EP0222687B1 - Stromwandler für einen Leistungsschalter - Google Patents

Stromwandler für einen Leistungsschalter Download PDF

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EP0222687B1
EP0222687B1 EP86730166A EP86730166A EP0222687B1 EP 0222687 B1 EP0222687 B1 EP 0222687B1 EP 86730166 A EP86730166 A EP 86730166A EP 86730166 A EP86730166 A EP 86730166A EP 0222687 B1 EP0222687 B1 EP 0222687B1
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EP
European Patent Office
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current transformer
core
intermediate portion
end portions
busbar
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EP86730166A
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EP0222687A2 (de
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William E. May
Ronald W. Mckinney
James S. Wells
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20—Instruments transformers
    • H01F38/22—Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/28—Current transformers
    • H01F38/30—Constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00—Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/027—Casings specially adapted for combination of signal type inductors or transformers with electronic circuits, e.g. mounting on printed circuit boards

Definitions

  • the invention relates to a current transformer for a circuit breaker with a busbar serving as the primary winding of the current transformer and penetrating its core, which has two end parts serving for connection to further conductors and an intermediate part located between the end parts and penetrating the core.
  • the object of the invention is to reduce the dimensions of the current transformer to such an extent that it practically does not exceed the width of the associated conductor rail and, furthermore, additional heating remains as low as possible.
  • the intermediate part is arranged to run transversely to the longitudinal direction of the busbar and is connected at its ends to the mutually facing sides of the end parts and in that the intermediate part is arranged at a distance from the end parts which is suitable for passage through the core .
  • the core of the current transformer is in a position rotated by 90 ° with respect to the known arrangements. It can therefore no longer withstand the width of the busbar. It is therefore no longer necessary to reduce the width of the intermediate part, which also results in less heat loss.
  • the aforementioned distance of the intermediate part from the end parts allows the core of the current transformer to be supported on one end part or on both end parts.
  • the end parts are arranged flush with one another at an end face distance and that the intermediate part is connected by a connecting part to the side face of the one end part and on its opposite side by a further connecting part to the opposite side surface of the other end part is connected.
  • This arrangement can be produced from individual parts as well as coherently.
  • the intermediate part is arranged approximately symmetrically overlapping a parting line between the end parts and the connecting parts with a reduced width compared to the area of the intermediate part intended for passage through the core is trained.
  • the reduced width of the connecting parts means that the intermediate part is only connected to the side surface of one end part and the current can therefore only pass through the intermediate part from one end part to the other end part of the busbar. Since these narrower connecting parts can be short, there are only minor losses. The additional heating is accordingly low and occurs in places with good heat emission.
  • the end parts, the intermediate part and the connecting parts can be formed in one piece as a bendable sheet metal part. This makes it possible to maintain the previous method of manufacturing busbars for current transformers, although the direction of the current flow through the busbar runs differently than in the known current transformers.
  • the new current transformer is equally suitable for embodiments with one secondary winding or with two secondary windings. If two secondary windings are required, the intermediate part can be dimensioned and arranged for the passage between the secondary windings.
  • FIG. 8 shows a section along the line VIII-VIII in FIG. 7.
  • FIG. 9 shows a stamped part made of copper sheet before it is formed into a busbar.
  • the current transformer 10 is provided for supplying an electronic trip unit of a circuit breaker with an insulating housing (type MCCB) and has a core 12 and a secondary winding 14.
  • the core 12 preferably consists of layered soft magnetic steel sheets which form a window for the passage of the secondary winding.
  • the secondary winding 14 surrounds one leg of the core 12 and extends through the window mentioned in such a way that the winding 14 surrounds the core 12.
  • the current transformer 10 has a busbar 16 which also has a section which penetrates the window of the core 12. In this way, a magnetic flux in the core 12 is excited by the current flowing through the bus bar.
  • two secondary windings can also be provided in a manner to be described.
  • the busbar 16 has a first end part 20 and a second end part 22, which are preferably flat and designed in a suitable manner for connection to an external connection device or a conductor leading into the interior of the circuit breaker , e.g. B. can be provided with through openings.
  • the first end part 20 of the busbar 14 has mutually opposite side faces 26 and 28.
  • the second end part 22 has side faces 32 and 34.
  • the side faces 28 and 34 or 26 and 32 are located on the same side of the busbar 16 in each case FIGS. 2 and 3 show that the busbar 16 has an outer end surface 24 at the end of the end part 20 and the end part 22 has an outer end surface 30.
