DE19710742C2 - Summenstrom-Wandleranordnung - Google Patents
Summenstrom-WandleranordnungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Summenstrom-
Wandleranordnung, die zur Erfassung von Differenzströmen,
insbesondere geeignet für Fehlerstromschalter, zu verwenden
ist. Eine entsprechende Summenstrom-Wandleranordnung mit den
im Oberbegriff von Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen ist der
DE 42 15 900 C1 zu entnehmen.
Solche Summenstrom-Wandleranordnungen werden insbesondere für
Fehlerstromschalter benutzt, die bereits kleine Unterschiede
der Stromstärke zwischen Hin- und Rückstromleiter(n) erfassen
können müssen. Bei einer derartigen Verwendung eines solchen
Summenstromwandlers kommt es daher entscheidend darauf an,
daß nur wirklich auftretende Differenzströme angezeigt werden
und nicht etwa aufgrund irgendwelcher Unsymmetrien der Anord
nung Differenzströme vorgetäuscht werden, die nicht vorhanden
sind bzw. tatsächlich auftretender Differenzstrom als solcher
nicht erkennbar ist. Fehlfunktion eines solchen Stromwandlers
wird durch eine ganze Reihe verschiedener Effekte bewirkt,
wie z. B. Bauteil- und Montagetoleranzen, inhomogene Materia
leigenschaften des Ringkernes, Wirbelströme, Eisensättigung
und Hysterese. Allein schon axialer Versatz
in der Symmetrie von Hin- und Rückleiter relativ zum Ringkern
kann erhebliche resultierende Sekundärspannung in der Ring
kernwicklung bewirken und damit Fehlerstrom vortäuschen.
Gemäß der genannten DE 42 15 900 C1 vorgesehen, Strom-
Hinleiter und Strom-Rückleiter jeweils mehrfach vorzusehen
und diese symmetrisch verteilt innerhalb des Ringkerns zu po
sitionieren. Eine solche Aufteilung führt dazu, daß Null-
Leiter und z. B. 3-Phasen-Leiter innerhalb des Ringkerns über
die Fläche hinweg untereinander symmetrisch zueinander ver
teilt angeordnet sind. Diese bekannte Maßnahme kann auch bei
der Erfindung der vorliegenden Anmeldung angewendet werden.
Statt jeweils eines einfachen Leiters kann auch eine jeweili
ge Leiterspule (Fig. 3b) vorgesehen sein.
In der EP 0 531 554 A1 ist die Problematik einer nicht gesi
cherten Lage eines Leiters in einer Summenstrom-Wandleran
ordnung angesprochen. Aus diesem Grunde ist ein Primärleiter
als Leiter ohne Windung im Wicklungsbereich einer ihn um
schließenden Ringwicklung knieförmig gekröpft. Besondere Rip
pen innerhalb der Ringwicklung bilden eine Führungsmulde für
den Leiter. Dort greift in dessen Kröpfung ein Schnapphaken
ein, um so den Leiter gegen Verdrehung und in axialer Rich
tung zu sichern.
In der nicht vorveröffentlichten älteren deutschen Patentan
meldung 196 53 552 ist eine weitere Lösung zum Problem der
konstruktiven Fehlerkorrektur bei einer Summenstrom-Wand
leranordnung beschrieben. Der Grundgedanke dieser Lösung be
steht darin, eine bereits vorhandene Anisotropie im System
Ringkern-Sekundärwicklung und/oder eine bewußt erzeugte Ani
sotropie im/am Ringkern und/oder in/an der Sekundärwicklung
zu nutzen, um ansonsten (noch) vorhandene Anisotropie, die zu
unerwünschtem Fehler der Summenbildung führt, zu kompensie
ren. Kurz gefaßt, dienen bei der Lehre dieser älte
ren Anmeldung schon vorhandene und/oder erst erzeugte Ani
sotropie(n) im Ringkern (der Sekundärspule) und/oder Win
dungsanzahldichte-Inhomogenität(en) der Sekundärwicklung der
Fehlerkompensation, indem solche Inhomogenität(en) fehlerkor
rigierend positioniert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, noch
weitere Möglichkeiten zur Fehlerkorrektur bzw. -kompensation
für eine wie beschriebene Summenstrom-Wandleranordnung aufzu
finden bzw. anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1
und weitergehend mit speziellen Ausgestaltungen nach den Un
teransprüchen gelöst.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde,
besondere Ausgestaltungen einer an sich bekannten Abschirmung
der Sekundärwicklung (und ihres Ringkernes) gegenüber der
Leiteranordnung vorzusehen. Bei der genannten Abschirmung
handelt es sich, wie auch der Schnitt nach Fig. 1 und die
Schnittdarstellung entlang der Achse A nach Fig. 1a zeigen,
um eine häufig vorgesehene mantelförmige magnetische Abschir
mung 140 mit einem Luftspalt 141. Durch diesen Luftspalt 141
vermag das Magnetfeld der Leiteranordnung 11/12 in den Innen
raum dieser Abschirmung 140 einzudringen, in dem sich der
Ringkern 14 mit seiner Sekundärwicklung befindet.
