LU505822B1 - Technik zum Spannungsabgriff für einen Stromwandler - Google Patents
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Abstract
Technik zum Spannungsabgriff für einen Stromwandler Zusammenfassung Eine Vorrichtung (100) zur Befestigung eines Stromwandlers (200) an einer Stromschiene (300) wird beschrieben. Die Vorrichtung (100) umfasst eine Anlagefläche (122), um am Stromwandler (200) anzuliegen. Ein Kontaktstift (112) vermag zur Befestigung des Stromwandlers (200) an der Stromschiene (300) eine Klemmkraft zwischen der Anlagefläche (122) und dem mindestens einen Kontaktstift (112) auf die Stromschiene (300) zu übertragen und die Stromschiene (300) elektrisch leitend zu kontaktieren. Ein Signalausgang (118) kann aufgrund des elektrischen Kontakts des mindestens einen Kontaktstifts (112) ein Spannungssignal ausgeben, das eine elektrische Spannung der Stromschiene (300) angibt.
Description
' LU505822
Technik zum Spannungsabgriff für einen Stromwandler
Die Erfindung betrifft eine Technik zur Befestigung eines Stromwandlers.
Insbesondere sind eine Vorrichtung zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene, ein System mit einem Stromwandler und einer entsprechenden Befestigungsvorrichtung sowie ein Messverfahren unter
Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung offenbart.
Stromwandler werden in der Industrie häufig genutzt, um große Ströme in
Stromschienen berührungslos in ein Stromsignal umzuwandeln, das ein an den
Stromwandler angeschlossenes Messgerät verwerten kann. Für reproduzierbare, nicht notwendigerweise geeichte Messungen muss der
Stromwandler relativ zur Stromschiene unbeweglich befestigt sein. Im Stand der
Technik werden zum Teil die Stromwandler an einer Wand hinter der
Stromschiene verschraubt oder sie werden mit Kabelbinder an der Stromschiene fixiert.
Das Gebrauchsmuster CN 213 935 858 beschreibt einen diebstahlsicheren
Doppelspulen-Stromwandler zur Überwachung der Verteilung elektrischer
Energie, der einen Wandlerkörper und eine feste Platte umfasst, wobei ein Ende des Wandlerkörpers fest mit einer Montageplatte verbunden ist und die
Rückseite der Montageplatte mit einem Kontaktalarm und einem
Verbindungsstab versehen ist.
Die Patentanmeldung CN 111 009 403 beschreibt einen induktiven DC-
Transformator mit einem Transformatorenkörper und einer Schraube zur
Befestigung einer Stromschiene. Der Transformatorenkörper ist durch einen oberen und einen unteren Induktionskörper gebildet. Dazwischen ist eine
Öffnung zum Einsetzen der Stromschiene. Am oberen Hauptkörper kragt ein Keil aus. Nachdem die Stromschiene durch die Öffnung geführt ist, wird der Kopf der
Befestigungsschraube in einer Nut des Keils positioniert und der Schaft auf der
Stromschiene in Anlage gebracht. Dadurch ist der DC-Transformator auf der
Stromschiene montiert.
Jedoch ermöglichen solche herkömmlichen Vorrichtungen lediglich die Montage des Stromwandlers. Dabei wäre insbesondere für die Leistungsmessung eine
Spannungsmessung wünschenswert. Jedoch erfordert dies eine aufwendige
Montage eines Systems aus Strommessstelle und Spannungsmessstelle.
Zudem steht fur eine zusätzliche Klemmstelle auf der Stromschiene zur
Messung der Spannung oftmals kein Bauraum unmittelbar an der Montagestelle des Stromwandlers zur Verfügung oder ist nur mit weiteren Umbauten zugänglich. Und eine räumliche Trennung von Strommessstelle und
Spannungsmessstelle macht den Schaltungsaufbau unübersichtlich, führt zu zusätzlichen Verdrahtungen und kann zu einer inkonsistenten und fehlerhaften
Leistungsmessung führen, beispielsweise aufgrund eines Spannungsabfalls zwischen den Messstellen oder durch Ubersprechen in der Verdrahtung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik zur Befestigung eines Stromwandlers anzugeben, bei welcher die Installation einer
Spannungsmessstelle entfällt.
Die Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser
Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Ein Vorrichtungsaspekt betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines
Stromwandlers an einer Stromschiene. Die Vorrichtung umfasst eine
Anlagefläche, die dazu ausgebildet ist, am Stromwandler anzuliegen. Die
Vorrichtung umfasst ferner mindestens einen Kontaktstift, der dazu ausgebildet ist, zur Befestigung des Stromwandlers an der Stromschiene eine Klemmkraft zwischen der Anlagefläche und dem mindestens einen Kontaktstift auf die
Stromschiene zu übertragen und die Stromschiene elektrisch leitend zu kontaktieren. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Signalausgang, der dazu ausgebildet ist, aufgrund des elektrischen Kontakts des Kontaktstifts ein
Spannungssignal auszugeben, das eine elektrische Spannung der Stromschiene angibt.
