DE946460C

DE946460C - Primary release for electrical devices

Info

Publication number: DE946460C
Application number: DES5622D
Authority: DE
Inventors: Paul Duffing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-01-18
Filing date: 1939-01-18
Publication date: 1956-08-02

Description

Primärauslöser für elektrische Geräte Die Erfindung bezieht sich auf einen Primärauslöser für elektrische Geräte, insbesondere öllose und ölarme Hochspannungsschalter.Primary Trigger For Electrical Equipment The invention relates to a primary release for electrical devices, especially oil-free and low-oil high-voltage switches.

Die Anwendung von Primärauslösern ist insofern beschränkt, als die Kurzschlußfestigkeit der Spulen besonders für kleine Nennströme eingeschränkt ist. Um Auslöser zu bauen, gibt es verschiedene Methoden, von denen die einfachste in der Anwendung eines gewöhnlichen Elektromagneten besteht, der vom Hauptstrom erregt wird. Diese Methoden sind aber alle letzten Endes darauf angewiesen, daß in dem Magnetkreis, der zur Anwendung gelangt, ein Luftspalt vorhanden ist. Die Anwendung eines Luftspaltes erfordert aber, weil derselbe einen großen magnetischen Widerstand darstellt, verhältnismäßig große Amperewindungszahlen. Die Aufgabe der Erfindung besteht zunächst darin, ein Mittel zu suchen, um die Amperewindungszahlen möglichst zu verkleinern. Ein solches Mittel ist zwar bei Sekundärauslösern an sich bereits bekannt. Beim Sekundärauslöser wird nämlich ein geschlossener, luftspaltfreier Ringkern zur Energieübertragung verwendet Dieser Ringkern mit den Wicklungen kann als Isolierstromwandler bezeichnet werden, da diesem Isolierstromwandler die Hauptaufgabe zufällt, die ilochspannungsprimärwicklung von der Niederspannungssekundärwicklung zu isolieren. Bei größeren Spannungen ist aber der Aufwand für einen derartigen Isolierstromwandler sehr erheblich.The use of primary triggers is limited in that Short-circuit strength of the coils is limited, especially for small nominal currents. There are several methods of building triggers, the simplest of which is in the application of an ordinary electromagnet, which is excited by the main current will. In the end, however, these methods all depend on the fact that in the Magnetic circuit that is used, there is an air gap. The application but an air gap requires, because it is the same, a large magnetic resistance represents, relatively large ampere-turns. The object of the invention is first of all to find a means to get the ampere-turns numbers as possible to zoom out. Such a means is in itself already in the case of secondary triggers known. The secondary release has a closed toroidal core free of air gaps used for energy transmission This toroidal core with the windings can be used as an isolating current transformer because this isolating current transformer has the main task, the high-voltage primary winding from the low voltage secondary winding. In the case of higher voltages but the effort for such an isolating current transformer is very considerable.

Man hat versucht, die Leistung solcher Wandler durch die Anordnung einer mehrfachen Primärwicklung und somit die Ausbildung der Wandler, als sogenannte Schleifen- oder Kreuzringwandler zu erhöhen. Durchgesetzt hat sich -aber wegen der Kurzschlußfestigkeit. der Einleiter-Isolierstron3-wandler (Stabwandler), bei dem eine Hochspannungsdurchführung als Primärwicklung und ein geerdeter Ringkern benutzt wird. Wenn man jetzt von dem Mittel eines Isolierstromwandlers keinen Gebrauch machen will, so besteht die Aufgabe darin, eine kurzschlußfeste Primärwicklung zu finden.Attempts have been made to increase the performance of such converters through the arrangement a multiple primary winding and thus the training of the converter, as a so-called loop or cross ring converter. Has prevailed -but because of the short-circuit strength. the single-wire insulating current converter (rod converter), with a high-voltage bushing as the primary winding and a grounded toroidal core is used. If one now does not use the means of an isolated current transformer want to make, the task is to provide a short-circuit-proof primary winding Find.

Eine einfache Lösung besfeht darin, die Durchführung zu umgehen und den Ringkern selbst -auf Hochspannungspotential zu bringen. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die mittlere Kraftlinienlänge bei einem nicht isolierten Ringkern erheblich verkleinert wird. Damit steigt aber, derselbe Eisenquerschnift vorausgesetzt,, die Leistung des Kernes.A simple solution is to bypass the implementation and to bring the toroid itself to high voltage potential. The advantage of this arrangement can be seen in the fact that the mean line of force length for a non-isolated Toroidal core is significantly reduced in size. But with it increases, the same iron cross-section provided, the performance of the core.

