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Stromwandler zur Feststellung von Erdschlüssen an ungeerdeten
Mehrphasennetzen
Die Erfassung von Erdschlüssen in Mehrphassnanlagen gewinnt immer grössere Bedeutung, wobei erhöhte Anforderungen an die Erdschlusswandler hinsichtlich Genauigkeit über einen ausserordentlich weit erstreckten Messbereich gestellt werden. Diesen Anforderungen werden Stromwandler normaler Bauart nicht gerecht. Es müssen daher spezielle Massnahmen getroffen werden.
Der Erdschluss-Summenstromwandler führt in denprimärleitern infolge unsymmetrischer Belastung an sich und ganz besonders beim Auftreten eines Phasen-Kurzschlusses sehr ungleich grosse Phasenströme; als Folge dieser stark verschiedenen Ströme in den Primärleitern tritt wegen der Abhängigkeit der Wandlergenauigkeit von den Primärstromstärken, die entscheidend durch die verschiedenen Streuungen der Primärleiter beeinflusst wird. im gemeinsamen Eisenkern ein Fluss und damit in der Sekundärwicklung ein Strom auf, obwohl die Augenblicksumme der Ströme in den Primärleitern jederzeit Null ist.
Dieser Fehl strom in der Sekundärwicklung des Erdschlusswandlers täuscht zusammen mit der hohen Ansprechempfindlichkeit der verschiedenen Ausführungsformen der Erdschlussrelais einen Erdschluss vor, der nicht vorhanden ist. Die Ansprechströme der Erdschlussrelais entsprechen oft nur einem oder mehreren Zehntelprozent der primären Stromstärke der Erdschluss-Summenstromwandler, sie arbeiten also weit unter der unteren Grenze des Arbeitsbereiches eines normalen Stromwandlers der gleichen primären Nennstromstärke.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Weiterbildung des im Stammpatent Nr. 182780 beschriebenen Strom wandlers. Bei diesem Stromwandler zur Feststellung von Erdschlüssen in ungeerdeten Mehrphasennetzen, bei welchem in bekannter Weise alle Stromleiter des Mehrphasensystems von einem gemeinsamen Eisenkern umschlossen werden, der die Sekundärwicklung trägt, sind die Stromschienen in einem gemeinsamenisolierkörper eingebettet, der von einem Eisenkern, der die Niederspannungswick- lung trägt, umschlossen wird, wobei der Hochspannungsteil von dem Niederspannungsteil durch einen geerdeten Metallschirm getrennt ist.
Durch den Gegenstand der erfindungsgemässen Weiterbildung wird nun ein Erdschluss-Summenstromwandler mit einem ausserordentlich erweiterten Arbeitsbereich und einem grossen Symmetriegrad der Primärleiter bzw. Sekundärleiter gegenüber dem gemeinsamen Eisenkern erhalten, der gegenüber den bisher bekannten Ausführungen eine wesentlich höhere Anzeigegenauigkeit aufweist. Die erfindungsgemässe Weiterbildung des im Stammpatent Nr. 182780 beschriebenen Strom wandlers besteht darin, dass sowohl die Primärleiter als auch die Sekundärwicklungen, welche mit einem oder mehreren metallischen Schutzmänteln umgeben sind, gegenüber dem gemeinsamen Ringkern zur Vermeidung eines Streuflusses im Kern und damit eines Streustromes in der Sekundärwicklung bei ungleich grossen Phasenströmen vollkommen streuungssymmetrisch angeordnet sind.
Um Fehlweisungen des Wandlers auch bei höchsten Anforderungen zu vermeiden, muss dann neben dem streuungssymmetrischen Aufbau der gemeinsame Eisenkern noch gegen magnetische Fremdfelder, herrührend von den Primärleiterenden, den Wandlerzuführungen usw. durch einen oder mehrere geeignete Schutzmäntel abgeschirmt werden.
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Zur Erzielung verschiedener Charakteristiken mit dem gleichen Wandler kann der Erdschlusswandler mit zwei oder mehreren Eisenkernen ausgerüstet werden.
Die Wicklungen des bzw. der Eisenkerne können mit Anzapfungen versehen werden, um so die Anpassung an verschiedene Sekundärbelastungen zu ermöglichen.
Die Fig. 1 und 2 stellen eine übliche, die Fig. 3-12 erfindungsgemässe AusfihLungsformenvonMehr- phasen-Erdschluss-Summenstromwandlern dar.
In den Fig. 1 und 2 ist ein mit Flachschienen ausgerüsteter Erdschlusswandler der üblichen Bauart im Schnitt dargestellt ; die Isolierungen 4,5 und 6 der einzelnen Primärleiter 1, 2 und 3 und der gemeinsame Isolierkörper 9 mit seinem Potentialschirm isolieren die Primarleiter 1, 2,3 gegenüber dem gemeinsamen Eisenkern 7 mit der Sekundärwicklung 8 entsprechend der Betriebsspannung. Die Sekundärwicklung 8 ist am Umfang des Eisenkernes gleichmässig verteilt aufgebracht.