Durch die Klemmkraft können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung, abgestützt über die Anlagefläche am Stromwandler (beispielsweise an einer Innenfläche einer Durchgangsausnehmung für die Stromschiene), den Stromwandler auf der
Stromschiene (bzw. umlaufend um die Stromschiene) befestigen (d.h. montieren). Indem derselbe Kontaktstift dieselbe Klemmkraft sowohl zur mechanischen Befestigung als auch zur elektrischen Kontaktierung einsetzt, realisieren Ausführungsbeispiele eine kompakte Bauform eines Systems, das den Stromwandler befestigt und das Spannungssignal am Signalausgang bereitstellt. Diese oder weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können einen Spannungsabgriff realisieren, der Über die herkömmliche mechanische
Funktion einer Montagehilfe des Stromwandlers hinausgeht und/oder in die herkômmilicherweise rein mechanische Befestigungsvorrichtung integriert ist.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können aufgrund des ausgegebenen
Spannungssignals zur Spannungsmessung bei gleichzeitiger Strommessung mittels des befestigten Stromwandlers die Leistung und/oder die Energie messen, welche durch die Stromschiene fließt. Ferner können diese oder weitere Ausführungsbeispiele durch örtliche und/oder zeitliche Koinzidenz von
Strommessung und Spannungsmessung die durch die Stromschiene lokal übertragene Leistung messen, beispielsweise ohne Verfälschung durch einen
Spannungsabfall oder ein Ubersprechen in der Verdrahtung. Beispielsweise können in verzweigten Leistungsnetzen Untergruppen von Erzeugern und
Verbrauchern überwacht werden, die an eine solche Stromschiene angeschlossen sind.
Da die Vorrichtung zur Befestigung (beispielsweise zur Montage) des
Stromwandlers ausgebildet ist, kann die Vorrichtung als Befestigungsvorrichtung oder Montagevorrichtung bezeichnet werden. Da die Vorrichtung ferner zur elektrischen Kontaktierung der Stromschiene ausgebildet ist, kann die
Vorrichtung auch als Kontaktvorrichtung oder Befestigungsvorrichtung mit
Spannungsabgriff bezeichnet werden.
Der Stromwandler kann im mittels der Vorrichtung an der Stromschiene befestigten Zustand dazu ausgebildet sein, den Strom (beispielsweise einen
Wechselstromanteil) in der Stromschiene induktiv zu erfassen.
Der Kontaktstift kann dazu ausgebildet sein, eine elektrisch leitende (z.B. metallische) Oberflache der Stromschiene direkt (z.B. galvanisch) zu kontaktieren, beispielsweise durch plastische Verformung der Oberfläche der
Stromschiene beim Eindrücken des Kontaktstifts.
Der Kontaktstift und der Signalausgang können direkt miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Das Spannungssignal des Signalausgangs der
Vorrichtung kann potentialgleich mit dem Kontaktstift sein. Somit kann im befestigten Zustand der Signalausgang potentialgleich mit der Stromschiene sein. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung (beispielsweise unter
Nutzung eines Bezugspotentials, insbesondere eines Masseanschlusses oder eines Nullleiters) ferner einen Spannungswandler umfassen. Ein Eingang des
Spannungswandlers kann mit dem Kontaktstift (und beispielsweise dem
Bezugspotential) verbunden sein. Ein Ausgang des Spannungswandlers kann mit dem (beispielsweise ein-poligen) Signalausgang (und beispielsweise dem
Bezugspotential) verbunden sein.
Der Stromwandler kann ein analoger Stromwandler sein. Beispielsweise kann der Stromwandler dazu ausgebildet sein, ein analoges Stromsignal auszugeben, das den erfassten Strom angibt. Das Stromsignal kann ein Strommesssignal sein, das eine jede analoge oder digitale Signalform zur Angabe des mittels des
Stromwandlers erfassten Stroms aufweist. Alternativ oder ergänzend kann der
Stromwandler einen Magnetkern aufweisen, welcher im befestigten Zustand die
Stromschiene umschließt.
Die Vorrichtung kann als Befestigungsvorrichtung des Stromwandlers mit integriertem Spannungsabgriff ausgebildet sein. Insbesondere können der
Kontaktstift und/oder der Signalausgang als (in die Befestigungsvorrichtung 5 Integrierter) Spannungsabgriff bezeichnet werden.
Die Vorrichtung kann zwei oder mehr Kontaktstifte umfassen. Die Anlagefläche kann in einer Längsrichtung der Stromschiene zwischen den mindestens zwei
Kontaktstiften angeordnet sein. Ein Kraftfluss der Klemmkraft kann sich von der
Anlagefläche (beispielsweise symmetrisch) auf die zwei Kontaktstifte aufteilen.
Indem die Anlagefläche bezogen auf die Längsrichtung vollständig zwischen den (Kontaktpunkten auf der Stromschiene der) zwei Kontaktstifte liegt, stützt sich die Vorrichtung kippstabil auf der Stromschiene ab.
Die Anlagefläche der Befestigungsvorrichtung kann in eine erste Querrichtung (z.B. nach "oben") gerichtet sein. Der mindestens eine Kontaktstift kann in eine zweite Querrichtung (z.B. nach "unten") gerichtet sein. Die zweite Querrichtung kann der ersten Querrichtung entgegengesetzt sein. Hierbei kann die Richtung (d.h. das "Gerichtet" sein) einer Fläche sich auf die Flächennormale der jeweiligen Fläche beziehen. Die erste Querrichtung kann einer Normalen auf die
Anlagefläche (als Oberfläche der Befestigungsvorrichtung) entsprechen.
Beispielsweise können die erste Querrichtung und die zweite Querrichtung zueinander parallel sein (d.h. entgegengesetzt und parallel, was auch als anti- parallel bezeichnet werden kann). Mit anderen Worten kann der Kontaktstift senkrecht zur Anlagefläche orientiert sein.
Der Kontaktstift (oder mindestens einer der Kontaktstifte) kann in (gedachter) linearer Verlängerung entlang der ersten oder zweiten Querrichtung die
Anlagefläche schneiden. Dadurch kann der Kontaktstift (beispielsweise als zentraler elektrischer Abgriff in einer Kreisebene eines Magnetkerns des
Stromwandlers) die Klemmkraft ohne Kippmoment über die Anlagefläche auf den Stromwandler übertragen.