Es hat sich demgegenüber herausgestellt, daß ein im Vergleich zum Isolierwandler verschwindend kleiner Kern genügt, um die zur Auslösung notwendige Energie aus der Hochspannungsprimär= leitung zu entnehmen. Es ist dagegen nicht ohne weiteres möglich, einen mit einem Luftspalt versehenen Ringkern kleiner Abmessung zu bauen-, der eine ausreichende Kraft zur Auslösung besitzt, wenn man den Auslöser mit nur einer Windung kurzschlußfest auszuführen wünscht, Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck ein insbesondere luftspaltfreier Ringkern ähnlich wie bei einem Stromwandler als elektromagnetischer Verstärker vorgesehen, dessen Primärwicklung als Einleiter ausgebildet sein kann und dessen beliebige Sekundärwicklung (Niederspannungswicklung)--die Erregung für einen weiteren mit Luftspalt ausgerüsteten Eisenkern liefert. Während für die modernen Schaltgeräte ohne Durchführungen die Anordnung eines Isolierstromwandlers bis jetzt den zusätzlichenEinbau einerDurchführung erforderte, ist dieser erhebliche Aufwand bei der Erfindung nicht notwendig, so daß der Erfindungsgegenstand in bezug auf den Werkstoffverbrauch und wirtschaftliche Fertigung vom größten Werte ist.In contrast, it has been found that a compared to the Isolation transformer of a vanishingly small core is sufficient to generate the necessary for tripping Take energy from the high-voltage primary line. It is not against it A toroidal core of small dimensions provided with an air gap is easily possible to build - who has sufficient force to trigger when one pulls the trigger wishes to make short-circuit proof with only one turn, according to the invention is to For this purpose, a toroidal core that is free of air gaps, in particular, is similar to that of a current transformer provided as an electromagnetic amplifier, its primary winding as a single conductor can be formed and its secondary winding (low voltage winding) - the Provides excitation for another iron core equipped with an air gap. While for the modern switchgear without bushings the arrangement of an isolating current transformer until now required the additional installation of a bushing, this is considerable Expenditure in the invention is not necessary, so that the subject matter of the invention in relation on the material consumption and economical production of the greatest values.

Verwendet man hierbei hochlegierte Eisensorten, so gestattet der Fluß in denn geschlossenen Ringkern eine besonders erhebliche Verstärkung. hervorzurufen.If you use high-alloyed iron types, the river allows in the closed toroidal core a particularly significant gain. to evoke.

Näch -einer weiteren' Erfindung wird die -Stromabhängigkeit des Magnetsystems in gewissen Grenzen veränderlich gestaltet, damit auf diese Weise das Magnetsystem je nach Einstellung bei einem vorbestimmten, z. B. zwischen ein- bis zweifachen Nennstrom liegenden Wert anspricht. Zugleich wird hierbei der Anforderung weitgehendst Rechnung getragen, daß dieses Magnetsystem bei einem erheblich verringerten Stromwert abfällt. Darüber hinaus gestattet das Magnetsystem bei erheblich größeren Überströmen,- z. B. beim fünffachen Überstrom, eine Kurzschlußschnellauslösung . zu- bewirken. Außerdem kann ein und derselbe Auslöser bei verschiedener Einstellung für die verschiedensten Nennstromstärken verwendet werden. Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß Mittel vorgesehen sind, die den magnetischen Widerstand des Wandlerkerns stetig oder feinstufig - -zu verändern gestatten, insbesondere derart, daß diese Veränderung dafür sorgt, daß das Eisen des Wandlers sich bei den verschiedenen Einstellungen der Nennstromstärken im gleichen magnetischen Zustand befindet, daß also die magnetische Feldstärke und Induktion, die zur Auslösung führen, bei jedem eingestellten Nennwert stets dieselben bleiben. Würden im Gegensatz zur erfindungsgemäßenMaßnahme die Feldstärke und die Induktion sich verändern, s6 würde man sehr bald zwar einen kleinen Fluß, aber ein stark gesättigtes Eisen vorfinden. Die Folge davon wäre, daß die Stromeinstellung nicht mehr durchführbar sein würde, oder genauer gesagt, daß zu einer Änderung. der Stromstärke nur eine sehr verminderte Änderung der magnetischer- Kraft` gehören würde. -Das Mittel, um eine derartige Änderung des magnetischen Widerstandes herbeizuführen, besteht in der -Anwendung -eines veränderlichen Luftspaltes, wenn man nicht durch die Wahl verschiedener Eisensorten mit geringer P.ermeabilität für die einzelnen verlangten Nennstromwerte verschiedene Wandlerkerne ausführen will.Next - another 'invention is the current dependency of the magnet system Designed to be changeable within certain limits, so the magnet system in this way depending on the setting at a predetermined, z. B. between one to two times Rated current responds. At the same time, the requirement is here to a large extent Taken into account that this magnet system at a significantly reduced current value falls off. In addition, the magnet system allows with considerably larger overcurrents, z. B. at five times the overcurrent, a short-circuit quick release. to effect. In addition, one and the same trigger can be used for a wide range of different settings Nominal currents are used. According to the invention, this is essentially achieved by this achieved that means are provided that the magnetic resistance of the converter core continuously or finely - allow to change, in particular in such a way that this Change ensures that the iron of the converter changes with the various settings of the nominal currents is in the same magnetic state, that is, the magnetic Field strength and induction that lead to tripping at each set nominal value always stay the same. In contrast to the measure according to the invention, the field strength and the induction change, s6 one would very soon indeed find a small river, but find a very saturated iron. The consequence of this would be that the current setting would no longer be feasible, or more precisely that would lead to a change. the strength of the current only includes a very reduced change in the magnetic force would. -The means of causing such a change in magnetic reluctance, consists in the application of a variable air gap if one does not go through the choice of different types of iron with low permeability for the individual wants to run different converter cores with the required nominal current values.

