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Kombinierter Strom- und Spannungswandler Die Erfindung betrifft einen
kombinierten Strom-und Spannungswandler, bei dem -der Stromwandler und der Spannungswandler
in einem gemeinsamen, vorzugsweise aus Isolierstoff bestehenden, zweckmäßig ölgefüllten
Gefäß untergebracht sind und bei dem der Stromwanffler, dessen auf Erdpotential
liegender, vorzugsweise ringföfmiger Eisenkern die auf erdnahem Potential befindliche
Sekundärwicklung und darüber entsprechend für die volle Betriebsspannung isoliert
die Primärwicklung trägt, oberhalb, des Spannungswandlers angeordnet ist. DieErfindungbestehtdarin,
daß der Spannungswandler einen Mantelkern mit einem in Richtung derKernschenkel
verlaufendenHohlraum in dem die Wicklungen tragenden Mittelschenkel besitzt und
daß dieser Hohlraum zum Hindurchführen der Enden der Stromwandlersekundärwicklung
zu den am Boden (oder Fundament) des Wandlern gefäßes befindlichen Sekundärklemmen
dient. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der die Sekundärwicklung tragende Stromwandlerringkern
in an sich bekannter Weise mit einer für die halbe Betriebsspannung ausreichenden
Isolationsschicht umgeben ist und auf der oberen. dem Spannungswandler abgewandten
Hälfte die ebenfalls für die halbe Betriebsspannung isolierte ringförmige Primärwicklung
trägt, daß ferner die den sekundärbewickelten Stromwandlerkern umgebende Isolationsschicht
auf der dem Spannungswandler zugewandten Seite sich in einem für die halbe Betriebsspannung
bemessenen, Isolierrohr fortsetzt, in dem die Enden der Stromwandlersekund.ärwicklung
durch den Hohlraum des etwa die halbe Betriebsspannung führenden Spann.ungswandlerkernes
geführt sind.
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Durch die Erfindung werden wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten
kombinierten Wandlern erzielt. Bei diesen wird nämlich, sowohl für den
Spannungswandler
als auch für den. Stromwandler eine sogenannte Kaskadenschaltung benutzt; d. h.
die Eisenkerne beider Wandler führen die halbe Betriebsspannung und sind galvanisch
miteinander verbunden und der Eisenkern des Spannungswandlers trägt auf zwei gegenüberliegenden
Schenkeln. die, in zwei Spulen unterteilte Hochspannungswicklung, der Eisenkern
des Stromwandlers auf einarider gegenüberliegenden Schenkeln die durch Schubwicklungen
miteinander gekoppelte Primär-und Sekundärwicklung. Die Kernebenen stehen senkrecht
zueinander, und der Spannungswandler liegt in dem vom Stromwandlerkern umfaßten
Raum, oder .der Stromwandler liegt in dem vom Spann.ungswandlerkern umfaßten Raum.
Dadurch, daß bei der Erfindung ein Stromwandler verwendet wird, der keine Kaskadenschadtung
und daher auch keine Schubwicklungen benötigt, wird der Raumbedarf des kombinierten.
Wandlers geringer. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man für
den kombinierten Strom- und Span nungswandler dieselbe Stromwandlerkonstruktion
verwenden kann, wie sie bei einfachen normalen Stromwandlern. üblich ist. Ferner
ist es möglich, den Stromwandler mit mehrere, Kernen, (sogenannten Meß- und Relaiskernen)
auszurüsten, was bei Kaskadenwandlern und demgemäß bei den, bisher bekannten kombinierten
Wandlern auf Schwierigkeiten. stößt und daher nicht geschehen ist. Dadurch, da,B
bei dem kombinierten. Wandler gemäß der Erfindung der Stromwandler oberhalb des
Spannungswandlers angeordnet ist, werden die bei den bekannten kombinierten Wandlern.
langen Jochteile beim Strom- bzw. Spannungswand.ler vermieden., die auf große Strecken
elektrostatische Kurzschlüsse zwischen. Hochspannung und Erde darstellen und eine,
größere Höhe des die Wandler enthaltenden Isoliergefäßes bedingen. Die Ausführung
des Spannungswandlers nach Art eines Manteltransformators ermöglicht bei dem kombinierten
Wandler gemäß der Erfindung eine besonders gedrungene Bauart, so daß das Gefäß nur
etwa ebenso hoch wie die bekannten lediglich einen Spannungswandler für die gleiche.