Beispielsweise weist ein Gehäuse des Stromwandlers eine
Durchgangsausnehmung zur Aufnahme der Stromschiene auf. In der ersten
Querrichtung kann eine Innenseite der Durchgangsausnehmung abgeflacht sein und eine zur Anlageflache der Befestigungsvorrichtung komplementäre erste
Anlagefläche des Stromwandlers aufweisen. Im befestigten Zustand kann die
Anlagefläche der Befestigungsvorrichtung an der ersten Anlagefläche des
Stromwandlers anliegen.
Die erste Anlagefläche des Stromwandlers kann in die zweite Querrichtung gerichtet sein. Der Stromwandler kann dieser ersten Anlagefläche gegenüberliegend, d.h. in der zweiten Querrichtung (beispielsweise "unten") eine zweite Anlagefläche des Stromwandlers (beispielsweise als Teil der Innenfläche der Durchgangsausnehmung) aufweisen. Im befestigten Zustand kann die
Stromschiene an der zweiten Anlagefläche des Stromwandlers anliegen.
Der Kontaktstift kann die Spitze einer Spindelschraube sein. Alternativ oder ergänzend kann die Klemmkraft des mindestens einen Kontaktstifts mittels einer
Spindelschraube einstellbar sein. Optional kann die Klemmkraft des mindestens einen Kontaktstifts jeweils mittels einer Spindelschraube einstellbar sein.
Die Vorrichtung kann für jeden Kontaktstift eine Spindelschraube und eine
Innengewindehülse umfassen. Der Kontaktstift und/oder die Spindelschraube kann sich parallel zur erste und/oder zweiten Querrichtung erstrecken.
Jede Spindelschraube greift in das Innengewinde einer Innengewindehülse und ist darin drehbar. Die Drehung der Spindelschraube bewirkt eine (zumindest auch) translatorische (lineare) Bewegung des Kontaktstifts. Zur Befestigung der
Stromschiene kann der Kontaktstift durch Drehen (Einschrauben) der
Spindelschraube gegen die Stromschiene gefahren werden. Zur Demontage kann durch entgegengesetztes Drehen (Herausschrauben) der Spindelschraube von der Stromschiene abgehoben werden.
Die Spindelschraube kann durch einen Innensechskant oder einen Rändelring drehbar sein. Der Innensechskant oder der Rändelring kann an einem Kopf der
Spindelschraube angeordnet sein, beispielsweise als integral einstückiger Kopf der Spindelschraube oder drehfest aufgesteckt.
Der Stromwandler kann mittels der Vorrichtung reibschlüssig auf der
Stromschiene befestigt oder befestigbar sein. Die Klemmkraft kann (beispielsweise als Anpressdruck) den Reibschluss erzeugen. Alternativ oder ergänzend kann der Stromwandler an der Anlagefläche formschlüssig befestigt sein, beispielsweise indem am Stromwandler drei Seiten der Vorrichtung (beispielsweise die Anlagefläche und zwei weitere Seitenflächen, die in die
Längsrichtung gerichtet sind) anliegen. D.h. ein Verschieben der Anlagefläche der Vorrichtung gegenüber dem Stromwandler entlang der Längsrichtung ist im befestigten Zustand blockiert. Beispielsweise können zwei der
Innengewindehülsen die Anlagefläche in der Längsrichtung begrenzen (beispielsweise mittels Außenseiten der Innengewindehülsen als die
Seitenflächen).
Die Klemmkraft kann beim Einstellen der Spindelschraube als Vorspannung der
Spindelschraube und/oder durch eine Elastizität eines Gehäuses der Vorrichtung aufgebaut sein. Ein (beispielsweise die Führungshülsen verbindender) Steg kann die Anlagefläche umfassen. Der Steg kann biegbar sein.
Der Innensechskant kann in einer Steckbuchse des Signalausgangs angeordnet sein. Beispielsweise kann der Signalausgang eine Ausnehmung als
Steckbuchse aufweisen zur Aufnahme eines Steckkontakts (beispielsweise in der zweiten Querrichtung). Am Grund der Ausnehmung kann ein Kopf der
Spindelschraube und/oder der Innensechskant angeordnet sein.
Der Signalausgang kann als Steckbuchse ausgebildet sein und/oder zur
Aufnahme eines Standard-Laborstecker (Bananen-Stecker) oder eine
Klemmhülse, beispielsweise um eine Signalleitung des Spannungssignals (ggf. mit einer Aderendhülse) zu kontaktieren.
Der Signalausgang kann eine Steckbuchse oder eine Klemme oder ein freies
Leiterende umfassen. Der Signalausgang, beispielsweise die Steckbuchse, kann in der Spindelschraube oder einem Gehäuse der Vorrichtung angeordnet sein.
Beispielsweise können der Kontaktstift (beispielsweise die Spindelschraube) und die Steckbuchse (oder der Innensechskant) über einen Presssitz elektrisch leitend und drehfest miteinander verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann die Steckbuchse eine zylindrische Ausnehmung in der Spindelschraube sein, beispielsweise senkrecht oder parallel zur Achse der Spindelschraube. Der
Signalausgang kann eine zur Spindelschraube koaxiale Steckbuchse aufweisen.
Die elektrisch leitende (z.B. metallische) Spindelschraube (beispielsweise eine oder jede der mindestens einen Spindelschraube für den mindestens einen
Kontaktstift) kann jeweils in einer elektrisch leitenden (z.B. metallischen)
Innengewindehülse der Vorrichtung drehbar angeordnet sein. Die
Innengewindehülse kann mit dem Signalausgang (beispielsweise direkt oder über den Spannungswandler) elektrisch leitend verbunden sein. Zur elektrisch leitenden Verbindung kann eine Signalleitung des Spannungssignals mit der
Innengewindehülse verklemmt oder verlötet sein.