Bei der Ausführungsform nach Fig. i ist ein ungesättigter Eisenring i vorgesehen, der in ähnlicher Form wie ein Ringstromwandler mittels einer einzigen Primärwindung 2 erregt wird. In dem Eisenring i wird ein dem Strom nahezu proportionaler Fluß erzeugt. Auf dem Eisenring i. befindet sich eine Sekundärwicklung 3 (Niederspannungswicklung) mit n Windungen. Mit 4 ist ein Magnet bezeichnet, der einen Luftspalt 5 enthält, um -eine Kraftwirkung zu erhalten. Die den Magnet 4 umschließende Wicklung mag aus N Windungen -bestehen.In the embodiment of Fig. I is an unsaturated iron ring i provided that in a similar form as a ring current transformer by means of a single Primary winding 2 is excited. In the iron ring i, a becomes almost proportional to the current Flux generated. On the iron ring i. there is a secondary winding 3 (low voltage winding) with n turns. With a magnet 4 is referred to, which contains an air gap 5, in order to obtain a force effect. The winding surrounding the magnet 4 may be off N turns exist.

Es läßt sich eine Verstärkungszahl v ermitteln, die von dem Verhältnis der Windungszahlen n und N abhängig ist. Die maximale. Verstärk u_ngszahl wird. bei einem bestimmten, von den Flüssen abhängigen Verhältnis der Windungszahlen erreicht.A gain v can be determined based on the ratio depends on the number of turns n and N. The maximal. Gain number is. achieved at a certain ratio of the number of turns depending on the fluxes.

Die Isolation der "Hochspannungsprimärleitung gegenüber dem auszulösenden Gerät, dessen Antriebsteile geerdet sind, kann hierbei mit Hilfe einer nicht dargestellten Isolierstange, also in sehr einfacher Weise erreicht werden.The isolation of the "high voltage primary line" from the one to be triggered Device, the drive parts of which are grounded, can use a not shown Insulating rod, so can be achieved in a very simple manner.

Gemäß -der Ausführungsform nach Fig. 2 setzt sich der die nichtdargestellte Primärwicklung aufnehmende Magnetkern aus einem Stapel von aufgeschnittehen, aus magnetischem Werkstoff, z. B. Eisen oder Eisenlegierungen, bestehenden Ringen i i zusammen, zwischen welche geschlossene Ringe i2 aus nichtmagnetischem Material eingelegt werden.According to the embodiment according to FIG. 2, the one not shown is seated Primary winding receiving magnetic core from a stack of cut open magnetic material, e.g. B. iron or iron alloys, existing rings i i together, between which closed rings i2 made of non-magnetic material be inserted.

Die einen Stapel bildenden Ringe 1i, 12 werden durch nicht dargestellte. Mittel, z: B. Schrauben, zusammengehalten. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der magnetische Widerstand des Ringes nahezu vollständig durch den Aufwand von Amperewindungen für den Luftweg gegeben ist. Der Weg, der beim Übertritt des magnetischen Flusses von einem geschlitzten Eisenring i i zu dem anderen zurückzulegen ist, ist verhältnismäßig klein. Die magnetische Feldstärke in dem Luftspalt kann ebenfalls sehr klein gehalten werden, weil in der Anfangsstellung fast die ganze Grundfläche des Eisenringes als ein Pol für das Magnetfeld verwendet werden wird. Der magnetische Widerstand der Luftstrecke ist daher sehrklein;eristjedochumeine Größenordnung größer als der Widerstand im Eisen. Der Widerstand im Eisen kann nämlich durch die entsprechende Wahl des Eisenquerschnittes nahezu beliebig herabgesetzt werden. Vorteilhaft ist es sogar, den Eisenquerschnitt so stark heraufzusetzen, daß man sich von der Sättigung genügend weit entfernt. Vorteilhaft werden Eisenblechstärken in der Größenordnung von i mm gewählt, von denen mehrere aufeinandergefügt werden können.The rings 1i, 12 forming a stack are not shown by. Means, e.g. screws, held together. It is advantageous if the magnetic resistance of the ring almost entirely due to the expenditure of ampere turns is given for the airway. The path that occurs when the magnetic flux crosses has to be covered from one slotted iron ring i i to the other is proportionate small. the magnetic field strength in the air gap can also can be kept very small, because in the initial position almost the entire base area of the iron ring will be used as a pole for the magnetic field. The magnetic one Air gap resistance is therefore very small; however, it is an order of magnitude greater than the resistance in iron. The resistance in the iron can namely by the appropriate Choice of the iron cross-section can be reduced almost at will. Is beneficial it is even possible to raise the iron cross-section so much that one can avoid saturation far enough away. Sheet iron thicknesses of the order of magnitude are advantageous of i mm selected, several of which can be joined together.

