EP1014398B1 - Stromwandler in einer gasisolierten Schaltanlage - Google Patents

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EP1014398B1
EP1014398B1 EP99118349A EP99118349A EP1014398B1 EP 1014398 B1 EP1014398 B1 EP 1014398B1 EP 99118349 A EP99118349 A EP 99118349A EP 99118349 A EP99118349 A EP 99118349A EP 1014398 B1 EP1014398 B1 EP 1014398B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current transformer
wall
transformer according
annular core
bulkhead
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99118349A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1014398A1 (de
Inventor
Erwin Dipl.-Ing. Reichl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Original Assignee
Areva Sachsenwerk GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Areva Sachsenwerk GmbH filed Critical Areva Sachsenwerk GmbH
Publication of EP1014398A1 publication Critical patent/EP1014398A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1014398B1 publication Critical patent/EP1014398B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a current transformer for Use in a gas-insulated switchgear, in particular in a medium voltage switchgear, with a annular core, with a primary winding of one Primary conductor and with a secondary winding through which the Core is at least partially wound.
  • a current measuring device is known from DE 28 33 035 A1 an annular core made of an electrically insulating Known material, partially in a housing and is partially arranged outside the housing.
  • the ring-shaped core is a conductor through which the to measuring current flows.
  • On the inside of the case part of the core is a secondary winding applied, from which a signal can be tapped, the is a measure of the current to be measured.
  • the well-known Current measuring device comes without high voltage insulation out because the core due to its electrically insulating Features a high voltage resistant insulation between the conductor lying at a high voltage potential and the secondary winding which is at earth potential causes.
  • Current transformers of the type mentioned are used to detect the by Primary conductor of a switchgear cubicle flowing current for protection and / or measurement purposes.
  • Air-insulated switchgear is used for current detection usually using so-called support current transformers, which in Course of the busbars of the panel and thus arranged within the metal-enclosed panels are.
  • the core of these current transformers is common ring-shaped, but not with is equated in a circular shape. Rather, the core can also have a shape deviating from the circular shape.
  • the primary conductor of these current transformers is usually in several Windings through the material made of magnetically highly permeable manufactured core led. The core is with the Secondary winding wound.
  • Such current transformers will be also referred to as a winding current transformer.
  • Toroidal current transformers are single-wire current transformers, d. H. the primary winding consists of a Turn. This turn is made approximately from the center the annular core guided primary conductor and Any current feedback located outside.
  • the Toroidal current transformers are over their entire core scope provided with the turns of the secondary winding.
  • a Special form of toroidal current transformers form two parts Versions that due to their structure also retrospectively e.g. be installed around an already laid cable can. Because both core and secondary winding cut, they are, however, for high demands Accuracy classes not suitable and mostly as Billing converter not allowed.
  • the control panels of gas-insulated switchgear show from Pressure filled gas compartments surrounded by pressure vessels, in which the components of the panels are arranged. Because of the closed, gas-filled bulkheads is a Installation of the current transformers in the interior of the switch panels problematic. That is why the current transformers usually arranged outside the bulkheads. In the As a rule, the current transformers are specially trained Areas of the pressure vessel arranged. However, that has the Disadvantage that the pressure vessel of the control panel have to be complicated and complex in order to on the one hand to be able to accommodate the current transformers and around on the other hand, a safe encapsulation of the gas-filled To be able to achieve ballast rooms. Since the current detection for each phase of a switchgear must be done separately it is also necessary that the three-pole encapsulation in the Area of the current transformers in single-pole encapsulation sections is transferred.
  • the current transformers are difficult to access, namely only after Open the pressure tank. With a change in nominal current the current transformers have to be replaced, which is very Extensively designed. Furthermore, the secondary conductors gas-tight lead out of the bulkheads. It there is also an increased risk of rollovers from the primary conductor to the secondary coil. The Self-heating of the current transformers leads to another Increase in the operating temperature in the compartment. Thereby the heat dissipation from the bulkhead becomes one serious problem. After all, it can be in one Bulkhead arranged current transformers to disturb capacitive couplings come on the secondary coil.
  • the invention is based on of the current transformer of the type mentioned above that the ring-shaped core partially in a gas-tight Bulkhead of the switchgear and partly outside the Bulkhead is arranged.
  • the core of the current transformer according to the invention is the Wall of the gas-tight bulkhead in two parts divided.
  • the current transformer according to the invention connects in advantageously the benefits of one within one Bulkhead arranged current transformer with one current transformer arranged outside a bulkhead.
  • the Current transformer with the two-part core avoids all aforementioned disadvantages of the prior art.
  • the current-carrying secondary part of the Current transformer is arranged outside the bulkhead, can be caused by the current transformer during operation generated waste heat easily to the surrounding Outside air are released. There are also no problems with sheath currents in single-pole encapsulated Housing sections.
  • the pressure vessel of the Bulkheads are designed to be particularly simple.
  • the current transformer according to the invention has one extremely small space requirement.
  • the primary winding of the current transformer is advantageously on passing the primary conductor through the interior of the annular core is reduced.
  • the primary winding of the Physically, the primary conductor therefore has one turn on.
  • a current transformer with such a design Primary winding is also called a single-wire current converter designated.
  • the ring-shaped core of the current transformer according to the invention preferably consists of a magnetizable material, in particular from an iron material.
  • the annular core be made from one another arranged annular sheets.
  • the sheets thus extend in a direction perpendicular to Course of the primary conductor. That then has an impact on the magnetic flux in the core if one with one magnetic preferred direction sheet metal used becomes.