Alternativ oder ergänzend kann die oder mindestens eine oder jede drehbare
Spindelschraube über Schleifkontakte mit dem Signalausgang (beispielsweise mit der Signalleitung) elektrisch leitend verbunden sein.
Die Signalleitung oder das freie Leiterende (als der Signalausgang) kann mit der
Innengewindehülse oder dem Schleifkontakt elektrisch leitend verbunden sein.
Dabei kann eine elektrische Kontaktstelle zwischen der Signalleitung und der
Innengewindehülse in ein Isolierstoffgehduse der Vorrichtung eingespritzt sein.
Das Gehäuse kann zumindest die Innengewindehülse aufnehmen.
Die Vorrichtung kann mindestens zwei Kontaktstifte umfassen (beispielsweise die vorgenannten zwei beiderseits der Anlagefläche), die dazu ausgebildet sind,
die Stromschiene im befestigten Zustand an verschiedenen Stellen elektrisch leitend zu kontaktieren. So kann ein Spannungsabfall (d.h. eine
Spannungsdifferenz, beispielsweise aber nicht notwendigerweise proportional zum Strom in der Stromschiene) zwischen den mindestens zwei Kontaktstiften anliegen. Der Spannungsabfall kann eine Auswerteeinheit des Stromwandlers und/oder eine Auswerteeinheit der Befestigungsvorrichtung (beispielsweise den
Spannungswandler) speisen. Beispielsweise kann der Stromschiene eine geringe Leistung entnommen werden für den Betrieb des Stromwandlers und/oder der Vorrichtung, ohne die Notwendigkeit einer separaten
Spannungsversorgung des Stromwandlers und/oder der Vorrichtung. Alternativ oder ergänzend kann aufgrund des Spannungsabfalls ein Gleichstromanteil in der Stromschiene erfasst werden (der beispielsweise mittels des Stromwandlers nicht messbar ist oder einen mittels des Stromwandlers induktiv erfassten
Wechselstromanteil in der Stromschiene ergänzt). Der Gleichstromanteil kann an einem weiteren Signalausgang der Vorrichtung (beispielsweise als
Spannungssignal) ausgegeben werden.
Alternativ oder ergänzend kann der Spannungsabfall einen Kontaktwiderstand zwischen den mindestens zwei Kontaktstiften und der Stromschiene überwachen. Der Kontaktwiderstand (d.h. der Ubergangswiderstand oder
Kontaktübergangswiderstand) kann den elektrischen Widerstand zwischen der
Kontaktflache eines der Kontaktstifte und der Oberfläche der Stromschiene umfassen. Der Kontaktwiderstand kann sich aus einem Engewiderstand und/oder einem Fremdschichtwiderstand zusammensetzen. Der Engewiderstand kann durch mikroskopische Unebenheit einer Kontaktflache entstehen. Eine
Auswerteeinheit (beispielsweise des Stromwandlers oder der
Befestigungsvorrichtung) kann den Kontaktwiderstand als Indikator für eine zu geringe Klemmkraft ausgeben (z.B. als Warnhinweis bei der Montage). Die wirksame Berührungsflâche ist bei zu geringer Klemmkraft durch die Rauigkeit kleiner und der Stromfluss wird eingeengt. Alternativ oder ergänzend kann der
Fremdschichtwiderstand durch Korrosion (z. B. Oxidation) auf der Stromschiene und/oder am Kontaktstift den Kontaktwiderstand erhöhen. Eine Auswerteeinheit (beispielsweise des Stromwandlers oder der Befestigungsvorrichtung) kann den
Kontaktwiderstand als Indikator für Korrosion ausgeben (z.B. als Warnhinweis im
Messbetrieb).
Ein Systemaspekt betrifft ein System mit einem Stromwandler und einer
Vorrichtung gemäß dem Vorrichtungsaspekt. Das System umfasst die
Vorrichtung gemäß dem Vorrichtungsaspekt und einen mittels der Vorrichtung an einer Stromschiene befestigten Stromwandler zur Erfassung eines Stroms durch die Stromschiene. Das System umfasst ferner eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, ein den Strom angebendes Stromsignal des Stromwandlers und das Spannungssignal der Vorrichtung zu erfassen und ein Leistungssignal ausgeben, das eine Leistung und/oder eine Phasenlage angibt.
Die Phasenlage kann einen Phasenwinkel zwischen dem Strom (gemäß dem
Stromsignal) und der Spannung (gemäß dem Spannungssignal) der
Stromschiene sein.
Die Auswerteeinheit kann die vorgenannte Auswerteeinheit des Stromwandlers und/oder der Vorrichtung sein. Die Auswerteeinheit kann in der zweiten
Querrichtung oberhalb des Stromwandlers angeordnet sein, beispielsweise an einer der ersten Anlageflache des Stromwandlers gegenüberliegenden
Stirnflache des Stromwandlers außerhalb der Durchgangsausnehmung des
Stromwandlers.
Der Signalausgang der Vorrichtung für das Spannungssignal kann eine
Schnittstelle zwischen der Vorrichtung und der Auswerteeinheit umfassen.
Alternativ oder ergänzend kann der Signalausgang fur das Spannungssignal eine in einem Gehäuse der Auswerteeinheit angeordnete Steckbuchse umfassen.
Eine Schnittstelle (beispielsweise die vorgenannte Schnittstelle zur Ubertragung des Spannungssignals an die Auswerteeinheit) kann zwischen der Vorrichtung und der Auswerteeinheit in der Anlageflache der Vorrichtung angeordnet sein.