Wenn im normalen Betriebe und auch beim Auftreten eines Phasenkurzschlusses die Stromgleichung
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lung kein Strom auftreten ; ein magnetischer Fluss im Eisenkern und daher ein Strom in der Sekundärwicklung darf nur dann enstehen, wenn im gemessenen System ein Erdschluss vorliegt, also die Augenblickssumme der Ströme in den Primärleitern des Wandlers nicht mehr gleich Null ist.
Bisher übliche Erdschlusswandler geben aber Restströme, welche Erdschlüsse vortäuschen ; es muss also das Entstehen eines Reststromes in der Sekundärwicklung eines Erdschlusswandlers weitgehend vermie- den werden.
Die Ursache des Auftretens eines Reststromes ist durch die unterschiedliche, relative Lage der Stromleiter 1, 2 und 3 bezüglich des gemeinsamen Eisenkernes gegeben.
Die Primärleiter der bisher ausgeführten Erdschlusswandler beispielsweise nach den Fig. 1 und 2 verursachen wegen der unterschiedlichen relativen Lage gegenüber dem gemeinsamen Messkern verschieden grosse magnetische Streuflüsse, welche zur Folge haben, dass im Messkern ein Restfluss und damit in der Sekundärwicklung ein Reststrom auftritt, obwohl die Augenblickssumme der Primärströme gleich Null ist.
Nur durch strenge Einhaltung einer streuungssymmetrischen Anordnung der Primärleiter und der Sekundärwicklung gegenüber dem gemeinsamen Messkern, der nicht unbedingt die Form eines Ringkernes besitzen muss, kann erreicht werden, dass die Sekundärwicklung des Messkernes in weitem Bereich stromlos bleibt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen beispielsweise den erfindungsgemässen Aufbau eines Schienen-ErdschlussSummenstromwandlers teilweise in Schnitt und Ansicht. Die für den Einbau des Wandlers vorgesehenen Anschluss-Flachschienen 1, 2 und 3 werden als Profilleiter 10, 11 und 12 durch den Wandler geführt und in einem Isolierkörper 9 eingebettet ; sie sind vollkommen symmetrisch zum Eisenkern angeordnet und mit Schrumpfhüllen 13, 14 und 15 umgeben, die dem Dehnungsausgleich bei Erwärmung der Leiter dienen.
Damit wird eine räumlich vollständig streuungssymmetrische Lage der Primärleiter zum Eisenkern erreicht. Auch die Sekundärwicklung 8 ist wieder über den Eisenkern 7 gleichmässig verteilt.
Handelsübliche Rundprofile als Primärleiter 16, 17, 18 verwendet die Erdschluss-Wandlerformnachden Fig. 5 und 6 ; sie werden von Isoliermaterial 9 umgeben. Die Mittelpunkte der Rundstabquerschnitte liegen auf einem Kreis 22, dessen Mittelpunkt 23 mit dem Mittelpunkt des runden, gemeinsamen Eisenkernes 7 mit der gleichmässig verteilten Sekundärwicklung 8 zusammenfällt. Schrumpfhüllen 19,20, 21 sichern die Ausdehnungsmöglichkeit der Primärleiter bei höheren Temperaturen. Primär- und Sekundärwicklung sind wieder räumlich vollständig symmetrisch zum Eisenkern.
In den Fig. 7,8 sind weitere Ausführungsmöglichkeiten von räumlich symmetrisch zum Eisenkern 7 angeordneten Primärleitern skizziert ; die im Isolierkörper 9 eingebetteten Primärleiter 24, 25,26 mit den Schrumpfhüllen 27,28, 29 der Fig. 7 haben rechteckigen Querschnitt, die ebenfalls rechteckigen Primärleiter 30, 31, 32,33, 34,35 mit den Schrumpfhüllen 36, 37,38, 39,40, 41 der Fig. 8 werden paarweise entweder nebeneinander oder abwechselnd je zu einem Primärleiter vereinigt.
Die in den Fig. - 8 beschriebenen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes behandeln durchwegs Stabwandler mit räumlich symmetrisch zum Eisenkern angeordneten Primärleitern ; es besteht aber auch die Möglichkeit, die Primärleiter an sich durch konzentrische Ausbildung streuungssymmetrisch gegenüber dem Eisenkern zu gestalten.
