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Stromtransformator zur Speisung von Auslösevorrichtungen für Überstromschalter
Gegenstand des Hauptpatents ist ein Stromtransformator zur Speisung von Auslösevorrichtungen
für überstromschalter, der zwei Primärwicklungen von verschiedenen Phasen einer
Mehrphasenleitung besitzt, die gemeinsam auf eine Sekundärwicklung arbeiten. Durch
diesen Transformator läßt sich beispielsweise ein Drehstrommotor dreiphasig mit
einem einzigen Auslöser schützen. Die Aufgabe aber, einen dreiphasigen Schutz auch
gegen den Nulleiter einer Drehstromleitung zu bilden, erfüllt dieser Transformator
nicht.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterbildung des im Hauptpatent
unter Schutz gestellten Erfindungsgedankens dar, welche außer den mit der Anordnung
nach dem Hauptpatent erreichten Vorteilen auch einen Schutz aller drei Phasen einer
Drehstromleitung gegen ihren Nulleiter bietet.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß der als dreischenkliger Transformator
ausgebildete Stromtransformator vier Primärwicklungen mit gleichem Wicklungssinn
auf den äußeren Schenkeln enthält, die gemeinsam auf eine auf dem mittleren Schenkel
angebrachte Sekundärwicklung arbeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt Abb. i dar, welche den
schematischen Aufbau des Transformators veranschaulicht.
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Abb.2 zeigt das Vektorendiagramm der magnetischen Flüsse..
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Abb.3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel dar.
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a-a sind zwei Transformatoreisien, die unter Wahrung eines Abstandes
b zu einem Manteltransformator zusammengestellt werden. Der Raum b wird durch einen
unmagnetischen Körper ausgefüllt. Die gemeinsame Sekundärwicklung umfaßt den Fluß
zweier Schenkel der zusammengestellten Transformatoren und heizt den Wärmeauslöser.
Auf den beiden verbleibenden Schenkeln werden vier Primärwicklungen aufgebracht,
und zwar beispielsweise zwei von der Phase R und zwei von den beiden anderen Phasen.
Die Wicklungen werden, wie Abb. i zeigt, angeordnet. Die beiden Wicklungen R liegen
in Serie, und der Windungssinn aller Wicklungen ist gleichgerichtet, wie die Pfeile
in Abb. i andeuten. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Die einzelnen
Phasenströme sind um i 2o0 gegeneinander verschoben (s. Abb.2). Die Flüsse aus den
Strömen R und T auf dem
einen Schenkel des Transformators setzen
sich zu dem resultierenden Fluß R-T zusammen, der zwar seitlich verschoben ist,
aber in seiner Größe dem Flusse einer Phase entspricht. Analog setzen sich die Flüsse
der Wicklungen ,R und S auf dem anderen Schenkel des Transformators zu der Resultierenden
R-S zusanvnen. Die Flüsse beider Resultierenden R-T und R-S wirken auf das Eisen
innerhalb der Sekundärspule, und da beide wiederum um i2o' zeitlich verschoben sind,
entspricht ihre induktive Wirkung auf die Sekundärspule in Größe und Richtung dem
Fluß der Phase R. Sie wirken also genau so,, als wenn nur eine Phase des Dreiphasensystems
vorhanden wäre, und wenn eine der drei Phasen Überstrom führt, so muß der hierdurch
entstehende größere Fluß sich verhältnisgleich. auf die induzierte EMK der Sekundärspule
auswirken.
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Man hat also mit dieser Einrichtung die Möglichkeit, mit nur einem
Wärmeauslöser, beispielsweise einem Drehstremmotor, dreiphasig auf Überstrom zu
überwachen.