Die Schnittstelle kann zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen der Vorrichtung und dem Stromwandler ausgebildet sein, wenn die
Anlagefläche der Vorrichtung und die erste Anlage des Stromwandlers in Anlage gebracht werden. Beispielsweise kann die Anlagefläche Steckkontakt zur elektrischen Verbindung aufweisen.
Ein Verfahrensaspekt betrifft ein Verfahren zur Messung einer durch eine
Stromschiene bereitgestellten elektrischen Leistung. Das Verfahren umfasst den
Schritt des Befestigens eines Stromwandlers an einer Stromschiene, die sich durch eine Durchgangsausnehmung des Stromwandlers erstreckt. Der mindestens eine Kontaktstift der Vorrichtung gemäß dem Vorrichtungsaspekt kontaktiert eine erste Seite der Stromschiene elektrisch leitend und überträgt eine Klemmkraft. Die Anlagefläche der Vorrichtung liegt an einer ersten
Anlagefläche innenseitig der Durchgangsausnehmung des Stromwandlers an.
Eine zweite Seite der Stromschiene liegt an einer der ersten Anlagefläche gegenüberliegenden zweiten Anlagefläche innenseitig der
Durchgangsausnehmung des Stromwandlers an. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Erfassens eines Stroms der Stromschiene mittels des
Stromwandlers und einer Spannung der Stromschiene mittels des mindestens einen Kontaktstifts zur Messung der durch die Stromschiene bereitgestellten elektrischen Leistung.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen
Referenzbeispiels einer herkömmlichen Befestigungsvorrichtung zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene;
Fig. 2 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen ersten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Befestigung eines
Stromwandlers an einer Stromschiene mit koaxialer Steckbuchse als Signalausgang;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Verwendung des ersten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
Fig. 4 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene mit einem freien
Leiterende als Signalausgang;
Fig. 5 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen dritten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Befestigung eines
Stromwandlers an einer Stromschiene mit einem Signalausgang in einem Gehäuse der Vorrichtung;
Fig. GA — 6C eine perspektivische Ansicht und zwei Seitenansichten eines schematischen Ausführungsbeispiels eines Stromwandlers mit
Auswerteeinheit, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung einsetzbar sind:
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines schematischen
Ausführungsbeispiels eines Stromwandlers mit durchgeführter
Stromschiene, die mit jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung kombinierbar sind:
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines schematischen Systems mit einem Stromwandler, der mittels dem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung auf einer Stromschiene befestigt ist; und
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines schematischen Systems mit einem vierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, die mit einem
Ausführungsbeispiel des Stromwandlers über eine Schnittstelle verbindbar ist oder einstückig ausgeführt ist.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen
Referenzbeispiels einer Vorrichtung 10 zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene aus dem Stand der Technik. Beispielsweise bietet PHOENIX
CONTACT für seine Stromwandler eine solche Vorrichtung 10 als Montagehilfe
PACT-FAST-MNT-W13-L65.
Die Vorrichtung 10 wird zusammen mit einer Stromschiene in die
Durchgangsausnehmung des Stromwandlers eingesetzt. Zwei metallische
Spindelschrauben sind Uber eine Randelmutter 12 langsbeweglich, um die
Spindelschrauben gegen eine Stromschiene zu pressen und so den
Stromwandler an der Stromschiene zur Messung zu befestigen.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen ersten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene mit koaxialer Steckbuchse 118 als Signalausgang.
Die Vorrichtung 100 zur Befestigung eines Stromwandlers an einer
Stromschiene umfasst eine Anlageflache 122, die dazu ausgebildet ist, am
Stromwandler anzuliegen. Mindestens ein Kontaktstift 112 der Vorrichtung 100, beispielsweise das in Fig. 2 gezeigte Paar von zwei Kontaktstiften 112, ist jeweils dazu ausgebildet, zur Befestigung des Stromwandlers an der
Stromschiene eine Klemmkraft zwischen der Anlagefléache 122 und dem mindestens einen Kontaktstift 112 auf die Stromschiene zu übertragen und die
Stromschiene elektrisch leitend zu kontaktieren. Einen allgemein mit
Bezugszeichen 118 bezeichneter Signalausgang der Vorrichtung 100 ist dazu ausgebildet ist, aufgrund des elektrischen Kontakts des mindestens einen
Kontaktstifts 112 ein Spannungssignal auszugeben, das eine elektrische
Spannung der Stromschiene angibt.
In einer ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels ist am Grund der
Steckbuchse 118 ein Innensechskant 116 mit der Spindelschraube 110 drehfest verbunden. Wie in Fig. 3 gezeigt kann die Spindelschraube 110 mittels eines in die Steckbuchse 118 gesteckten Innensechskantschlüssels gedreht werden. Die
Spindelschraube 110 kann in einer (mit der ersten Variante kombinierbaren) zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels mittels eines Rändelrings 117 gedreht werden.
Die Drehung der Spindelschraube 110 mit einem Außengewinde 114, das mit einem Innengewinde 124 der Vorrichtung 100 kämmt, wird in eine
Längsbewegung in einer Querrichtung quer (vorzugsweise senkrecht) zur
Längsrichtung der Stromschiene umgesetzt, beispielsweise in eine erste
Querrichtung hin zur Stromschiene oder eine zweite Querrichtung weg von der
Stromschiene.