Betriebsspannung enthaltenden Gefäße und auch im Durchmesser praktisch kaum größer
als diese wird. Auch wird die Anordnung und Befestigung der primären Anschlußleitungen
des Stromwandlers bei der Erfindung wesentlich günstiger als bei den. bekannten
kombinierten Wandlern.
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Es ist zwar schon bekannt gewesen, Transformatoren oder Meßwandler
mit einem mantelartigen Kern zu versehen, dessen die Wicklungen tragender Mittelschenkel
einen in Richtung der Schenkelachse verlaufenden Hohlraum hat. Bei diesen bekannten
Transformatoren und Meßwandlern ist dieser Hohlraum jedoch nur ein. durch die Kernkonstruktion
bedingtes, notwendiges Übel, welches zweckmäßig durch eine geschicktere Anordnung
des Kernes beseitigt wird, wie die diese Transformatoren bzw. Meßwandler behandelnden
Veröffentlichungen zeigen. Bei dem Gegenstand der Erfindung dagegen ist dieser Hoh1_raum
in dem Mittelschenkel des Mantelkernes absichtlich vorgesehen und dient, wie oben
erläutert ist, einem besonderen Zweck, nämlich zum Hindurchführen der Enden der
Sekundärwicklung eines mit dem Spannungswandler kombinierten. Stromwandlers.
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In den Abb. i und 2 ist in zwei verschiedenen, maßstäblich nicht übereinstimmenden
Längsschnitten ein Ausführungsbeispiel für einen kombinierten Wandler gemäß der
Erfindung schematisch dargestellt, während Abb.3 einen Querschnitt durch den Spannungswandlerteil
zeigt. Auf dem ringförmigen, z. B. aus Band gewickelten Kern i i des Stromwandlers
ist die Sekundärwicklung 12 und darauf eine für die halbe Betriebsspannung ausreichende
Isolation 13 aufgebracht. Auf der oberen Rlinghälfte sitzt die ebenfalls mit einer
Isolation 14 für die halbe Betriebsspannung versehene Primärwicklung 15 des Stromwandlers,
der also nach. Art der sogenannten Kreuzringwandler ausgeführt ist. Der Eisenkern
i i befindet sich auf Erdpotential. Die Enden der Primärwicklung 15 sind. an. die
schematisch angedeuteten primären AnschluBklemmen K, L geführt. Die den sekundärbewickelten
Ringkern umgebende Isolationsschicht 13 setzt sich. unten in einem für die halbe
Betriebsspannung bemessenen Isolierrohr 16 fort, in dem die Enden der Sekundärwicklung
12 durch den Spannungswandlerkern hindurch zu den am Boden oder Fundament des Wandlers
befindlichen. Sekundärklemmen k, L geführt sind.. Der nach Art eines Mantelkernes
ausgebildete Spannungswandlerkern besteht aus vier die Wicklungen umgebenden, symmetrisch
auf den Spulenumfang verteilten. rahmenförmigen Teilkernen 17, 18, 19 und 2o, deren
von den Spulen umhüllten Innenschenkel so bemessen und angeordnet sind, daß in der
SpuJenachse der. für das Isolierrohr 16 benötigte Hohlraum von Eisen frei bleibt.
Man kann. gegebenenfalls nur zwei Teilkerne 17 und i9 oder 18 und 2o oder auch mehr
als vier Teilkerne vorsehen, die gleichmäßig auf den Spulenumfang verteilt werden..