Für Wickelstromwandler erhalten diese konzentrisch angeordneten Leiterquerschnitte eine biegsame Ausführungsform, so dass eine streuungssymmetrische Gesamtwicklung mit mehreren Primärwindungen hergestellt werden kann. Zur Erreichung dieser Wirkung eignen sich auch Leiteranordnungen nach den Fig. 9 und 10 ; in Fig. 9 stellt 46 einen zentralen Leiter dar, um den zwei oder mehrere Leiter 47 und 48 verdrillt werden, sie bilden zusammen die drei Primärleiter des Erdschlusswandlers. Bei Verwendung
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eines zentralen Nichtleiters 49 werden nach Fig. 10 die drei im Querschnitt gleichen Primärleiter 50, 51 und 52 um diesen gleichmässig verdrillt, wobei natürlich jeder Primärleiter aus mehreren Einzeldrähten bestehen kann.
Die Streuungssymmetrie der Primär- und Sekundarleiter eines Erdschlusswandlers gegenüber dem gemeinsamen Eisenkern setzt jedoch zwingend keine räumlich symmetrische Anordnung der Primär- und Sekundärleiter gegenüber diesem Eisenkern voraus, wie dies durch entsprechende Verteilung von Primärleiterquerschnitten oder durch konzentrische Zuordnung der drei Primärleiter erfolgen kann. Die Symmetrie kann auch auf elektrischem Wege erreicht werden.
Die Fig. 11 stellt einen derartigen Erdschlusswandler gemäss dem Erfindungsgedanken dar. Aus Herstellungsgründen kann beispielsweise eine Verteilung der Primärleiterquerschnitte 53,54, 55,56, 57,58 mit ihren Schrumpfhüllen 59,60, 61,62, 63,64 gegenüber dem gemeinsamen Eisenkern 7 im Isolierkörper 9 gemäss Fig. 11 von Vorteil sein ; dabei bilden die Querschnitte 53,54 bzw. 55,56 und 57,58 den Gesamtquerschnitt je eines Primärleiters. Die Querschnitte 57 und 58 eines Primärleiters liegen nicht neben einander, sondern einander gegenüber. Entsprechend dieser Primärleiteranordnung ist auch die Sekundärwicklung 65,66, 67,68 dreiteilig ausgeführt und parallel geschaltet, wobei die beiden Wicklungen 67,68 gegenüber den Querschnitten 57,58 in Serie geschaltet eine Teilwicklung ergeben.
Die Zuordnung der Primär- und Sekundärleiter gemäss Fig. 11 ergibt ebenfalls eine vollkommen hinreichende, streuungssymmetrische Ausführungsform.
Die bisher beschriebenen Massnahmen auf Grund des Erfindungsgedankens verlangen bei hohen Kurzschlussstromstärken eine weitere Ergänzung durch einen oder mehrere Schutzmäntel, vorzugsweise aus nicht magnetisierbaren Materialien, um Fremdfelder vom gemeinsamen Kern fernzuhalten, die von den Primärleiterenden, den Zuleitungen zum Wandler usw. herrühren.
Der Isolierkörper 9 mit den Primärleitern 1, 2,3 des Erdschlusswandlers nach Fig. 11, der vom gemeinsamen Eisenkern 7 mit der Sekundärwicklung 8 umschlossen wird. trägt einen vorzugsweise aus nichtmagnetisierbaren Metallen wie Kupfer bestehenden Schutzmantel 69, welcher den Eisenkern 7 samt Sekundärwicklung 8 umschliesst ; diese Metallhülle ist gegen den Isolierkörper 9 hin offen und verhindert die Beeinflussung der Sekundärwicklung durch Streufelder der Wandlerzuleitungen und andere Fremdfelder.
Erdschlusswandler, die von Fremd- und Streufeldern besonders gefährdet sind, können durch mehrere Schutzmäntel, wie sie in der Fig. 12 durch die Metallscheiben 70 angedeutet sind, auch in erhöhtem Masse geschützt werden. Im Arbeitsbereich von Messwandlern soll die Wandlercharakteristik oft einen bestimmen vorgegebenen Verlauf haben ; durch die Verwendung von zwei oder mehreren Baustoffen mit verschiedenem magnetischem Verhalten kann die Wandlercharakteristik weitgehend beeinflusst werden.
Von der Art und Aufgabe der sekund ar angeschlossenen Apparaturen hängen die zulässigen Grenzwerte der Strom- und Winkelfehler ab, die der Messwandler aufweisen darf ; zwei oder mehrere gemeinsame Eisenkerne gestatten die Anpassung an den Bedarf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromwandler zur Feststellung von Erdschlüssen in ungeerdeten Mehrphasennetzen nach Patent Nr. 182780, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Primärleiter als auch die Sekundärwicklungen, welche mit einem oder mehreren metallischen Schutzmänteln umgeben sind, gegenüber dem gemeinsamen Ringkern zur Vermeidung eines Streuflusses im Kern und damit eines Streustromes in der Sekundärwicklung bei ungleich grossen Phasenströmen vollkommen streuungssymmetrisch angeordnet sind.