  • the individual sheets and thus the core of the Current transformers do not necessarily have one circular cross-sectional area. Rather, the Cross-sectional area of the sheets can be designed as desired.
  • Properties of the current transformer can be influenced in a targeted manner. Through material accumulations on the outside of the compartment lying part of the core can be the size of the inside of the compartment arranged part of the current transformer can be reduced.
  • the Current transformers through appropriate fastening devices easily attached to the bulkhead wall become.
  • the individual sheets of the core are preferred punched.
  • the ring-shaped core made of sheet metal tape wound in a ring consists.
  • Such trained cores are after a Winding process in which the sheet metal strip, preferably with the addition of adhesive to form a core a desired winding height is wound.
  • the metal strip thus extends in a direction parallel to the course of the primary conductor.
  • the part of the annular core that is arranged outside the bulkhead, with the Secondary winding is wound.
  • This has the advantage that the secondary conductors are not gastight from the compartments must be brought out.
  • the outside lying secondary winding from the higher voltage of the Dielectric shielded primary conductor completely. Thereby this is not the case, for example, with small signal current transformers problematic capacitive voltage coupling.
  • the secondary winding if necessary, very simple to be replaced.
  • the part of ring-shaped core that is inside the bulkhead is arranged, is provided with the primary winding.
  • the Separation of primary winding and secondary winding has the Advantage that the risk of rollovers from the Primary conductor to the secondary coil is avoided. There no voltage coupling problems or Direct arcing to the secondary winding can occur the current transformer according to the invention is also very good for Suitable for high voltages.
  • the annular core is continuous is trained and the wall of the bulkhead with Through openings are provided through which the core of the Inside the bulkhead is led outside. That sets that the wall in the area of the through openings is sealed against the core.
  • the annular core be at least one Air gap through which the magnetic path of the annular core is interrupted. From "air gap” is spoken in the description below, if there is actually no gap filled with air or insulating gas is present, but this from a non-magnetizable Material is formed or filled.
  • the magnetic The current transformer is designed so that a Saturation practically only in the area of short-circuit currents entry. In order to expand this area, too, is working one, for example, with air gaps in the magnetic path.
  • the length of the Air gaps is preferably less than or equal to 1% of the entire magnetic path length.
  • the air gaps can be anywhere on the Magnetic path of the core can be formed. If the air gaps are formed in the area of the wall of the bulkhead, then the annular core is through the air gaps physically into one within the bulkhead arranged part and in an outside of the compartment arranged part divided. According to a preferred embodiment proposed that the wall of the gas-tight bulkhead from one not magnetizable material and that the ring-shaped Core has two air gaps that the annular core in a part located inside the bulkhead and in a part located outside the bulkhead divide.
  • the wall of the gas-tight advantageously runs Bulkhead through the air gaps.
  • the wall of the gas-tight bulkhead at least one Has cutout in which a wall part is inserted that runs through at least one of the air gaps.
  • the wall has a cutout in which a wall part is used by both Air gap of the annular core runs. That has the Advantage that a complete current transformer unit, consisting of that arranged within the bulkhead Part of the core that is located outside the bulkhead Part of the core and the wall part, prefabricated and can be checked for functionality. This current transformer unit can then by inserting the wall part into the intended cutout used in the wall and with the wall can be connected gastight.
  • the wall has two cutouts into which one wall part is used. One of each both wall parts run through one of the two Air gaps of the annular core.
  • the wall part is advantageously in the cutout welded into the wall of the bulkhead.
  • the wall part on the wall of the Bulkhead screwed and against the wall by means of a sealing element is sealed.
  • the wall part advantageously has a different one Strength, especially a lower strength than that Wall of the bulkhead. It is also conceivable that Wall part other magnetic and / or electrical Has properties as the wall of the bulkhead.
  • the is within of the gas-tight bulkhead arranged part of the annular core grounded. It is also preferred that the gas-tight is outside Part of the annular core arranged in the bulkhead grounded.
  • the inside of the gas-filled Part of the annular core arranged on the bulkhead Is fixed inside the wall of the bulkhead.
  • the one inside the gas-filled one Part of the annular core arranged by means of a bulkhead a strap on the inside of the wall of the Bulkhead attached. The ends of the strap are on attached to the wall, preferably with the wall screwed.
  • the outside of the Part of the annular gas-tight bulkhead arranged Kerns on the outside of the wall of the bulkhead is attached.
  • the one outside the gas-tight bulkhead arranged part of the annular core advantageously by means of a band clamp on the Outside the wall of the bulkhead is attached.
  • the Ends of the band clamp are attached to the wall, preferably screwed to the wall.
  • Fastening options listed can be the partial cores of the annular core in any other way on the Wall of the bulkhead to be attached.
  • the Invention proposed that the current transformer as a Small signal current transformer is formed.
  • a current transformer according to the invention for Use in a gas-insulated switchgear, in particular in a medium voltage switchgear.
  • the Current transformer has an annular core 1, 6, with a primary winding of a primary conductor 2 and with one Secondary winding 7 of a secondary coil 9 through which the Core 1, 6 is at least partially wound.
  • the one in the Primary conductor 2 should flow through the current current transformers according to the invention are detected.
  • the annular core 1, 6 is partially in a gas-tight filled with an insulating gas Compartment 10 of the switchgear and partially outside of Bulkhead 10 arranged. Part 6 of the annular Core 1, 6, which is arranged outside the compartment 10 is with the secondary winding 7 of the secondary coil 9 wound.