  • the end parts 20 and 22 with inner end surfaces 25 and 31 are at a distance 36 from one another. Both end parts are conductively connected to one another by an intermediate part 38 which has a first angled leg 39 and a second angled leg 40.
  • the first angled leg 39 is connected to the end part 20 in the region of the first side surface 26 of the end part 20 via a first connecting part 42
  • the opposite angled leg 40 of the intermediate part 38 is connected to the side surface 34 of the second end part 22 via a second connecting part 44 connected is.
  • the connection at diagonally opposite points ensures that the direction of the current in the intermediate part 38 is approximately at right angles to the current direction in the busbar 16 as a whole. This is illustrated in FIG. 2 by the double arrow 18 for the flow direction between the end parts 20 and 22 and the arrow 48 at right angles thereto for the direction of the flow in the intermediate part 38.
  • the current transformer can also have two secondary windings.
  • a corresponding exemplary embodiment is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the current transformer 50 has a core 52 on the opposite legs of which a first secondary winding 54 and a second secondary winding 56 are attached.
  • the associated busbar 58 which forms the primary winding has a structure which in principle corresponds to the exemplary embodiment described above.
  • the intermediate part 60 connecting the end parts of the busbar 58 is provided with long angled legs 62 and 64 that the intermediate part 60 can pass between the two secondary windings 54 and 56. Accordingly, it is not the core of the current transformer that rests on the end parts of the busbar 58, but the lower secondary winding 54.
  • the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 8 also has the advantageous property of a small overall width compared to conventional current transformers.
  • the busbars 16 and 58 can be produced from a suitable conductor material by an extrusion process. By such a method, the conductor material is shaped into the desired hollow cross-sectional configuration and the excess material is cut away to form the end parts 20 and 22. Additional processing electrically separates the two end parts 20 and 22 and only leaves the connection to the connecting part 38.
  • the busbar 16 or 58 can be made of sheet metal.
  • a sheet metal part 66 can be cut out of copper sheet in accordance with FIG. 9 and then shaped into the desired shape by simple bending processes.
  • the sections provided with the dimension 46 form the connecting parts 42 and 44 according to FIGS. 2 and 4.
  • the stamping and bending process has the advantage of being quick to carry out.
  • extrusion can produce a busbar with more narrow tolerances.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Breakers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stromwandler für einen Leistungsschalter mit einer als Primärwicklung des Strom­wandlers dienenden und dessen Kern durchsetzenden Strom­schiene, die zwei zur Verbindung mit weiterführenden Leitern dienende Endteile sowie einen zwischen den End­teilen befindlichen, den Kern durchsetzenden Zwischenteil besitzt.
  • Stromwandler dieser Art sind beispielsweise durch die US-A-4 281 359 und 4 300 110 bekannt geworden. Bestrebungen, die Abmessungen solcher Stromwandler möglichst gering zu und dadurch den Abstand benachbarter Strombahnen eines Leistungsschalters lediglich entsprechend sonstigen An­forderungen wählen zu können, finden ihre Grenze dort, wo die Abmessungen des Stromwandlers und der ihn durchsetzen­den Stromschiene mit Rücksicht auf die geforderte Wirkungs­weise und die Erwärmung nicht unterschritten werden können. Beispielsweise kann der den Stromwandler durchsetzende Zwischenteil die Stromschiene schmaler als die Endteile der Stromschiene ausgebildet sein. Hierdurch ist jedoch die Stromdichte in dem Zwischenteil gegenüber den Endteilen vergrößert, was zu höheren Verlusten und damit zu einer erhöhten Erwärmung führt. Zudem ist die Wärmeabfuhr durch die Überdeckung des Zwischenteiles durch die Sekundärwicklung des Wandlers behindert
  • Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, die Abmessungen des Stromwandlers soweit zu verringern, daß er die Breite der zugehörigen Stromschiene praktisch nicht übersteigt und ferner eine zusätzliche Erwärmung möglichst gering bleibt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zwischenteil quer zur Längsrichtung der Stromschiene verlaufend angeordnet und an seinen Enden mit den einander zugewandten Seiten der Endteile verbunden ist und daß der Zwischenteil in einem zum Durchtritt durch den Kern ge­eigneten Abstand von den Endteilen angeordnet ist. Auf diese Weise erhält der Kern des Stromwandlers eine gegenüber den bekannten Anordnungen um 90° gedrehte Stellung. Er kann deshalb über die Breite der Stromschiene nicht mehr über­stehen. Damit ist es nicht mehr erfordelrich, die Breite des Zwischenteiles zu verringern, wodurch auch weniger Verlust­wärme entsteht. Durch den erwähnten Abstand des Zwischenteiles von den Endteilen kann der Kern des Stromwandlers auf einem Endteil oder beiden Endteilen abgestützt werden.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, die Erfindung in der Weise zu verwirklichen, daß die Endteile einander mit einem stirnseitigen Abstand fluchtend gegenüberstehend angeordnet sind und daß der Zwischenteil durch ein Verbindungsteil mit der Seitenfläche des einen Endteiles und an seiner gegen­überliegenden Seite durch ein weiteres Verbindungsteil mit der gegenüberliegenden Seitenfläche des anderen Endteiles verbunden ist. Diese Anordnung ist sowohl aus Einzelteilen als auch zusammenhängend herstellbar. In diesem Zusammen­hang empfiehlt es sich insbesondere, daß der Zwischenteil eine zwischen den Endteilen befindlichen Trennfuge etwa symmetrisch überdeckend angeordnet ist und die Verbindungs­teile mit verringerter Breite gegenüber dem zum Durchtritt durch den Kern vorgesehenen Bereich des Zwischenteiles ausgebildet ist. Durch die verringerte Breite der Ver­bindungsteile wird nämlich erreicht, daß der Zwischenteil jeweils nur mit der Seitenfläche des einen Endteiles in Verbindung steht und der Strom somit nur über den Zwischen­teil von dem einen Endteil zu dem anderen Endteil der Stromschiene gelangen kann. Da diese schmaleren Verbindungs­teile kurz sein können, entstehen nur geringe Verluste. Die zusätzliche Erwärmung ist dementsprechend gering und ent­steht an Stellen mit guter Wärmeabgabe.
  • Die Endteile, der Zwischenteil und die Verbindungsteile können einstückig als biegbares Blechteil ausgebildet sein. Damit ist es möglich, die bisherige Herstellungsweise von Stromschienen für Stromwandler beizubehalten, obwohl die Richtung des Stromflusses durch die Stromschiene anders als bei den bekannten Stromwandlern verläuft.
  • Der neue Stromwandler eignet sich gleichermaßen für Aus­führungsformen mit einer Sekundärwicklung oder mit zwei Sekundärwicklungen. Werden zwei Sekundärwicklungen benötigt, so kann der Zwischenteil für den Durchtritt zwischen den Sekundärwicklungen bemessen und angeordnet sein.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    • Die Figur 1 zeigt einen auf eine Stromschiene angeordneten Stromwandler in einer perspektivischen Darstellung.
    • Die Figur 2 zeigt eine Stromschiene als Einzelteil in einer perspektivischen Darstellung.
    • Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Stromschiene gemäß der Figur 2.
    • In der Figur 4 ist die Stromschiene gemäß der Figur 2 von unten gezeigt.
    • Die Figur 5 zeigt einen Längsschnitt durch die Stromschiene und den darauf angeordneten Stromwandler gemäß der Figur 1.
    • In der Figur 6 ist die rechte Seite der Anordnung gemäß der Figur 5 in einer Stirnansicht dargestellt.
    • In der Figur 7 ist eine abgewandelte Ausführungsform eines Stromwandlers mit zwei Sekundärwicklungen in einer Dar­stellung entsprechend der Figur 6 gezeigt.
  • Einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur 7 zeigt die Figur 8.
  • Die Figur 9 zeigt ein Stanzteil aus Kupferblech vor seiner Umformung zu einer Stromschiene.
  • Der Stromwandler 10 gemäß der Figur 1 ist zur Versorgung einer elektronischen Auslöseeinheit eines Leistungsschalters mit Isolierstoffgehäuse (Bauart MCCB) vorgesehen und weist einen Kern 12 sowie eine Sekundärwicklung 14 auf. Der Kern 12 besteht vorzugsweise aus geschichteten weichmagnetischen Stahlblechen, die ein Fenster zum Durchtritt der Sekundär­wicklung bilden. Die Sekundärwicklung 14 umgibt einen Schenkel des Kerns 12 und erstreckt sich durch das erwähnte Fenster in der Weise, daß die Wicklung 14 den Kern 12 umgibt. Ferner weist der Stromwandler 10 eine Stromschiene 16 auf, die einen gleichfalls das Fenster des Kerns 12 durchsetzenden Abschnitt aufweist. Auf diese Weise wird ein Magnetfluß in dem Kern 12 durch den durch die Stromschiene fließenden Strom erregt. Anstelle der einen gezeigten Sekunärwicklung 14 können auch in einer noch zu beschreibenden Weise zwei Sekundärwicklungen vorgesehen sein.