Die Vorrichtung 110 kann ein Gehäuse 120 umfassen, vorzugsweise aus einem
Isolierstoff. Das Gehäuse kann jede der Spindelschrauben 114 drehbar umschlieBen oder lagern. Beispielsweise kann das Gehäuse 120 das
Innengewinde 124 aufweisen. Die Gehäuseabschnitte, welche jeweils eine
Spindelschrauben 114 umschließen oder lagern, sind über einen Steg miteinander verbunden, der die Anlageflache 122 aufweist. Das Gehäuse kann die Gehauseabschnitte und den Steg umfassen, optional integral einstückig, beispielsweise durch Spritzguss.
Die Spindelschraube 110 umfasst einen Kontaktstift 112, der zum Kontaktieren der Oberfläche der Stromschiene ausgebildet ist.
Die Spindelschraube 110 kann integral einstückig mit dem Kontaktstift 112 sein.
Alternativ oder ergänzend kann die Spindelschrauben 110 und/oder der
Kontaktstift 112 aus einem elektrisch leitenden, optional metallischen, Werkstoff gefertigt sein. Alternativ kann der Kontaktstift 112 aus einem elektrisch leitenden, optional metallischen, Werkstoff gefertigt sein und die Spindelschraube 114 aus einem Isolierstoff gefertigt sein.
Die Spindelschraube 110 (bzw. deren Kontaktstift 112) kann mit der Buchse 118 (bzw. deren Innensechskant 116) integral einstückig oder über einen Presssitz 115 drehfest und elektrisch leitend verbunden sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Verwendung des ersten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit einem Sechskantschlüssel, der in den
Grund der Steckbuchse als Signalausgang 118 gesteckt ist zur Drehung der
Spindelschraube 110 bei der Montage oder Demontage der Vorrichtung 100 an einer Stromschiene.
Ferner zeigt Fig. 3 zeigt einen in die Steckbuchse als Signalausgang 118 gesteckten Bananenstecker zum Abgriff des Spannungssignals der Vorrichtung 100.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines schematischen zweiten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene mit einem freien Leiterende (d.h. einer Signalleitung) als
Signalausgang 118.
In einer ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels ist die
Spindelschraube 110 (oder zumindest der Steckkontakt 112) elektrisch leitend und die Vorrichtung 100 umfasst einen Schleifkontakt, der das elektrische
Potential der drehbaren Spindelschraube 110 (bzw. des Steckkontakts 112) auf den (nicht mitdrehenden) Signalausgang 118 überträgt.
In einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels ist das
Innengewinde 124 der Vorrichtung 100 elektrisch leitend (beispielsweise eine metallische Innengewindehülse). Uber das elektrisch leitende Innengewinde 124 wird das elektrische Potential der drehbaren Spindelschraube 110 (bzw. des
Steckkontakts 112) auf den (nicht mitdrehenden) Signalausgang 118 übertragen.
In jeder Variante jedes Ausführungsbeispiels kann die Innengewindehülse der
Vorrichtung 100 freiliegen oder in das Gehäuse 120 der Vorrichtung 100 eingespritzt sein.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines dritten
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 zur Befestigung eines Stromwandlers an einer Stromschiene mit einem Signalausgang 118 in einem Gehäuse 120 der
Vorrichtung 100. Für eine zuverlässige Kontaktierung oder zur Reduzierung eines Kontaktwiderstands kann in jeder Variante jedes Ausführungsbeispiels der
Signalausgang 118 mit mehreren (beispielsweise allen) Kontaktstiften 112 elektrisch leitend verbunden sein, beispielsweise jeweils Uber Schleifkontakte (wie in Fig. 5 gezeigt) oder Uber die vorgenannte elektrisch leitende
Innengewindehülse mit dem Innengewinde 124.
Fig. 6A zeigt eine perspektivische Ansicht und Fig. 6B und 6C zeigen jeweils eine relativ zueinander um 90° gedrehte Seitenansichten eines schematischen
Ausführungsbeispiels eines Stromwandlers 200 mit Auswerteeinheit 202, die in jedem Ausfuhrungsbeispiel der Vorrichtung 100 einsetzbar sind.
Ein solcher Aufsteckstromwandler 200 wird verwendet, um einen hohen
Primärstrom in der Stromschiene induktiv in einen niedrigeren Sekundärstrom umzuwandeln. Der Primärstrom fließt durch die Stromschiene, die sich durch eine Durchgangsausnehmung 210 im Gehäuse des Stromwandlers 200 erstreckt.
Der Sekundärstrom wird an einem separaten Ausgang des Stromwandlers 200 bereitgestellt, beispielsweise an einer Auswerteeinheit 202.
Die Durchgangsausnehmung 210 weist innenseitig eine erste Anlageflache 212 auf, an der sich die Anlageflache 122 der Vorrichtung 100 abstützen kann.
Optional sind Rastkanten an der ersten Anlageflâche 212 des Stromwandlers 200 vorgesehen, um die Anlageflache 122 der Vorrichtung 100 mit dem
Stromwandler 200 mechanisch zu verbinden.
Die Stromschiene kann im befestigten Zustand an einer zweiten Anlagefläche 214 innenseitig der Durchgangsausnehmung 210 (beispielsweise einer von mehreren abgestuften Anlageflächen wählbar je nach Querschnitt der
Stromschiene) anliegen.
Die Umwandlung des Primärstroms in den Sekundärstrom erfolgt durch das
Prinzip der magnetischen Induktion. Der Stromwandler 200 weist in seinem
Gehäuse einen ringförmigen Eisenkern auf, der die Durchgangsausnehmung 210 umschließt und von einer Spule toroidal umwickelt ist. Die Enden der Spule sind mit jeweils einem Pol des Ausgangs des Stromwandlers 200 elektrisch leitend verbunden sind. Wenn der Primärstrom durch die Stromschiene fließt, ist diese von einem geschlossenen Magnetfeld umgeben, das aufgrund der
Permeabilität des Eisenkerns großteils in diesem verläuft. Dieses mit dem
Primärstrom wechselnde Magnetfeld induziert dann eine Spannung in der
Sekundärspule, die proportional zum Primärstrom ist.
