendelartig unterbrochen wird und welche gegebenenfalls mit der ersten Spule elektrisch verbunden wird.

6. Strommeßanordnung nach dem Prinzip der Rogowski-Spule mit einem ringförmigen Wicklungsträger, welche eine wendelförmig unterbrochene leitende Schicht an seiner Oberfläche aufweist, durch die eine Spule gebildet ist.

7. Strommeßanordnung nach Anspruch 6, wobei der Wicklungs­ träger ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ist.

8. Strommeßanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Wick­ lungsträger mehrere Teilstücke (1a bis 1d) umfaßt, die mittels Verbindungsteile (9) elektrisch und mechanisch mit­ einander verbunden sind.

9. Strommeßanordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei der Wicklungsträger mit den Verbindungsteilen (9) in einem Gieß­ harz eingegossen ist.