  • Wie die Figuren 2 bis 6 näher zeigen, weist die Stromschiene 16 einen ersten Endteil 20 sowie einen zweiten Endteil 22 auf, die vorzugsweise eben ausgeführt sind und zur Verbindung mit einer äußeren Anschlußvorrichtung bzw. einem in das Innere des Leistungsschalters hineinführenden Leiter in geeigneter Weise gestaltet, z. B. mit Durchgangsöffnungen versehen sein können. Der erste Endteil 20 der Stromschiene 14 besitzt einander gegenüberliegende Seitenflächen 26 und 28. Ebenso besitzt der zweite Endteil 22 Seitenflächen 32 und 34. Dabei befinden sich die Seitenflächen 28 und 34 bzw. 26 und 32 auf jeweils derselben Seite der Stromschiene 16. Ferner zeigen insbesondere die Figuren 2 und 3, daß die Stromschiene 16 am Ende des Endteiles 20 eine äußere Endfläche 24 und der Endteil 22 eine äußere Endfläche 30 aufweist.
  • Wie insbesondere der Figur 4 zu entnehmen ist, stehen sich die Endteile 20 und 22 mit inneren Endflächen 25 bzw. 31 mit einem Abstand 36 gegenüber. Beide Endteile sind mitein­ander leitend durch ein Zwischenteil 38 verbunden, das einen ersten abgewinkelten Schenkel 39 und einen zweiten abgewinkelten Schenkel 40 besitzt. Hierbei steht der erste abgewinkelte Schenkel 39 über einen ersten Verbindungsteil 42 mit dem Endteil 20 im Bereich der ersten Seitenfläche 26 des Endteiles 20 in Verbindung, während der gegenüber­liegende abgewinkelte Schenkel 40 des Zwischenteiles 38 über ein zweites Verbindungsteil 44 mit der Seitenfläche 34 des zweiten Endteiles 22 verbunden ist. Durch die Verbindung an diagonal gegenüberliegenden Stellen wird erreicht, daß die Richtung des Stromes in dem Zwischenteil 38 etwa recht­winklig zu der Stromrichtung in der Stromschiene 16 als Ganzes verläuft. Dies ist in der Figur 2 durch den Doppelpfeil 18 für die Stromrichtung zwischen den Endteilen 20 und 22 und den hierzu rechtwinklig stehenden Pfeil 48 für die Richtung des Stromes in dem Zwischenteil 38 veran­schaulicht.
  • Wie insbesondere bei der Betrachtung der Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, weisen lediglich die Verbindungsteile 4 und 44 einen geringeren Querschnitt (Maß 46 in Figur 9) als die übrigen Bereiche der Stromschiene 16 auf. Wegen der geringen Länge dieser Verbindungsteile sind somit die Verluste entsprechend klein. Durch ihre Lage am Rande der Strom­schiene ist die Wärmeabfuhr nicht behindert. Im Bereich des Kernes 12 des Stromwandlers 10 steht dagegen der volle Leiterquerschnitt zur Verfügung. Ein Schenkel des Kernes 12 befindet sich zwischen der Ebene der miteinander fluchtenden Endteile 20 und 22 und den Zwischenteil 38. Gegenüber den bekannten Stromwandlern für Leistungsschalter ergibt sich hierdurch eine um 90° gedrehte Stellung des Kernes und der Sekundärwicklung gegenüber der Stromschiene. Die Unter­bringung mehrerer Stromwandler in einem Leistungsschalter ist hierdurch erleichtert, weil der Stromwandler über die Breite der Stromschiene nicht übersteht.