Als Überblick genannt, ist entsprechend der vorliegenden Er
findung wahlweise vorgesehen:
(jeweiliger) axialer Versatz der genannten Abschirmung 140 und/oder (eines oder mehrerer der Leiter) der Leiteranordnung 11/12 gegenüber dem Ringkern 14 mit seiner Sekundärwicklung 16 und/oder
(bezogen auf einen Kreis mit der Achse A) in einem oder mehreren azimutalen Sektoren/Umfangsabschnitten veränderte Wandstärke der Abschirmung 140, gegebenenfalls mit dem Ergeb nis einer Änderung des Luftspaltes L, dieser gesehen in Ra dialrichtung zur Achse A, zwischen der Abschirmung und dem Innenumfang des Ringkernes bzw. der auf diesem befindlichen Sekundärwicklung und/oder
(in der Ebene der Figuren, ausgenommen Fig. 1a) von der üblichen Kreisgeometrie abweichende Form des Ringkerns (und seiner darauf befindlichen Sekundärwicklung), z. B. ellipsen förmiger Querschnitt (senkrecht zur Achse A) des Ringkerns, mit (ebenfalls) in Radialrichtung verändertem Luftspalt L zwischen Abschirmung und Ringkern.
(jeweiliger) axialer Versatz der genannten Abschirmung 140 und/oder (eines oder mehrerer der Leiter) der Leiteranordnung 11/12 gegenüber dem Ringkern 14 mit seiner Sekundärwicklung 16 und/oder
(bezogen auf einen Kreis mit der Achse A) in einem oder mehreren azimutalen Sektoren/Umfangsabschnitten veränderte Wandstärke der Abschirmung 140, gegebenenfalls mit dem Ergeb nis einer Änderung des Luftspaltes L, dieser gesehen in Ra dialrichtung zur Achse A, zwischen der Abschirmung und dem Innenumfang des Ringkernes bzw. der auf diesem befindlichen Sekundärwicklung und/oder
(in der Ebene der Figuren, ausgenommen Fig. 1a) von der üblichen Kreisgeometrie abweichende Form des Ringkerns (und seiner darauf befindlichen Sekundärwicklung), z. B. ellipsen förmiger Querschnitt (senkrecht zur Achse A) des Ringkerns, mit (ebenfalls) in Radialrichtung verändertem Luftspalt L zwischen Abschirmung und Ringkern.
Wie gesagt, können diese einzeln anzuwendenden Maßnahmen der
Erfindung auch mit mehr oder weniger großem wirksamen Anteil
kombiniert vereint vorgesehen sein, um das Ziel der Korrektur
fehlerhafter Summenbildung der Summenstrom-Wandleranordnung,
auch ggfs. durch jeweilig individuelles Abgleichen, zu er
reichen.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung werden anhand der Be
schreibung weitere in Figuren dargestellten Ausführungsbei
spielen gegeben.
Fig. 1 zeigt das schon beschriebene Prinzipbild einer der
Erfindung zugrundeliegenden Summenstrom-Wandleranordnung mit Abschir
mung.
Fig. 1a zeigt einen Längsschnitt in einer Ebene mit der
Achse A, zugehörig zur Querschnittsdarstellung der Anordnung
nach Fig. 1.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel zur Ausführung mit azimutal sekto
riell/umfangs-abschnittsweise, nach innen gerichteter unter
schiedlicher, hier vergrößerter Wandstärke der Abschirmung
140.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit variiertem (wie oben
erwähntem) Luftspalt in Radialrichtung zwischen der Abschir
mung und dem Ringkern, erzeugt durch axialen Versatz der Ab
schirmung gegenüber dem Ringkern (und gegenüber der Leiteran
ordnung 11/12).