  • Part 1 of the annular core 1, 6, the is arranged within the compartment 10, with the Provide primary winding of the primary conductor 2.
  • the Primary winding is on passing the primary conductor through 2 reduced by the interior of the annular core 1, 6.
  • the ring-shaped core 1, 6 has a production-related one rectangular cross-section.
  • electrodes 3a and 3b are arranged, which serve the to improve the electrical field in the region of the partial core 1 and thus a minimal distance between the current-carrying primary conductor 2 and the grounded partial core 1 to enable.
  • Fig. 1 is the Partial core 1 by means of a tension band 4 on the inside the wall 5 of the gas-tight bulkhead 10 attached.
  • the partial core 6 is on the outside of the wall 5 of the gas-tight bulkhead 10 by means of a band clamp 8 attached.
  • a tension band 4 on the inside the wall 5 of the gas-tight bulkhead 10 attached.
  • the partial core 6 is on the outside of the wall 5 of the gas-tight bulkhead 10 by means of a band clamp 8 attached.
  • the annular core 1, 6 has two air gaps through which interrupted the magnetic path of the annular core 1, 6 is.
  • the air gaps divide the annular core 1, 6 in partial core 1 and partial core 6. Through the air gaps in the magnetic circuit the entry of the Iron saturation shifted towards higher current values.
  • the Wall 5 consists of a non-magnetizable Material and is arranged in the air gaps.
  • the structure 2 is a current transformer according to the invention shown a second embodiment.
  • the structure 2 essentially corresponds to that Structure of the current transformer from Fig. 1.
  • the current transformer from FIG. 2 has one different structure in the area of the air gaps.
  • the wall 5 the compartment 10 is provided with two cutouts 11, in the wall parts 12 with a smaller material thickness than the wall 5 are used gas-tight.
  • the Wall parts 12 are welded into the cutouts 11. This embodiment is then particularly advantageous if the material thickness of the wall 5 is relatively large, or if for other reasons a shorter air gap seems desirable.
  • the wall parts 12 used also allow the possibility of the remaining wall 5 different materials with e.g. B. better or targeted magnetic properties and / or electrical Properties (e.g. a lower electrical conductivity to avoid eddy currents).
  • the 3 is in the two Air gaps between the partial core 1 and the partial core 6 that Wall part 14 arranged.
  • the partial core 1, the Wall part 14 and the partial core 6 are to the Current transformer unit summarized.
  • This current transformer unit is in a in the wall 5 of the bulkhead 10th trained section 13 as a complete unit used.
  • the wall part 14 in the area of Section 13 screwed to the wall 5, between the Wall part 14 and the wall 5 runs in Sealing element 15 made of an elastomer. It is also conceivable, the wall part 14 in the cutout 13 of the Weld wall 5.
  • annular core 1, 6 of the current transformers shown made from a ring-wound sheet metal strip. at This winding process is used to make the thin strip of magnetic sheet, z. B. with the addition of an adhesive to the core 1, 6 with the required winding height and later in Area of the air gaps in the desired partial cores 1, 6 separated.
  • the shown current transformer a core 1, 6, which from appropriately shaped, one above the other, annular magnetic sheets is constructed.
  • the magnetic sheets are usually produced by stamping.
  • a core 1, 6 constructed in this way can have a simple shape Ways can be varied as desired.
  • a compact design of the partial core 6 outside of Bulkhead 10 a smaller size of the core 1, 6 and so that the entire current transformer can be achieved.
  • a Execution of compared to the rest of the core cross-section Larger-area pole pieces allow influencing the magnetic field strength to smaller specific ones Values.
  • the partial cores 1, 6 in the area the wall 5 can be designed such that they on a simple and quick and safe on the wall 5 can be attached.
  • the partial cores 1, 6 by means of Clamps 16 braced against each other. Between Partial cores 1, 6, the wall parts 12 are clamped. The Partial cores 1, 6 are on the clamps 16 on the Wall 5 attached.

Landscapes

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromwandler zum Einsatz in einer gasisolierten Schaltanlage, insbesondere in einer Mittelspannungs-Schaltanlage, mit einem ringförmigen Kern, mit einer Primärwicklung eines Primärleiters und mit einer Sekundärwicklung, durch die der Kern zumindest teilweise bewickelt ist.
Aus der DE 28 33 035 A1 ist eine Strommesseinrichtung mit einem ringförmigen Kern aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bekannt, der teilweise in einem Gehäuse und teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Durch den ringförmigen Kern ist ein Leiter geführt, durch den der zu messende Strom fließt. Auf dem innerhalb des Gehäuses befindlichen Teil des Kerns ist eine Sekundärwicklung aufgebracht, an der ein Signal abgegriffen werden kann, das ein Maß für den zu messenden Strom ist. Die bekannte Strommesseinrichtung kommt ohne eine Hochspannungsisolation aus, weil der Kern aufgrund seiner elektrisch isolierenden Eigenschaften eine hochspannungsfeste Isolation zwischen dem auf einem Hochspannungspotential liegenden Leiter und der auf einem Erdpotential befindlichen Sekundärwicklung bewirkt.
