DE3543463A1 - Stromfuehlertransformatoranordnung - Google Patents

Description

9 73 8..1-4 IPS- 63 2 8 General Electric Company

Stromfühlertransformatoranordnung

In der US-PS 4 266 259 sind statische Auslöseeinheiten beschrieben, die einen Stromtransformator verwenden zum überwachen des Stromes innerhalb einer geschützten Schaltungsanordnung. Wenn eine derartige Auslöseeinheit auch die Erdfehler-Schutzfunktion enthält und der Leitungssensortransformator dazu verwendet ist, Erdfehlerströme abzutasten, ist ein höchst genauer Stromtransformator erforderlich. Der Transformator besteht im allgemeinen aus einem sogenannten "gewickelten Kern", wobei die Sekundärwicklung eine toroidförmige Wicklung bildet, die so angeordnet ist, daß der Wirkungsgrad des Transformators auf einen maximalen Fehler von kleiner 1 % unter kalibrierten Testbedingungen optimiert ist. Ein Stromtransformator mit einer toroidförmigen Sekundärwicklung ist beispielsweise in der US-PS 3 449 703 beschrieben.

Mit dem Aufkommen von Minimalfunktions-Trennschaltern ohne Erdfehlerfunktion, bei denen die thermischen und magnetischen Ansprechcharakteristiken von Schaltern mit ausgeformten Gehäuse in einer statischen Auslöseeinheit mit Elektronikschaltungen

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vorgesehen sind, ist ein derart genauer Stromsensor nicht mehr erforderlich. Der Minimalfunktions-Trennschalter verwendet einen Analog-Signalprozessor ähnlich demjenigen, der in der US-PS 4 266 259 beschrieben ist, um Langzeit-, Kurzzeit- und Augenblicks-Auslösefunktionen auszuführen. Es wird angenommen, daß die statische Minimalfunktions-Auslöseeinheit in Schaltern für Nennleistungen verwendet wird, die kleiner als diejenigen sind, für die derzeit die bekannte statische Ausloseeinheit gemäß der US-PS 4 266 259 verwendet wird. Da ferner der Erdfehlerschutz nicht erforderlich ist, würde ein billigerer Stromfühlertransformator sehr erstrebenswert sein. Es ist bekannt, daß Transformatoren mit geblechtem Kern billiger zu fertigen sind als der zuvor beschriebene gewickelte Kern und daß Transformatorwicklungen, die von einer einfachen Spulenwickelmaschine erhalten werden, wesentlich billiger sind als die vorstehend beschriebene toroidförmige Wicklung. Bisher haben sich Stromtransformatoren mit geblechtem Kern nicht zweckmäßig erwiesen als Stromfühler innerhalb elektronischer Auslöseeinheiten aufgrund ihrer geringen Genauigkeit, wie sie bei kalibrierten Testtechniken ermittelt werden, im Vergleich zu den komplizierteren Stromtransformatoren. Die schlechten Leistungsfähigkeiten, die mit Stromtransformatoren mit geblechtem Kern und einfachen gewickelten Sekundärwicklungen erhalten wird, resultiert aus dem Streu- bzw. Leckfluß durch denjenigen Abschnitt des Kerns, der zwischen dem Primärband und der Sekundärwicklung freiliegt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen billigen Stromsensor mit guten Übertragungscharakteristiken für statische Minimalfunktions-Auslöseeinheiten zu schaffen, indem eine auf einen Spulenkern gewickelte Sekundärwicklung auf einem geblechten Transformatorkern verwendet und die Flußübertragung zwischen dem Primärband und der Sekundärwicklung vergrößert wird.

Erfindungsgemäß wird ein Stromsensor für statische Auslöseeinheiten ohne Erdfehlerfunktion oder Erdfehler-Auslöseeinheiten geschaffen, die Nullfolgesensoren verwenden./ indem das Primär-

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band um eine auf einen Spulenkern gewickelte Sekundärwicklung herum angeordnet wird, die einen geblechten Kern verwendet. Wenn sowohl das Primärband als auch die Sekundärwicklung durch die Kernöffnung hindurchverlaufen und auf einem gemeinsamen Kernschenkel angeordnet sind, koppelt das Primärband den Magnetfluß mit der Sekundärwicklung für ein wesentlich verbessertes Ansprechverhalten .

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1A ist eine Seitenansicht von einem bekannten Stromtransformator mit einem geblechten Kern.

Fig. IB ist eine axiale Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Stromtransformators.

Fig. 2A ist eine Seitenansicht von dem einen geblechten Kern aufweisenden Stromtransformator gemäß der Erfindung.

Fig. 2B ist eine axiale Ansicht des in Fig. 2A gezeigten Stromtransformators.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, in der die Genauigkeiten der Transformatoren gemäß den Fig. 1A, 1B und 2A und 2B verglichen sind.