Die Hochspannungswicklung des Spannungswandlers besteht aus zwei über den Schubwicklungen
21, 22 auf einen gemeinsamen Spulenkörper lagenweise aufgewickelten Spulenhälften
23 und 24. Die Enden der innersten Wicklungslage jeder Spullenhälfte sind miteinander
und mit den Teilkernern 17 bis 2o sowie einer die beäden Spulenhälften trennenden
Scheibe 25 aus leitendem Material verbunden, so daß sich der Eisenkern des Spannungswandlers
auf dem halben Hochspannungspotential befindet. Das Ende der äußersten Wicklungslage
der oberen Spulenhälfte 23 ist an die Hochspannungsanschlußklemme U angeschlossen.,
die mit der einen Primäranschlußklemme K des Stromwandlers verbunden ist. Das entsprechende
Wicklungsende der unteren Spulenhälfte a4 ist an die auf Erdpotential befindliche
Klemme X geführt. Auf die äußerste Wicklungslage derSpulenhälfte24 ist dieSekundärwicklung
26 des Spannungswandlers aufgebracht, deren Enden an die sekundären Anschlußklemmen
u, x
angeschlossen sind. Die Spulenhälfte 23 und die die Sekundärwicklung
tragende Spulenhälfte 24
sind gegenüber den Außenschenkeln und Jochen
der Teilkerne und gegeneinander entsprechend für die halbe Betriebsspannung isoliert.
Gegenüber den Innenschenkeln bedarf es keiner besonderen Isolation, da ja die Enden
der innersten Wicklungslagen mit dem Eisenkern leitend verbunden sind. Das Isolierrohr
16 kann als Stütze für die aktiven Teile des Stromwandlers, gegebenenfalls auch,
wenn man z. B. einen Flansch 27 vorsieht, gleichzeitig zum Tragen des Spannungswandlers
dienen. Dabei muß für eine entsprechende Befestigunlg des Isolierrohres 16 auf dem
Boden oder Fundament des kombinierten Wandlers gesorgt Werden. Das den kombinierten
Wandler aufnehmende Gefäß, das der Einfachheit halber nur in der Abb. 2 angedeutet
ist. besteht aus dann Isoliermantel 28 (z. B. Porzellan oder Hartpapier) und denn
nicht dargesteillten metallenen, auf Hochspannung befindlichen Deckel sowie dein
ebenfalls nicht gezeichneten, schon erwähnten auf Erdpotential befindlichen Boden
oder Fundament. Das Gefäß ist vorzugsweise mit Öl oder auch. mit einem anderen.
Isoliermittel gefüllt.
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In Abweichung von dem in den Abb. i bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
kann der Eisenkern des Spannungswandlers auch auf Erdpotential gelegt werden,. In
diesem Fall kann das Isolierrohr 16 in Fortfall kommen, da die sekundären Anschlußleitungen
des Stromwandlers Erdpotential bzw. erdnahes Potential haben oder durch ein metallenes
Rohr ersetzt werden, wenm es als Stütze. für den Stromwandler und gegebenenfalls
auch für den Spannungswandler verwendet werden soll. Man muß dann aber die Spulenhälfte
23 des Spannungswandlers gegenüber den Außenschenkeln. und Jochen der Teilkerne
sowie gegenüber der anderen Spulenhälfte 24 entsprechend für die volle: Betriebsspannung
und gegenüber den Innenschenkeln der Teilkerne für die halbe Betriebsspannung isolieren.
Die untere Spulenhälfte 24 muß dabei gegenüber den Innenschenkeln und Jochen. der
Teilkerne für die halbe Betriebsspannung isoliert werden. Gegenüber den Außenschenkeln
bedarf sie mit der auf ihr aufgebrachten Sekundärwicklung keiner beson, deren. Isolation,
da ihr außenliegendes Wicklungsende ja wie die Teilkerne an Erdpotential liegt.
Die Teilkerne des Spannungswandlers können. bei dieser Anordnung mit ihren unteren
Jochen auf dem Boden oder Fundament aufliegen oder dicht darüber angeordnet sein.