Stromwandler der eingangsgenannten Art dienen der Erfassung des durch den Primärleiter eines Schaltfelds einer Schaltanlage fließenden Stroms zu Schutz- und/oder Messzwecken. Bei luftisolierten Schaltanlagen erfolgt die Stromerfassung üblicherweise mittels sog. Stützer-Stromwandler, die im Verlauf der Stromschienen des Schaltfelds und somit innerhalb der metallgekapselten Schaltfelder angeordnet sind. Der Kern dieser Stromwandler ist üblicherweise ringförmig ausgebildet, was jedoch nicht mit kreisringförmig gleichzusetzen ist. Vielmehr kann der Kern auch eine von der Kreisform abweichende Form aufweisen. Der Primärleiter ist bei diesen Stromwandlern meist in mehreren Windungen durch den aus magnetisch hochpermeablem Material hergestellten Kern geführt. Der Kern ist mit der Sekundärwicklung bewickelt. Derartige Stromwandler werden auch als Wickel-Stromwandler bezeichnet.
Bei gasisolierten Schaltanlagen wählt man nach dem Stand der Technik als Stromwandler in der Regel sog. Ringkern-Stromwandler. Ringkern-Stromwandler sind Einleiter-Strom-Wandler, d. h. die Primärwicklung besteht aus einer Windung. Diese Windung wird aus dem etwa zentrisch durch den ringförmigen Kern geführten Primärleiter und der beliebig außerhalb liegenden Stromrückführung gebildet. Die Ringkern-Stromwandler sind über ihren gesamten Kernumfang mit den Windungen der Sekundärwicklung versehen. Eine Sonderform von Ringkern-Stromwandlern bilden zweiteilige Ausführungen, die aufgrund ihres Aufbaues auch nachträglich z.B. um ein bereits verlegtes Kabel herum montiert werden können. Da sowohl Kern als auch Sekundärwicklung geschnitten sind, sind sie jedoch für hohe Ansprüche an Genauigkeitsklassen nicht geeignet und auch meist als Verrechnungswandler nicht zugelassen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Stromwandler neuerer Bauart weisen eine sehr geringe Leistungsabgabe auf. Sie zeichnen sich durch eine äußerst lineare Abbildung des zu erfassenden Primärstroms über einen sehr weiten Strombereich aus. Der zu erfassende Strombereich reicht von wenigen Ampere bis zu Kurzschlussströmen. Derartige Stromwandler sind bspw. der sog. Rogowsky-Stromwandler oder der Kleinsignal-Stromwandler. Der Kleinsignal-Stromwandler wird in der Literatur auch als Kleinleistungs-, linearisierter oder nicht-konventioneller Stromwandler oder als induktiver Stromsensor bezeichnet. In Messwandler im Wandel, Thomas Kohl, Ansgar Müller, Dirk Scharnewski, Siegfried Werner, etz Heft 3/1997, S. 23-25 werden derartige Stromwandler neuerer Bauart näher beschrieben.
Die Schaltfelder von gasisolierten Schaltanlagen weisen von Durckbehälter umgebene gasgefüllte Schotträume auf, in denen die Komponenten der Schaltfelder angeordnet sind. Wegen der abgeschlossenen, gasgefüllten Schotträume ist ein Einbau der Stromwandler in das Innere der Schaltfelder problematisch. Deshalb werden die Stromwandler üblicherweise außerhalb der Schotträume angeordnet. In der Regel werden die Stromwandler an besonders ausgebildeten Bereichen der Druckbehälter angeordnet. Das hat jedoch den Nachteil, dass die Druckbehälter des Schaltfeldes kompliziert und aufwendig gestaltet sein müssen, um einerseits die Stromwandler aufnehmen zu können und um andererseits eine sichere Kapselung der gasgefüllten Schotträume erzielen zu können. Da die Stromerfassung für jede Phase einer Schaltanlage getrennt erfolgen muss, ist es außerdem erforderlich, dass die dreipolige Kapselung im Bereich der Stromwandler in einpolige Kapselungsabschnitte überführt wird.
Außerdem sind gegen das Auftreten von sog. Hüllenströmen in den einpoligen Behälterabschnitten komplizierte Isolierungen einzubringen, die jedoch die Gasdichtigkeit der Kapselung nicht beeinträchtigen dürfen. Hüllenströme sind durch Wirbelströme erzeugte Ausgleichsströme in den einpoligen Behälterabschnitten. Des weiteren erfordert die Anordnung der Stromwandler zwischen dreipoligen Abschnitten der Schaltanlage (z. B. im Bereich der Sammelschienen) soweit nicht zweiteilige Ringkernstromwandler eingesetzt werden bei der Demontage der Stromwandler eine Demontage der Druckbehälter, d. h. ein Öffnen der gasgefüllten Schotträume. Schließlich benötigen außerhalb eines gasgefüllten Schottraums angeordnete Stromwandler relativ viel Platz.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Stromwandler im Inneren eines gasdichten Schottraums anzuordnen. Auch das hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. Zunächst einmal sind die Stromwandler schlecht zugänglich, nämlich erst nach dem Öffnen des Druckbehälters. Bei einer Nennstrom-Umstellung müssen die Stromwandler ausgetauscht werden, was sich sehr aufwendig gestaltet. Des weiteren müssen die Sekundärleiter gasdicht aus den Schotträumen herausgeführt werden. Es besteht außerdem eine verstärkte Gefahr von Überschlägen von dem Primärleiter auf die Sekundärspule. Die Eigenerwärmung der Stromwandler führt zu einer weiteren Erhöhung der Betriebstemperatur in dem Schottraum. Dadurch wird die Wärmeabfuhr aus dem Schottraum zu einem schwerwiegenden Problem. Schließlich kann es bei in einem Schottraum angeordneten Stromwandlern zu störenden kapazitiven Einkopplungen auf die Sekundärspule kommen.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stromwandler der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Stromwandler der eingangs genannten Art vor, dass der ringförmige Kern teilweise in einem gasgdichten Schottraum der Schaltanlage und teilweise außerhalb des Schottraums angeordnet ist.