Fig. 3a und 3b zeigen Varianten zur Fig. 3 mit bemessenem
Versatz der Leiteranordnung 11/12, 111/112 gegenüber der
Achse A/dem Ringkern mit seiner Sekundärwicklung.
Fig. 4 zeigt Maßnahmen der Wandstärkeänderung 242a, 242b der
Abschirmung 140 für sektorielle/umfangs-abschnittsweise Ver
ringerung des radial gerichteten Luftspaltes L zwischen der
Abschirmung 140 und dem Ringkern mit seiner Sekundärwicklung.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit nicht-kreisrunder,
d. h. besonderer Formgebung des Ringkerns mit dem Ergebnis va
riierten Luftspaltes zwischen Abschirmung und Ringkern.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit mehreren der vorange
hend und in der genannten älteren Anmeldung beschriebenen
Maßnahmen.
Zu den Fig. 1 und 1a sei auf die obigen Ausführungen hin
gewiesen. Anstelle einer Zwei-Leiteranordnung 11/12 (111,
112) kann dies auch eine Leiteranordnung mit drei oder vier
Leitern, wie z. B. für Drehstrom, sein und ggfs. kann auch
mehrfache Aufteilung der einzelnen Leiter 11, 12 vorge
sehen sein, wie dies in der schon oben erwähnten Patentschrift
DE 42 15 900 C1 beschrieben ist. Es können auch jeweilige Leiterspu
len 111/112 (Fig. 3b) vorgesehen sein.
Die Fig. 2 zeigt die beiden stromführenden Leiter 11 und 12,
deren eventuell auftretende Differenz der sie durchfließenden
Stromstärke mittels der Summenstrom-Wandleranordnung bekann
termaßen zu detektieren ist. Die Abschirmung 140 weist Wand
verstärkungen 142 1 und 142 2 auf. Solche Wandverstärkungen
können in wahlweiser Anzahl und Verteilung auf/an (hier der
Innenseite) des Innenteils 140a Abschirmung 140 angeordnet
sein. Diese können z. B. auf der Innenwand der Abschirmung 140,
aufgebrachte zusätzliche Wandsegmente sein, wie dies aus der
Fig. 2 für den Fachmann erkennbar ist. Diese damit dickeren
Wandabschnitte verlaufen parallel der Achse A, d. h. entlang
der in Fig. 1a (im Schnitt) dargestellten (inneren) Seiten
wand der Abschirmung 140. Diese Wandverstärkungen können von
einander verschieden große azimutale Winkel überdecken
und/oder verschieden dick bemessen sein, wie mit den beiden
Wandverstärkungen 142 1 und 142 2 beispielsweise gezeigt ist.
Die Ausführungsform der Fig. 3 zeigt,
in welcher Weise gemäß einer wei
teren Ausführungsform die Abschirmung 140 außeraxial gegen
über der Achse A (und hier der Leiteranordnung 11/12) ange
ordnet ist. Die an sich gestörte axiale Symmetrie ist erfin
dungsgemäß so ausgeprägt und bezogen auf den Azimut-
Winkel um die Achse A bestimmt, daß damit voll
ständig oder in Kombination mit einer oder mehreren der ande
ren Lösungs-Varianten die Fehlerstromkorrektur erzielt ist.
Aus der Figur ist ersichtlich, wie der Luftspalt L, bezogen
auf den Umfang, verändert ist.
Eine Variante zur Ausführungsform der Fig. 3 zeigt die Fig.
3a, bei der - ggfs. zusätzlich zu der Maßnahme nach der Ausfüh
rungsform der Fig. 3 - (auch) die Leiteranordnung 11/12 bzw.
wenigstens einer dieser Leiter 11 oder 12 so angeordnet ist,
daß, gesehen in der Ebene der Darstellung der Fig. 3a, die
Leiteranordnung 11/12 nicht mehr axialsymmetrisch zur Achse A
angeordnet ist. Die Fig. 3a zeigt ein Beispiel, bei dem der
Leiter 11 gegenüber der axialen Symmetrie der Leiteranordnung
in Fig. 3 etwas verschoben ist, so daß das umgebende Magnet
feld der Leiteranordnung 11/12 hier nicht symmetrisch zur
Achse A ausgebildet ist.