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Tritt der Fall ein, daß eine der drei Phasen, beispielsweise die Phase
S, bricht, dann führen die Phasen R und T Einphasenstrom. Auf die Flußverteilung
im Transformatoreisen wirkt sich. das wie folgt aus: Im linken Teil des Transformators
verschwindet der Fluß der Wicklung S, während der Fluß der Wicklung R unverändert
fortbesteht. Im rechten Teil des Transformators bleibt der Fluß der Phase R zwar
ebenfalls unverändert fortbestehen, dagegen nimmt der Fluß der Phase T infolge der
Einphasigkeit des Stromes jetzt umgekehrte Richtung an. Der Fluß im rechten Teil
des Transformators wird also aufgehoben. Es wirkt nur noch der Fluß der Phase R
des linken Teiles des Transformators auf die Sekundärspule, und da der jetzt mit
zwei Phasen laufende Motor Überstrom aufnimmt, steigt die EMK in der Sekundärspule
entsprechend an, und die höhere Beheizung des Wärmeauslösers führt schließlich die
Auslösung des Schalters herbei.
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Ganz analog liegt der Fall, wenn die Phase T brechen sollte.
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Bricht dagegen die Phase R, so tritt folgende Zustandsänderung im
System ein: Die Flüsse der Wicklungen R verschwinden.
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Die Ströme der Phasen S und T werden einphasig, und während der Fluß
der Wicklung S seine Richtung, wie in Abb. z dargestellt, beibehält, kehrt der Fluß
der Wicklung T seine Richtung um. Beide Flüsse S und T addieren sich jetzt im äußeren
Ring des Transformators, heben sich aber im Eisen innerhalb der Sekundärspule auf.
Die EMK in dieser Spule sinkt auf Null. Es bilden sich jetzt aber am Anker c entgegengesetzte
Pole aus, und zwar von einer Stärke, die besonders infolge des eintretenden Überstromes
größer ist als der doppelte Normalfluß. Der Anker c wird angezogen und die Auslösung
des Schalters dadurch herbeigeführt.
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Es läßt sich dieser letzte Fall auch so beherrschen, daß man, wie
Abb. 3 zeigt, auf die Jochstücke des Transformatoreisens je eine zusätzliche Sekundärwicklung
legt, die mit der Hauptwicklung in Serie liegt und die die gleiche Gesamtwindungszahl
wie die Hauptwicklung hat. Im Normalbetrieb heben sich die in der Zusatzwicklung
induzierten elektromotorischen Kräfte gegenseitig auf, und nur die EMK der Normalwicklung
arbeitet auf den Wärmeauslöser. Für den Fall, daß die Phase ,R bricht, sind dagegen
die Verhältnisse umgekehrt, d. h. jetzt arbeiten nur die 'Zusatzwicklungen und die
Hauptwicklung nicht.
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Mit vorbeschriebenem Transformator wird mittelbar über einen Wärmeauslöser
ein vollkommener thermischer Dreiphasenschutz erreicht. Hierbei kann der Wärmeauslöser
ganz nach Bedarf für einen verhältnismäßig kleinen Strom ausgebildet werden, wodurch
der Eigenverbrauch klein wird und die Beheizung durch den thermischen Auslöser unerheblich
ist. Außerdem braucht man nur einen Auslöser, und man kann alle Einstellbereiche
durch entsprechende Wicklungsänderung mit ein und demselben Wärmeauslöser beherrschen.
Bei der Bemessung der Sättigung im Transfürmatoreisen wird man vorteilhaft so verfahren,
daß bei starken Überströmen (Kurzschlüssen) eine Übersättigung eintritt, wodurch
der Wärmeauslöser gegen Verbrennen sicher geschützt wird.
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Für die Schnellauslösung bei starken Gberströmen (Kurzschlüssen) kann
ebenfalls das Transformatoreisen verwendet werden. Für diesen Fall sind die beiden
Kurzschlußanker d-d vorgesehen. Tritt ein starker Überstrom auf, sd tritt infolge
der Übersättigung des Eisens um die Primärwicklungen eine starke magnetische Streuung
auf. Hierdurch werden die Anker d-d oder, wenn der Kurzschluß nur zwischen zwei
Phasen auftritt, einer der Anker d gegen die Wirkung entsprechender Einstellfedern
angezogen, wodurch die Auslösung des Schalters herbeigeführt wird. Somit wird mit
Hilfe des Transformators ein besonderer Schnellauslöser erspart.