Der Kern des erfindungsgemäßen Stromwandlers wird durch die Wandung des gasgdichten Schottraums in zwei Teile unterteilt. Der erfindungsgemäße Stromwandler verbindet in vorteilhafter Weise die Vorteile eines innerhalb eines Schottraums angeordneten Stromwandlers mit denen eines außerhalb eines Schottraums angeordneten Stromwandlers. Der Stromwandler mit dem zweigeteilten Kern vermeidet sämtliche vorgenannten Nachteile des Standes der Technik.
Dadurch dass der stromdurchflossene Sekundärteil des Stromwandlers außer halb des Schottraums angeordnet ist, kann die durch den Stromwandler während des Betriebs erzeugte Abwärme problemlos direkt an die umgebende Außenluft abgegeben werden. Außerdem treten keine Probleme mit Hüllenströmen in einpolig gekapselten Gehäuseabschnitten auf. Zudem kann der Druckbehälter des Schottraums besonders einfach ausgestaltet werden. Schließlich hat der erfindungsgemäße Stromwandler einen äußerst geringen Platzbedarf.
Die Primärwicklung des Stromwandlers ist vorteilhafterweise auf ein Hindurchführen des Primärleiters durch das Innere des ringförmigen Kerns reduziert. Die Primärwicklung des Primärleiters weist somit physikalisch gesehen eine Windung auf. Ein Stromwandler mit einer derart ausgebildeten Primärwicklung wird auch als Einleiter-Strom-Wandler bezeichnet.
Der ringförmige Kern des erfindungsgemäßen Stromwandlers besteht vorzugsweise aus einem magnetisierbaren Material, insbesondere aus einem Eisenwerkstoff.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Kern aus übereinander angeordneten ringförmigen Blechen besteht. Die Bleche erstrecken sich also in einer Richtung senkrecht zum Verlauf des Primärleiters. Das hat dann einen Einfluss auf den Magnetfluss in dem Kern, wenn ein mit einer magnetischen Vorzugsrichtung hergestelltes Blech verwendet wird. Die einzelnen Bleche und damit auch der Kern des Stromwandlers weisen nicht zwangsläufig eine kreisringförmige Querschnittsfläche auf. Vielmehr kann die Querschnittsfläche der Bleche beliebig ausgestaltet sein. Durch eine besondere Ausgestaltung der Querschnittsfläche der einzelnen Bleche bzw. des Kerns können die Eigenschaften des Stromwandlers gezielt beeinflusst werden. Durch Materialanhäufungen an dem außerhalb des Schottraums liegenden Teil des Kerns kann die Baugröße des im Inneren des Schottraums angeordneten Teils des Stromwandlers vermindert werden. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Kerns im Bereich der Wandung des Schottraums, kann der Stromwandler durch entsprechende Befestigungsvorrichtungen auf einfache Weise an der Wandung des Schottraums befestigt werden. Die einzelnen Bleche des Kerns werden vorzugsweise gestanzt.
Alternativ wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der ringförmige Kern aus ringförmig gewickeltem Blechband besteht. Derartig ausgebildete Kerne werden nach einem Wickelverfahren hergestellt, bei dem das Blechband, vorzugsweise unter Beigabe von Klebstoff, zu einem Kern mit einer gewünschten Wickelhöhe gewickelt wird. Das Blechband erstreckt sich also in einer Richtung parallel zum Verlauf des Primärleiters.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Teil des ringförmigen Kerns, der außerhalb des Schottraums angeordnet ist, mit der Sekundärwicklung bewickelt ist. Das hat den Vorteil, dass die Sekundärleiter nicht gasdicht aus den Schotträumen herausgeführt werden müssen. Außerdem ist die außen liegende Sekundärwicklung von der höheren Spannung des Primärleiters dielektrisch völlig abgeschirmt. Dadurch entfällt die bspw. bei Kleinsignal-Stromwandlern problematische kapazitive Spannungs-Einkopplung. Des weiteren kann das außen liegende Teil des Stromwandlers mit der Sekundärwicklung, falls erforderlich, sehr einfach ausgewechselt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Teil des ringförmigen Kerns, der innerhalb des Schottraums angeordnet ist, mit der Primärwicklung versehen ist. Die Trennung von Primärwicklung und Sekundärwicklung hat den Vorteil, dass die Gefahr von Überschlägen von dem Primärleiter zu der Sekundärspule vermieden wird. Da keinerlei Spannungseinkopplungsprobleme oder Direktüberschläge zu der Sekundärwicklung auftreten können, ist der erfindungsgemäße Stromwandler auch sehr gut für Hochspannungen geeignet.
Es ist denkbar, dass der ringförmige Kern durchgehend ausgebildet ist und die Wandung des Schottraums mit Durchführöffnungen versehen ist, durch die der Kern vom Inneren des Schottraums nach außen geführt wird. Das setzt voraus, dass die Wandung im Bereich der Durchführöffnungen gegen den Kern abgedichtet ist. Bei der Unterteilung des Kerns in einen innerhalb des Schottraums liegenden Teil und in einen außerhalb des Schottraums liegenden Teil handelt es sich bei dieser Ausführungsform somit nicht um eine physikalische sondern um eine dem Innen- bzw. Außenbereich eines Schottraumes zugeordnete Unterteilung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Kern mindestens einen Luftspalt aufweist, durch den der Magnetweg des ringförmigen Kerns unterbrochen ist. Von "Luftspalt" wird in der nachfolgenden Beschreibung auch dann gesprochen, wenn tatsächlich kein luft- oder isoliergasgefüllter Spalt vorliegt, sondern dieser von einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff gebildet bzw. ausgefüllt wird. Die magnetische Auslegung des Stromwandlers ist so getroffen, dass eine Sättigung praktisch erst im Bereich der Kurzschlussströme eintritt. Um auch diesen Bereich noch auszuweiten, arbeitet man bspw. mit Luftspalten im Magnetweg. Die Länge der Luftspalte beträgt vorzugsweise weniger oder gleich 1% der gesamten Magnetweglänge.