Fig. 3b zeigt eine Ausführung mit Spulen/Wicklungen 111, 112
(statt einzelner Leiter 11/12), von denen zur (ggfs. nur
teilweisen) Fehlerkorrektur die eine Wicklung (azimutal ver
schiebbar/verdrehbar 111a) unsymmetrisch zur Achse Azur an
deren Wicklung positioniert ist.
Die Fig. 4 zeigt vorgesehene Wandverstärkungen 242 1 und
242 2, die, nämlich (anders als bei Fig. 2) mit dem Ergebnis
einer Luftspaltänderung zwischen Abschirmung 140 und Ringkern
14, auf dem Außenumfang des Innenteils 140a der Abschirmung
140 angeordnet sind.
Die Fig. 5 zeigt eine noch weitere Ausführungsform bzw. Va
riante zur Erfindung mit nicht-kreissymmetrischer Form des
Ringkerns 14' mit seiner Wicklung 16. Diese Ausführungsform
führt dazu, daß (ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der
Fig. 3/3a), wie aus der Fig. 5 ersichtlich, der Luftspalt L
zwischen dem Außenumfang des Innenteils 140a der Abschirmung
140 und dem Innenumfang des Ringkerns 14' mit der
Sekundärwicklung 16 über die 360°-Azimutwinkel (= Ebene der
Fig. 5) hinweg für verschiedenen Azimutwinkel verschieden
groß bemessen ist. Eine solche Wirkung kann erfindungsgemäß
wahlweise auch durch stattdessen entsprechende (ggfs. auch
zusätzliche) nicht-kreissymmetrische Form der Abschirmung 140
erreicht sein.
Mit entsprechend gewählter Bemessung der Wandverstärkungen
142 einerseits, 242 andererseits und/oder gewählter Unsymme
trie/axialer Verschiebung (Fig. 3, 3a, 3b und 5) und mit
entsprechender azimutaler Einstellung der azimutalen Lage
einer solchen Inhomogenität innerhalb der Wandleranordnung
läßt sich erfindungsgemäß im Ergebnis ein Fehler der Summen
strombildung korrigieren.
Die praktische Vorgehensweise zur Ausführung der Erfindung
ist z. B. die, eine oder mehrere aus den oben angegebenen Bei
spielen ausgewählte Inhomogenität bzw. Unsymmetrie bei der
Herstellung einer solchen Summenstrom-Wandleranordnung bewußt
vorzusehen und dann in einem Abgleich-/Justageverfahren eine
Justierung jeweiliger ausgewählter Teile der beschriebenen
Wandleranordnung vorzunehmen, bis Fehlerkorrektur bzw. Feh
lerminimierung erzielt ist. Vorzugsweise kommt für diese Ju
stierung ein Verdrehen der azimutalen Lage (d. h. in der Ebene
der beigefügten Figuren (ausgenommen Fig. 1a)) in Betracht.
Zur Fixierung einer solchen Justage eignet sich z. B. ein mehr
oder weniger vollständiges Vergießen der justierten Summen
strom-Wandleranordnung mit (wie üblich) nicht-magnetischer
Vergußmasse. Dieser Verguß ändert nichts am Vorhan
densein des magnetisch wirksamen Luftspaltes L bzw. 141, auch
wenn dieser mit Vergußmasse angefüllt ist. Im übrigen sei
auch darauf hingewiesen, daß der hier erwähnte Luftspalt
nicht mit einem (Ringkern)-Luftspalt zu verwechseln ist; wie
er bei geschlitzten Ringkernen vorhanden ist. Auch bei der
Erfindung kann der Ringkern 14, 14' mit solch einem Ringkern-
Luftspalt versehen sein.
Der Erfindung liegt zugrunde, daß mit den erfindungsgemäßen
Maßnahmen das magnetische Feld des durch die Leiteranordnung
11/12 fließenden elektrischen Stromes hinsichtlich seiner
azimutalen Verteilung (um die Achse A) innerhalb der Sekun
därwicklung 16 erfindungsgemäß justierbar unterschiedlich
groß gemacht wird und entsprechend azimutal örtlich unter
schiedlich Spannungsanteile in der Sekundärwicklung indu
ziert. Im Ergebnis gleichwirkend ist auch die zur Ausfüh
rungsform der Fig. 3a/3b angegebene Unsymmetrie der Leiter
anordnung 11/12 zur Achse A. Hier kann z. B. die Justage durch
leichtes Verbiegen wenigstens eines der Leiter 11/12 bzw.