  • Wie bereits erwähnt, kann der Stromwandler auch zwei Se­kundärwicklungen besitzen. Ein entsprechendes Ausführungs­beispiel ist in den Figuren 7 und 8 gezeigt. Der Strom­wandler 50 besitzt einen Kern 52 auf dessen gegenüber­liegenden Schenkeln eine erste Sekundärwicklung 54 und eine zweite Sekundärwicklung 56 angebracht ist. Die zuge­hörige, die Primärwicklung bildende Stromschiene 58 be­sitzt einen im Prinzip mit dem zuvor beschriebenen Aus­führungsbeispiels übereinstimmenden Aufbau. Jedoch ist der die Endteile der Stromschiene 58 verbindende Zwischen­teil 60 mit so langen abgewinkelten Schenkel 62 und 64 ver­sehen, daß der Zwischenteil 60 zwischen den beiden Sekundär­wicklungen 54 und 56 hindurchtreten kann. Dementsprechend ruht nicht der Kern des Stromwandlers auf den Endteilen der Stromschiene 58, sondern die untere Sekundärwicklung 54. Auch das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7 und 8 be­sitzt die vorteilhafte Eigenschaft einer gegenüber her­kömmlichen Stromwandlers geringen Baubreite.
  • Die Stromschienen 16 bzw. 58 können aus einem geeigneten Leiterwerkstoff durch ein Extrusionsverfahren hergestellt werden. Durch ein solches Verfahren wird das Leitermaterial in die gewünschte hohle Querschnittskonfiguration geformt und das überschüssige Material wird zur Bildung der End­teile 20 und 22 weggeschnitten. Eine zusätzliche Bearbeitung trennt die beiden Endteile 20 und 22 elektrisch von einander und beläßt nur die Verbindung mit dem Verbindungsteil 38.
  • Ferner kann die Stromschiene 16 bzw. 58 aus Blech hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Blechteil 66 aus Kupferblech entsprechend der Figur 9 ausgeschnitten werden und anschließend durch einfache Biegevorgänge in die gewünschte Gestalt umgeformt werden. Die mit dem Maß 46 versehenen Abschnitte bilden dabei die Verbindungsteile 42 und 44 gemäß den Figuren 2 und 4. Der Stanz-Biegeprozeß hat den Vorteil der raschen Durchführbarkeit. Demgegenüber läßt sich durch Extrudieren eine Stromschiene mit enger tolerierten Abmes­sungen herstellen.

Claims (5)

1. Stromwandler (10, 50) für einen Leistungsschalter mit einer als Primärwicklung des Stromwandlers (10, 50) dienen­den und dessen Kern (12, 52) durchsetzenden Stromschiene (16; 58), die zwei zur Verbindung mit weiterführenden Leitern dienende Endteile (20, 22) sowie einen zwischen den Endteilen (20, 22) befindlichen, den Kern (12, 52) durchsetzenden Zwischenteil (38, 60) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil (38, 60) quer zur Längsrichtung der Strom­schiene (16; 58) verlaufend angeordnet und an seinen Enden (39, 49; 62, 64) mit den einander zugewandten Seiten (25, 31) der Endteile (20, 22) verbunden ist und daß der Zwischenteil (38; 60) in einem zum Durchtritt durch den Kern (12; 52) geeigneten Abstand von den Endteilen (20, 22) angeordnet ist.
2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (20, 22) einander mit einem stirnseitigen Abstand (36) fluchtend gegenüberstehend angeordnet sind und daß der Zwischenteil (38) durch ein Verbindungsteil (42) mit der Seitenfläche (26) des einen Endteiles (20) und an seiner gegenüberliegen­den Seite durch ein weiteres Verbindungsteil (44) mit der gegenüberliegenden Seitenfläche (34) des anderen Endteiles (22) verbunden ist.
3. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenteil (38) eine Trennfuge (36) zwischen den Endteilen etwa symmetrisch überdeckend angeordnet ist und die Verbindungsteile (42, 44) mit verringerter Breite (46) gegenüber dem zum Durchtritt durch den Kern (12; 52) vorgesehenen Bereich des Zwischen­teiles (38; 60) ausgebildet ist.
4. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile (20, 22), der Zwischenteil (38) und die Verbindungsteile (42, 44) einstückig als biegbares Blechteil (66) ausgebildet sind.
5. Stromwandler nach Anspruch 2 mit zwei auf gesonderten, auf gegenüberliegenden Schenkeln des Kernes (52) angeord­neten Spulenkörpern befindlichen Sekundärwicklungen (54, 56), dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (60) für den Durchtritt zwischen den Sekundär­wicklungen (54, 56) bemessen und angeordnet ist.
EP86730166A 1985-11-08 1986-10-20 Stromwandler für einen Leistungsschalter Expired - Lifetime EP0222687B1 (de)

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