Die Luftspalte können an beliebigen Stellen auf dem Magnetweg des Kerns ausgebildet sein. Wenn die Luftspalte im Bereich der Wandung des Schottraums ausgebildet sind, dann wird der ringförmige Kern durch die Luftspalte physikalisch in einen innerhalb des Schottraums angeordneten Teil und in einen außerhalb des Schottraums angeordneten Teil unterteilt. Dazu wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Wandung des gasgdichten Schottraums aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht und dass der ringförmige Kern zwei Luftspalte aufweist, die den ringförmigen Kern in einen innerhalb des Schottraums angeordneten Teil und in einen außerhalb des Schottraums angeordneten Teil unterteilen.
Vorteilhafterweise verläuft die Wandung des gasgdichten Schottraums durch die Luftspalte.
Es ist aber auch denkbar, dass nicht die Wandung selbst, sondern besondere, in die Wandung eingesetzte Wandungsteile durch die Luftspalte verlaufen. Dazu wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Wandung des gasdichten Schottraums mindestens einen Ausschnitt aufweist, in den ein Wandungsteil eingesetzt ist, das zumindest durch einen der Luftspalte verläuft. Es ist denkbar, dass die Wandung einen Ausschnitt aufweist, in dem ein Wandungsteil eingesetzt ist, das durch beide Luftspalte des ringförmigen Kerns verläuft. Das hat den Vorteil, dass eine komplette Stromwandler-Einheit, bestehend aus dem innerhalb des Schottraums angeordneten Teil des Kerns, dem außerhalb des Schottraums angeordneten Teil des Kerns und dem Wandungsteil, vorgefertigt und funktionsgeprüft werden kann. Diese Stromwandler-Einheit kann dann durch Einsetzen des Wandungsteils in den dafür vorgesehenen Ausschnitt in der Wandung eingesetzt und mit der Wandung gasdicht verbunden werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Wandung zwei Ausschnitte aufweist, in die jeweils ein Wandungsteil eingesetzt ist. Jeweils eines der beiden Wandungsteile verläuft durch einen der beiden Luftspalte des ringförmigen Kerns.
Vorteilhafterweise ist das Wandungsteil in den Ausschnitt der Wandung des Schottraums eingeschweißt. Alternativ wird vorgeschlagen, dass das Wandungsteil an der Wandung des Schottraums verschraubt und gegenüber der Wandung mittels eines Dichtungselements abgedichtet ist.
Das Wandungsteil weist vorteilhafterweise eine andere Stärke, insbesondere eine geringere Stärke, auf als die Wandung des Schottraums. Es ist auch denkbar, dass das Wandungsteil andere magnetische und/oder elektrische Eigenschaften aufweist als die Wandung des Schottraums.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der innerhalb des gasdichten Schottraums angeordnete Teil des ringförmigen Kerns geerdet. Vorzugsweise ist auch der außerhalb des gasdichten Schottraums angeordnete Teil des ringförmigen Kerns geerdet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der innerhalb des gasgefüllten Schottraums angeordnete Teil des ringförmigen Kerns an der Innenseite der Wandung des Schottraums befestigt ist. Vorteilhafterweise ist der innerhalb des gasgefüllten Schottraums angeordnete Teil des ringförmigen Kerns mittels eines Spannbandes an der Innenseite der Wandung des Schottraums befestigt. Die Enden des Spannbandes sind an der Wandung befestigt, vorzugsweise mit der Wandung verschraubt.
Ebenso wird vorgeschlagen, dass der außerhalb des gasgdichten Schottraums angeordnete Teil des ringförmigen Kerns an der Außenseite der Wandung des Schottraums befestigt ist. Der außerhalb des gasdichten Schottraums angeordnete Teil des ringförmigen Kerns ist vorteilhafterweise mittels einer Bandschelle an der Außenseite der Wandung des Schottraums befestigt ist. Die Enden der Bandschelle sind an der Wandung befestigt, vorzugsweise mit der Wandung verschraubt. Außer den hier aufgeführten Befestigungsmöglichkeiten können die Teilkerne des ringförmigen Kerns auf beliebig andere Art an der Wandung des Schottraums befestigt sein.
Schließlich wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Stromwandler als ein Kleinsignal-Stromwandler ausgebildet ist.
Vier bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
einen erfindungsgemäßen Stromwandler gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2
einen erfindungsgemäßen Stromwandler gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3
einen erfindungsgemäßen Stromwandler gemäß einer dritten Ausführungsform; und
Figur 4
einen erfindungsgemäßen Stromwandler gemäß einer vierten Ausführungsform.