Verschieben wenigstens einer der Wicklungen 111/112 gegenüber
der Position der Achse A als erfindungsgemäß auszuführende
Justage der vollständigen oder anteiligen Fehlerkorrektur
dienen.
Claims (10)
1. Summenstromwandleranordnung, insbesondere zur Erfassung
von Differenzströmen,
mit einem die Anordnung der Stromleiter (11, 12) um schließenden System aus magnetischem Ringkern (14) und Sekundärwicklung (16) und mit magnetischer Abschirmung (140) dieses Systems,
wobei eine gewählte Ausrichtung dieser Elemente der Wand leranordnung in Bezug auf die Mittelachse (A) des Ringkerns (14) vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß zur Korrektur fehlerbehafteter Differenzstrombildung wenigstens eine Inhomogenität betreffend
diese Abschirmung (140) und/oder
die Form, Wandstärke und/oder Position zur Achse (A) des genannten Systems (14, 16) und/oder der Abschirmung (140) und/oder
die Position eines Leiters (11, 111) innerhalb der Lei teranordnung (11/12; 111/112) in Bezug zur Achse (A) vorgesehen ist, wobei diese Inhomogenität(en) mit dem Ergebnis der Fehlerstromkorrektur justierbar positioniert/ positionierbar ausgebildet ist (sind) (Fig. 2, 3, 3a, 3b, 4, 5).
mit einem die Anordnung der Stromleiter (11, 12) um schließenden System aus magnetischem Ringkern (14) und Sekundärwicklung (16) und mit magnetischer Abschirmung (140) dieses Systems,
wobei eine gewählte Ausrichtung dieser Elemente der Wand leranordnung in Bezug auf die Mittelachse (A) des Ringkerns (14) vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß zur Korrektur fehlerbehafteter Differenzstrombildung wenigstens eine Inhomogenität betreffend
diese Abschirmung (140) und/oder
die Form, Wandstärke und/oder Position zur Achse (A) des genannten Systems (14, 16) und/oder der Abschirmung (140) und/oder
die Position eines Leiters (11, 111) innerhalb der Lei teranordnung (11/12; 111/112) in Bezug zur Achse (A) vorgesehen ist, wobei diese Inhomogenität(en) mit dem Ergebnis der Fehlerstromkorrektur justierbar positioniert/ positionierbar ausgebildet ist (sind) (Fig. 2, 3, 3a, 3b, 4, 5).
2. Anordnung nach Anspruch 1,
bei der die Lage der Inhomogenität(en) in jeweiligem
azimutalem Winkel drehbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Inhomogenität wenigstens eine Wandverstärkung
(142 1, 142 2; 242 1, 242 2) des Innenteils (140a) der Ab
schirmung (140) ist (Fig. 2, 4).
4. Anordnung nach Anspruch 3,
bei der die Wandverstärkung (14 2, 142 2) am Innenumfang
des Innenteils (140a) der Abschirmung (140) vorspringend
vorgesehen ist (Fig. 2).
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4,
bei der die Wandverstärkung (242 1, 242 2) am Außenumfang
des Innenteils (140a) der Abschirmung (140) vorspringend
vorgesehen ist (Fig. 2).
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei der die Inhomogenität eine außeraxiale Positionierung
der Abschirmung (140) ist (Fig. 3).
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei der die Inhomogenität eine außeraxiale Positionierung
der Sekundärwicklung (16) ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei der die Inhomogenität eine außeraxiale Positionierung
eines/einer (11, 111) der Leiter/Leiterwicklungen der
Leiteranordnung (11/12; 111/112) ist (Fig. 3a/3b).
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei der die Inhomogenität eine nicht-kreissymmetrische
Form der Abschirmung (140) und/oder des Systems Ringkern
(14) - Sekundärwicklung (16) ist (Fig. 5).
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei der die (jeweilige) justierte Position durch Verguß
mit nicht-magnetischer Vergußmasse fixiert ist.
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- 1997-03-14 DE DE1997110742 patent/DE19710742C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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MAREK, A.: Summierender Stromwandler für den Be- reich +- 10m AWdg, 0...200Hz. In: Bulletin SEV/VSE 70, 1979, H.5 10.März, S.213-218 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19710742A1 (de) | 1998-09-24 |
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