Es gelingt nun durch gegenseitiges Verdrehen der geschlitzten Eisenringe i i den Widerstand im Luftspalt und damit den Fluß zu verkleinern, ohne daß für verschiedene Nennstromwerte eine Änderung der magnetischen Feldstärke im Eisen herbeigeführt wird. Die größte Fläche zum Übertritt des Flusses von einem Ring zum anderen erhält man, wenn die beiden Öffnungen der aufgeschnittenen Ringe i i diametral gegenüberstehen. Es erscheint vorteilhaft, als kleinste Nennstromstärke z. B. 5o A zu wählen und als, oberste Grenze mehrere ioo A festzusetzen.It is now possible by mutually twisting the slotted iron rings i i to reduce the resistance in the air gap and thus the flow without for Different nominal current values cause a change in the magnetic field strength in the iron will. Gives the largest area for the river to cross from one ring to the other one when the two openings of the cut rings i i are diametrically opposite. It appears advantageous to use z. B. 5o A to choose and as setting the uppermost limit of several hundred A.

Noch kleinereStromstärken als 5oA, diegelegentlich verlangt werden, erfordern nicht mehr eine so hohe Kurzschlußfestigkeit; diese Nennströme werden daher durch die Anbringung einer Primärspule von wenigen Windungen beherrscht.Even lower currents than 5oA, which are occasionally required, no longer require such a high short-circuit strength; these rated currents are therefore dominated by the attachment of a primary coil of a few turns.

Statt Ringe i i und 1a zu verwenden, kann für diese Teile selbstverständlich eine beliebige andere, z. B. viereckige Form mit Fenstern gewählt werden.Instead of using rings i i and 1a, you can of course use these parts any other, e.g. B. square shape with windows can be selected.

Durch die Anwendung gut leitender Metalleinlagen aus Kupfer kann bei hohen Nennstromstärken eine scheinbare Vergrößerung des Luftspaltes durch Wirbelströme in Kupfer erzielt werden. Bei kleinen Strömen tritt diese Wirkung nicht auf, weil die Luftinduktion zu gering ist.By using highly conductive metal inserts made of copper, high nominal currents an apparent enlargement of the air gap due to eddy currents can be achieved in copper. This effect does not occur with small currents because the air induction is too low.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Primary triggers for electrical devices, in particular Oil-free and low-oil high-voltage switch, characterized in that an electromagnetic Amplifier serving toroidal core is provided, its primary winding as a single conductor can be formed and its secondary winding (low-voltage winding) supplies the excitation for a further iron core equipped with an air gap. a. Primary release according to Claim i, characterized in that the electromagnetic Amplifier contains an air-gap-free toroidal core made from high-alloy iron types is executed. 3. Primary release, in particular according to claim i, characterized in that that means are provided which steadily increase the magnetic resistance of the converter core or allow to change finely, in particular in such a way that this change ensures that the iron of the converter is at the various settings of the nominal currents is in the same magnetic state, that is, the magnetic Field strength and induction that lead to tripping at each set nominal current value always stay the same. . Primary release according to claims i and 3, characterized in that that the means to a flow change, in particular flow reduction, at higher To bring about currents, consists in the application of a variable air gap. 5. Primary release according to claim i, 3 and q., Characterized in that the the High-voltage winding core from a stack of one above the other slotted rings made of magnetically highly conductive material and made of between these rings provided, self-contained deposits made of non-magnetic material, e.g. B. copper, there is to change the resistance in the gap between the slotted rings and thus the river the slotted rings individually or are mutually rotatable together or in groups. 6. Primary trigger after Claims i to 5, characterized in that the insulation of the high-voltage primary line to the device to be triggered, the drive parts of which are grounded, by means of a Insulating rod or the like.