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Stromwandler zum Einsatz in einer gasisolierten Schaltanlage, insbesondere in einer Mittelspannungs-Schaltanlage, dargestellt. Der Stromwandler weist einen ringförmigen Kern 1, 6 auf, mit einer Primärwicklung eines Primärleiters 2 und mit einer Sekundärwicklung 7 einer Sekundärspule 9, durch die der Kern 1, 6 zumindest teilweise bewickelt ist. Der in dem Primärleiter 2 fließende Strom soll durch den erfindungsgemäßen Stromwandler erfasst werden. Der ringförmige Kern 1, 6 ist teilweise in einem mit einem Isoliergas gefüllten gasdichten Schottraum 10 der Schaltanlage und teilweise außerhalb des Schottraums 10 angeordnet. Der Teil 6 des ringförmigen Kerns 1, 6, der außerhalb des Schottraums 10 angeordnet ist, ist mit der Sekundärwicklung 7 der Sekundärspule 9 bewickelt. Der Teil 1 des ringförmigen Kerns 1, 6, der innerhalb des Schottraums 10 angeordnet ist, ist mit der Primärwicklung des Primärleiters 2 versehen. Die Primärwicklung ist auf ein Hindurchführen des Primärleiters 2 durch das Innere des ringförmigen Kerns 1, 6 reduziert. Der ringförmige Kern 1, 6 weist fertigungsbedingt einen rechteckigen Querschnitt auf. Im Bereich des Teilkerns 1 sind Elektroden 3a und 3b angeordnet, die dazu dienen, das elektrische Feld im Bereich des Teilkerns 1 zu verbessern und damit einen minimalen Abstand zwischen dem stromführenden Primärleiter 2 und dem geerdeten Teilkern 1 zu ermöglichen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilkern 1 mittels eines Spannbandes 4 an der Innenseite der Wandung 5 des gasdichten Schottraums 10 befestigt. Der Teilkern 6 ist an der Außenseite der Wandung 5 des gasdichten Schottraums 10 mittels einer Bandschelle 8 befestigt. Selbstverständlich sind eine Reihe alternativer Befestigungsmöglichkeiten denkbar.
Der ringförmige Kern 1, 6 weist zwei Luftspalte auf, durch die der Magnetweg des ringförmigen Kerns 1, 6 unterbrochen ist. Die Luftspalte unterteilen den ringförmigen Kern 1, 6 in den Teilkern 1 und den Teilkern 6. Durch die Luftspalte in dem magnetischen Kreis wird der Eintritt der Eisensättigung zu höheren Stromwerten hin verschoben. Die Wandung 5 besteht aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff und ist in den Luftspalten angeordnet.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Stromwandler gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. Der Aufbau des Stromwandlers aus Fig. 2 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Stromwandlers aus Fig. 1. Im Unterschied zu diesem weist der Stromwandler aus Fig. 2 jedoch einen anderen Aufbau im Bereich der Luftspalte auf. Die Wandung 5 des Schottraums 10 ist mit zwei Ausschnitten 11 versehen, in die Wandungsteile 12 mit einer geringeren Materialstärke als die Wandung 5 gasdicht eingesetzt sind. Die Wandungsteile 12 sind in die Ausschnitte 11 eingeschweißt. Dieses Ausführungsbeispiel ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Materialstärke der Wandung 5 relativ groß ist, oder wenn aus anderen Gründen ein kürzerer Luftspalt wünschenswert erscheint. Die eingesetzten Wandungsteile 12 lassen ferner die Möglichkeit zu, von der übrigen Wandung 5 abweichende Materialien mit z. B. besseren oder gerichteten magnetischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften (z. B. einem geringeren elektrischen Leitwert zur Vermeidung von Wirbelströmen) einzusetzen.
Während bei den Ausführungsbeispielen aus den Fig. 1 und 2 jeweils eine getrennte Montage des Teilkerns 1 und des Teilkerns 6 bei der Montage des Schaltfeldes erforderlich ist, ermöglicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine Vorfertigung des kompletten Stromwandlers als eine Einheit, bestehend aus dem Teilkern 1, dem Teilkern 2 und einem Wandungsteil 14, und den Einbau der kompletten Stromwandler-Einheit bei der Schaltfeldmontage. Dieses Vorgehen ist besonders dann vorteilhaft, wenn z. B. für einen Stromwandler, der für Verrechnungs- oder Messzwecke verwendet wird, eine Prüfung und Abnahme des Stromwandlers durch ein neutrales Eichamt oder dessen Beauftragten erforderlich ist, die nur an der komplett zusammengebauten Stromwandler-Einheit vorgenommen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 ist in den beiden Luftspalten zwischen dem Teilkern 1 und dem Teilkern 6 das Wandungsteil 14 angeordnet. Der Teilkern 1, das Wandungsteil 14 und der Teilkern 6 sind zu der Stromwandler-Einheit zusammengefasst. Diese Stromwandler-Einheit wird in einen in der Wandung 5 des Schottraums 10 ausgebildeten Ausschnitt 13 als komplette Einheit eingesetzt. Dazu wird das Wandungsteil 14 im Bereich des Ausschnitts 13 mit der Wandung 5 verschraubt, Zwischen dem Wandungsteil 14 und der Wandung 5 verläuft ein Dichtungselement 15 aus einem Elastomer. Es ist aber auch denkbar, das Wandungsteil 14 in den Ausschnitt 13 der Wandung 5 einzuschweißen.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fign. 1 bis 3 ist der ringförmige Kern 1, 6 der dargestellten Stromwandler aus einem ringförmig gewickelten Blechband gefertigt. Bei diesem Wickelverfahren wird das dünne Band aus Magnetblech, z. B. unter Beigabe eines Klebstoffes, zu dem Kern 1, 6 mit der erforderlichen Wickelhöhe gewickelt und später im Bereich der Luftspalte in die gewünschten Teilkerne 1, 6 aufgetrennt.
Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 weist der dargestellte Stromwandler einen Kern 1, 6 auf, der aus entsprechend geformten, übereinander angeordneten, ringförmigen Magnetblechen aufgebaut ist. Die Magnetbleche werden üblicherweise durch Stanzen hergestellt. Bei einem derart aufgebauten Kern 1, 6 kann dessen Form auf einfache Weise beliebig variiert werden. Dadurch kann bspw. durch eine gedrängte Bauweise des Teilkerns 6 außerhalb des Schottraums 10 eine geringere Baugröße des Kerns 1, 6 und damit des gesamten Stromwandlers erzielt werden. Eine Ausführung von gegenüber dem übrigen Kernquerschnitt großflächigeren Polschuhen ermöglicht eine Beeinflussung der magnetischen Feldstärke zu kleineren spezifischen Werten hin. Außerdem können die Teilkerne 1, 6 im Bereich der Wandung 5 derart ausgestaltet werden, dass sie auf eine einfache Weise schnell und sicher an der Wandung 5 befestigt werden können. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Teilkerne 1, 6 mittels Spannklammern 16 gegeneinander verspannt. Zwischen den Teilkernen 1, 6 sind die Wandungsteile 12 eingespannt. Die Teilkerne 1, 6 sind über die Spannklammern 16 an der Wandung 5 befestigt.

Claims (23)

  1. Stromwandler in einer gasisolierten Schaltanlage, insbesondere in einer Mittelspannungs-Schaltanlage, mit einem ringförmigen Kern (1, 6), mit einer Primärwicklung eines Primärleiters (2) und mit einer Sekundärwicklung (7), durch die der Kern (1, 6) zumindest teilweise bewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (1, 6) teilweise in einem gasdichten Schottraum (10) der Schaltanlage und teilweise außerhalb des Schottraums (10) angeordnet ist.
  2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung auf ein Hindurchführen des Primärleiters (2) durch das Innere des ringförmigen Kerns (1, 6) reduziert ist.
  3. Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (1, 6) aus einem magnetisierbaren Material besteht.
  4. Stromwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (1, 6) aus einem Eisenwerkstoff besteht.
  5. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (1, 6) aus übereinander angeordneten ringförmigen Blechen besteht.
  6. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (1, 6) aus ringförmig gewickeltem Blechband besteht.
  7. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (6) des ringförmigen Kerns (1, 6), der außerhalb des Schottraums (10) angeordnet ist, mit der Sekundärwicklung (7) bewickelt ist.
  8. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (1) des ringförmigen Kerns (1, 6), der innerhalb des Schottraums (10) angeordnet ist, mit der Primärwicklung versehen ist.
  9. Stromwandler nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (1, 6) mindestens einen Luftspalt aufweist, durch den der Magnetweg des ringförmigen Kerns (1, 6) unterbrochen ist.
  10. Stromwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (5) des gasdichten Schottraums (10) aus einem nicht magnetisierbaren Material besteht und dass der ringförmige Kern (1, 6) zwei Luftspalte aufweist, die den ringförmigen Kern (1, 6) in einen innerhalb des Schottraums (10) angeordneten Teil (1) und in einen außerhalb des Schottraums (10) angeordneten Teil (6) unterteilen.
  11. Stromwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (5) des gasdichten Schottraums (10) durch die Luftspalte verläuft.
  12. Stromwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (5) des gasdichten Schottraums (10) mindestens einen Ausschnitt (11; 13) aufweist, in den ein Wandungsteil (12; 14) eingesetzt ist, das zumindest durch einen der Luftspalte verläuft.
  13. Stromwandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandungsteil (12; 14) in den Ausschnitt der Wandung eingeschweißt ist.
  14. Stromwandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandungsteil (12; 14) an der Wandung (5) des Schottraums (10) verschraubt und gegenüber der Wandung (5) mittels eines Dichtungselements (15) abgedichtet ist.
  15. Stromwandler nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandungsteil (12; 14) eine andere Stärke, insbesondere eine geringere Stärke, aufweist als die Wandung (5) des Schottraums (10).
  16. Stromwandler nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandungsteil (12; 14) andere magnetische und/oder elektrische Eigenschaften aufweist als die Wandung (5) des Schottraums (10).
  17. Stromwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des Schottraums (10) angeordnete Teil (1) des ringförmigen Kerns (1, 6) geerdet ist.
  18. Stromwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der außerhalb des Schottraums (10) angeordnete Teil (6) des ringförmigen Kerns (1, 6) geerdet ist.
  19. Stromwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des gasdichten Schottraums (10) angeordnete Teil (1) des ringförmigen Kerns (1, 6) an der Innenseite der Wandung (5) des Schottraums (10) befestigt ist.
  20. Stromwandler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des Schottraums (10) angeordnete Teil (1) des ringförmigen Kerns (1, 6) mittels eines Spannbandes (4) an der Innenseite der Wandung (5) des Schottraums (10) befestigt ist.
  21. Stromwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass der außerhalb des gasdichten Schottraums (10) angeordnete Teil (6) des ringförmigen Kerns (1, 6) an der Außenseite der Wandung (5) des Schottraums (10) befestigt ist.
  22. Stromwandler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der außerhalb des Schottraums (10) angeordnete Teil (6) des ringförmigen Kerns (1, 6) mittels einer Bandschelle (8) an der Außenseite der Wandung (5) des Schottraums (10) befestigt ist.
  23. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwandler als ein Kleinsignal-Stromwandler ausgebildet ist.
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