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Die Hochspannungswicklung des Spannungswandlers kann auch aus Scheiben.-
oder Abteilungsspulen mit entsprechender Isolation aufgebaut werden. Wenn, wie schon
erwähnt, der Eisenkern des Spannungswandlers auf Erdpotential gelegt wird, kann,
man, seine Hochspannungswicklung .auch in Gestalt einer einzigen lagenweise gewickelten
Spule ausführen; das Ende der innersten Wicklungslage wird dann an das Erdpotential
geführt, so daß eine besondere Isolation gegenüber den Innenschenkeln des Eisenkernes
nicht erforderlich ist. Gegenüber den Außenschenkeln und den jochen, muß die Hochspannungsspule
entsprechend für die volle Betriebsspannung isoliert sein. Schubwicklungen werden
bei dieser Anordnung naturgemäß nicht benötigt.
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Das zum Hindurchführen. der Sekundärwicklungsenden des Stromwandlers
durch den Spannungswandlerkern dienende Isolierrohr 1.6 kann auch als Kondensatordurchführung
mit leitenden Einlagen ausgebildet sein, was insbesondere für höhere Betriebsspannungen
vorteilhaft ist. Weiterhin ist es möglich, den Stromwandler mit einem mehrere Kerne
aufweisenden Kaskadenspannungswandler gemäß der Erfindung zu kombinieren. Für diese
beiden Ausführungsmöglichkeiten ist schematisch in Abb.4 ein Beispiel dargestellt.
In dem Isoliermantel 28 befindet sich oben wieder der Stromwandler mit dem Eisenkern
i i, der Sekundärwicklung 12, der Isolation 13 und der entsprechend isolierten Primärwicklung
15. Mit 29 ist eine mit leitenden Einlagen versehene Kondensatordurchführung bezeichnet,
die den zwei Eisenkernen 30, 31 aufweisenden. Kaskadenspannungsw andler durchsetzt.
Die Anordnung jedes der beiden. Eisenkerne entspricht der in den Abb. i bis 3 gezeigten.
Die Hochspannungswicklung des Spannungswandlers besteht aus den vier in Reihe geschalteten
Spulen 32, 33, 34 und 35. De" Eisenkern 30 befindet sich auf dem Potential
der Verbindungsleitung der beiden Spulen 32, 33, während der Kern 31 an die Verbindung
der beiden Spulen 34.35 angeschlossen, ist. Die Schubwicklungen. sind mit 36, 37
bzw. 38, 39 bezeichnet, diz beider. Kopplungsspulen mit 40 und 41. Hinsichtlich
der erforderlichen Isolation gilt sinngemäß das zu den Abb. i bis 3 Gesagte. Die
Sekundärwicklung q.2-des Spannungswandlers ist auf der Hochspannungsspule 35 des
unteren Eisenkernes 31 in der gleichen Weise angeordnet und isoliert, wie die Sekundärwicklung
26 bei den. in Abb. i bds 3 dargestellten Beispielen. Wie die Abb.4 ferner erkennen
läßt, weist die Kondemsatordurchführunng 29 an der Stelle, an der sie den Eisenkern
3o des Spannungswandlers durchsetzt, entsprechend dem höheren Potential, welches
dieser Eisenkern. gegenüber den. auf Erdpotential befindlichen. Sekundärwicklungsenden
des Stromwandlers hat, einen größeren. Durchmesser und entsprechend mehr leitende
Einlager. auf, als an der Stelle, an welcher die Konden.satordurchführung 29 den
Eisenkern. 31 des . Stromwandlers durchsetzt. Die etwa in der Mitte des dickeren
Teiles der Kondensatordurchführung liegende leitende Einlage wird nveckmä.ßig zur
besseren Spannungssteuerung mit dem Eisenkern. 31 leitend verbunden, wie, dies auch
schematisch in der Abb. 4 angedeutet ist. Wenn der Kaskadenspannungswandler mehr
als zwei Eisenkerne aufweist, wird man die Kondensatordurchführang in ihrem Durchmesser
entsprechend weiter abstufen.