Der in den Figuren 6A-6C gezeigte Stromwandler 200 ist mittels eines
Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 als Montagemechanismus an der
Stromschiene befestigbar, d.h. längs der Stromschiene an einer wählbaren
Stelle die Stromschiene umschließend anordenbar.
Für eine Leistungsmessung mittels des Stromwandlers fehlt jedoch herkömmlich einem Messgerät neben der Messgröße des Stroms noch die Spannung. Diese musste herkömmlicherweise von einer zusätzlich installierten Klemme abgegriffen werden, was bei der Vorrichtung 100 entfällt.
Fig. 7 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines
Ausführungsbeispiels eines Stromwandlers 200 mit durch die
Durchgangsausnehmung 210 durchgeführter Stromschiene 300, die mit jedem
Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kombinierbar sind.
Fig. 8 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Systems mit einem
Stromwandler 200, der mittels dem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 auf einer Stromschiene 300 befestigt ist.
Fig. 9 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Systems mit einem vierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, die mit einem Ausführungsbeispiel des Stromwandlers Uber eine Schnittstelle verbindbar ist oder einstückig ausgeführt ist.
Der Signalausgang 118 fur den Spannungsabagriff ist als Einbaubuchse in ein
Gehäuse einer Auswerteeinheit 202 (z.B. einem Messgehäuse fur die
Leistungsmessung) des Stromwandlers 200 integriert. Das Spannungssignal wird Uber eine elektrische Schnittstelle 119 von der Vorrichtung 100 zum
Stromwandler 200 geführt.
In einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels fungiert die elektrische
Schnittstelle 119 als Signalausgang 118 der Vorrichtung 100. Optional wird von der Auswerteeinheit 202 das über die Schnittstelle 119 bereitgestellte
Spannungssignal zusammen mit dem gemessenen Strom als Leistungssignal an einer Einbaubuchse ausgegeben, das die Leistung und/oder die Phasenlage angibt.
In jeder Variante jedes Ausführungsbeispiels kann die Schnittstelle 119 ferner die in den Fig. 6A — 6C gezeigten Rastkanten 212 zur mechanischen Verbindung von Vorrichtung 100 und Stromwandler 200 aufweisen.
Jedes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann als Weiterbildung einer bestehenden Montagevorrichtung 10, beispielsweise des eingangs genannten
Montagematerials PACT-FAST-MNT-W13-L65, realisiert sein für eine elektrisch leitende Verbindung zum Abgriff der Spannung fur ein Leistungsmessgerat. So kann die Spannung direkt an dem Ort abgegriffen werden, an dem auch der
Strom ermittelt wird.
Für die technische Lösung sind zahlreiche Ausführungsbeispiele und Varianten vorstehend aufgezeigt. Beispielsweise kann ein bereits bestehender und elektrisch leitender Schraubanschluss (beispielsweise des PACT-FAST-MNT-
W13-L65) durch eine innenliegende Innensechskantschraube ergänzt werden, optional als Ersatz einer bestehenden Rändelmutter. Außerdem kann ein
Signalausgang 118, beispielsweise eine koaxiale Buchse für Laborkabel, als
Anschluss für den Spannungsabgriff am Ende einer Spindelschraube vorgesehen (beispielsweise aufgebracht) sein.
Des Weiteren ist bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ein Anschlusskabel als
Signalausgang 118 direkt im Gehäuse 120 eingespritzt.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene
Änderungen vorgenommen werden können und Aquivalente als Ersatz verwendet werden kônnen. Ferner kônnen viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Einbausituation oder ein bestimmtes Material an die
Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle — Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Bezugszeichenliste 100 Vorrichtung 110 Spindelschraube der Vorrichtung 112 Kontaktstift der Spindelschraube 114 Außengewinde der Spindelschraube 115 Presssitz 116 Innensechskant 117 Rändelring der Spindelschraube 118 Signalausgang, z.B.
Steckbuchse oder Signalleitung 119 Elektrische und/oder mechanische Schnittstelle zwischen der Vorrichtung und dem Stromwandler 120 Gehäuse der Vorrichtung 122 Anlagefläche der Vorrichtung 124 Innengewinde der Vorrichtung 200 Stromwandler 202 Auswerteeinheit des Stromwandlers 210 Durchgangsausnehmung des Stromwandlers 212 Erste Anlagefläche des Stromwandlers, optional mit Rastkanten 214 Zweite Anlagefläche des Stromwandlers
Claims (14)
1. Vorrichtung (100) zur Befestigung eines Stromwandlers (200) an einer Stromschiene (300), umfassend: eine Anlagefläche (122), die dazu ausgebildet ist, am Stromwandler (200) anzuliegen; mindestens einen Kontaktstift (112), der dazu ausgebildet ist, zur Befestigung des Stromwandlers (200) an der Stromschiene (300) eine Klemmkraft zwischen der Anlageflache (122) und dem mindestens einen Kontaktstift (112) auf die Stromschiene (300) zu übertragen und die Stromschiene (300) elektrisch leitend zu kontaktieren; und einen Signalausgang (118), der dazu ausgebildet ist, aufgrund des elektrischen Kontakts des mindestens einen Kontaktstifts (112) ein Spannungssignal auszugeben, das eine elektrische Spannung der Stromschiene (300) angibt.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) mindestens zwei Kontaktstifte (112) umfasst, und wobei die Anlagefläche (122) in einer Längsrichtung der Stromschiene (300) zwischen den mindestens zwei Kontaktstiften (112) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anlagefläche (122) in eine erste Querrichtung gerichtet ist, und wobei der mindestens eine Kontaktstift (112) in eine zweite Querrichtung gerichtet ist, welche der ersten Querrichtung entgegengesetzt ist, optional wobei der Kontaktstift (112) oder mindesten einer der Kontaktstifte (112) in Verlängerung der ersten Querrichtung die Anlagefläche (122) schneidet.
4. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Signalausgang (118) eine Steckbuchse oder eine Klemme oder ein freies Leiterende umfasst.
5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Klemmkraft des mindestens einen Kontaktstifts (112) mittels einer Spindelschraube (110) einstellbar ist, optional wobei die oder jede Spindelschraube (110) mittels eines Innensechskants (116) oder eines Rändelrings (117) drehbar ist.
6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der Signalausgang (118), optional eine Steckbuchse, in der oder jeder Spindelschraube (110) der Vorrichtung (100) angeordnet ist, und/oder wobei der Signalausgang (118) eine zur Spindelschraube (110) koaxiale Steckbuchse aufweist, optional wobei der Innensechskant (116) in einer Steckbuchse des Signalausgangs (118) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die oder jede Spindelschraube (110) in einer elektrisch leitenden Innengewindehülse drehbar angeordnet ist, und wobei die Innengewindehülse mit dem Signalausgang (118) elektrisch leitend verbunden ist.
8. Vorrichtung (100) nach einem Anspruch 5 bis 7, wobei die oder jede drehbare Spindelschraube (110) über einen Schleifkontakt mit dem Signalausgang (118) elektrisch leitend verbunden ist.
9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Signalleitung als der Signalausgang (118) mit der Innengewindehülse oder dem Schleifkontakt elektrisch leitend verbunden ist, optional wobei eine elektrische Kontaktstelle zwischen der Signalleitung und der Innengewindehülse in ein Isolierstoffgehäuse (120) der Vorrichtung (100) eingespritzt ist.
10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Spindelschraube (110) und der Innensechskant (116) oder die Spindelschraube (110) und die Steckbuchse (118) über einen Presssitz (115) elektrisch leitend und drehfest miteinander verbunden sind.
11. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung (100) mindestens zwei Kontaktstifte (112) umfasst, welche dazu angeordnet sind, die Stromschiene (300) an verschiedenen Stellen elektrisch leitend zu kontaktieren, und wobei ein Spannungsabfall zwischen den mindestens zwei Kontaktstiften (112): eine Auswerteeinheit (202) des Stromwandlers (200) speist; und/oder eine Auswerteeinheit des Spannungswandlers speist; und/oder einen Gleichstromanteil in der Stromschiene (300) erfasst, optional ergänzend zu einem mittels des Stromwandlers (200) erfassten Wechselstromanteils in der Stromschiene (300); und/oder einen Kontaktwiderstand zwischen den mindestens zwei Kontaktstiften (112) und der Stromschiene (300) überwacht.
12. System (100, 200) umfassend: eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11; und einen mittels der Vorrichtung (100) an einer Stromschiene (300) befestigten Stromwandler (200) zur Erfassung eines Stroms durch die Stromschiene (300), eine Auswerteeinheit (202), die dazu ausgebildet ist, ein den Strom angebendes Stromsignal des Stromwandlers (200) und das Spannungssignal der Vorrichtung (100) zu erfassen und ein Leistungssignal ausgeben, das eine Leistung und/oder eine Phasenlage angibt.
13. System (100, 200) nach Anspruch 12, wobei der Signalausgang (118) der Vorrichtung (100) für das Spannungssignal eine Schnittstelle zwischen der Vorrichtung (100) und der Auswerteeinheit (202) umfasst und/oder wobei der Signalausgang (118) fur das Spannungssignal eine in einem Gehäuse der Auswerteeinheit (202) angeordnete Steckbuchse umfasst.
14. Verfahren zur Messung einer durch eine Stromschiene (300) bereitgestellten elektrischen Leistung, umfassend: Befestigen eines Stromwandlers (200) an einer Stromschiene (300), die sich durch eine Durchgangsausnehmung (210) des Stromwandlers (200) erstreckt, wobei der mindestens eine Kontaktstift (112) der Vorrichtung (100) nach einem der Anspruche 1 bis 11 eine erste Seite der Stromschiene (300) elektrisch leitend kontaktiert und eine Klemmkraft überträgt, die Anlageflache (122) der Vorrichtung (100) an einer ersten Anlageflache (212) innenseitig der Durchgangsausnehmung (210) des Stromwandlers (200) anliegt und eine zweite Seite der Stromschiene (300) an einer der ersten Anlageflache (212) gegenuberliegenden zweiten Anlageflache (214) innenseitig der Durchgangsausnehmung (210) des Stromwandlers (200) anliegt; und Erfassen eines Stroms der Stromschiene (300) mittels des Stromwandlers (200) und einer Spannung der Stromschiene (300) mittels des mindestens einen
Kontaktstifts (112) zur Messung der durch die Stromschiene (300) bereitgestellten elektrischen Leistung.
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|---|---|---|---|
| LU505822A LU505822B1 (de) | 2023-12-18 | 2023-12-18 | Technik zum Spannungsabgriff für einen Stromwandler |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-12-18 LU LU505822A patent/LU505822B1/de active IP Right Grant
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2024
- 2024-12-02 WO PCT/EP2024/084319 patent/WO2025131644A1/de active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025131644A1 (de) | 2025-06-26 |
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|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20250619 |