Fig. 1A zeigt einen Stromtransformator 10, der ein Primärband 11 verwendet, das beispielsweise ein geformter Metallbusstab ist, der in eine Öffnung 8 des Kerns 13 eingesetzt ist. Der Kern enthält mehrere Bleche 9, die aus dünnen Schichten aus magnetischem Material gebildet sind. Eine Sekundärwicklung oder Wicklungen 12 sind durch die Kernöffnung hindurchführend angeordnet und bestehen aus mehreren Windungen l5 aus isoliertem Draht, die auf einem einfachen Spulenkörper aus einem isoliertem Draht hergestellt sind, wobei eine Spulenwickelmaschine verwen-

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det wird. Zwei Sekundärleiter 14, die die zwei entgegengesetzten Enden des durchgehenden Einzeldrahtes bilden, liefern den Ausgangsstrom aus der Sekundärwicklung, und ein erster Anschlußverbindungsabschnitt 18 und ein zweiter Anschlußverbindungsabschnitt 19 des Primärbandes 11 bilden die Verbindung mit dem Primärband. Manchmal werden mehrere Sekundärwicklungen, die AnzapfStellungen aufweisen, verwendet, um den Ausgangsstrom auf gewünschte Werte abzustufen. Das Primärband ist mit einem U-förmigen Abschnitt 16 versehen, wobei der Buchtabschnitt 17 innerhalb der Kernöffnung angeordnet ist. Die Anordnung des Primärbandes 11 und der Sekundärwicklung 12 innerhalb der Kernöffnung 18 wird am besten aus Fig. 1B deutlich. Der geblechte Kern 13 besteht aus einem Rechteck mit vier Schenkeln a bis d, wobei das Primärband 11 um den Schenkel d und die Sekundärwicklung 12 um den Schenkel b angeordnet ist. Dabei sind die Schenkel a, c, die sich zwischen dem Primärband und der Sekundärwicklung erstrecken, freiliegend und haben die Erzeugung hoher Streuflüsse zur Folge, die das Primärband und die Sekundärwicklung nicht wirksam koppeln. Wenn dieser Aufbau hinsichtlich des Transformationswirkungsgrades getestet wird, indem die ersten und zweiten Anschlußverbindungsabschnitte 18, 19 mit einer kalibrierten Stromquelle in Reihe geschaltet werden und der sekundäre Spitzenstrom zwischen den Sekundärleitern 14 zn einer gegebenen Zeitperiode abgelesen wird, so ergibt sich das in Fig. 3 durch die Kurve 31 gezeigte Ergebnis. Der berechnete Maximalfehler in Prozent für diese Testbedingungen beträgt 41 %.

Fig. 2A zeigt einen "invertierten" oder "umgekehrten" Stroratransformator 20 mit einem Blechpaket, wobei sich das Primärband 21, das die Konfiguration des U-förmigen Körpers 34 und erste und zweite Anschlußverbindungsabschnitte 28, 29 mit dem Buchtabschnitt 27 aufweist, durch die Öffnung 26 des Blechpakets 22 erstreckt. Das Blechpaket weist mehrere Transformatorkernbleche 25 ähnlich denjenigen auf, die vorstehend in Verbindung mit Fig. 1A beschrieben sind. Bei der hier gezeigten, invertierten Anordnung ist die Sekundärwicklung 24, die mehrere Windun-

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gen 23 aus Isolierdraht und zwei Sekundärleiter 33 ähnlich denjenigen, die in Fig. 1A beschrieben sind, nunmehr unter dem U-förmigen Körper 34 des Primärbandes 21 angeordnet. Diese umgekehrte Anordnung des Primärbandes 21, der Sekundärwicklung 24 und des Blechpakets 22 ist am besten aus Fig. 2B ersichtlich. Das Blechpaket 22 weist ein Rechteck mit vier Schenkeln a bis d ähnlich denjenigen auf, die in Fig. 1B gezeigt sind. In dieser Anordnung sind jedoch sowohl das Primärband 21 als auch die Sekundärwicklung 24 um den gleichen Schenkel d des Blechpakets 22 herum angeordnet. In dieser Anordnung sind drei Schenkel a bis c des Kerns freiliegend. Jedoch koppelt die Anordnung des Primärbandes über der Sekundärwicklung auf wirksame Weise das Magnetfeld zwischen dem Primärband und der Sekundärspule. Der Fluß, der zwischen dem Primärband und der Sekundärwicklung erzeugt wird und anderenfalls den "Streu-" Fluß bei der in den Fig. IA, IB gezeigten Konfiguration bilden würde, wird nun auf effektive Weise gekoppelt zwischen dem Primärband und der Sekundärwicklung. Wenn nun ein ähnlicher, kalibrierter Teststrom den ersten und zweiten Anschlußverbindungsabschnitten 28, 29 des Primärbandes 21 zugeführt wird, hat der sekundäre Spitzenstrom, der zwischen den Sekundärleitern 33 auftritt, die durch die Kurve 32 in Fig. 3 gezeigte Form. Dies stellt einen maximalen Fehler von 7 % im Vergleich zu dem Fehler von 41 % dar, der bei dem Aufbau gemäß den Fig. 1A, 1B gemessen wird. Wenn eine toroidförmige Präzisionswicklung auf einem geformten Kern in Verbindung mit der statischen Auslöseschaltung, wie sie in der US-PS 4 266 259 beschrieben ist, unter den gleichen Bedingungen getestet wird, hat der sekundäre Spitzenstrom die Form gemäß der Kurve 30 in Fig. 3. Dies stellt einen maximalen Fehler von 1 % unter den gleichen Testbedingungen dar. Ein üblicher Testzustand für einen 600 A Stromtransformator gemessen bei Vollauschlagstrom, beträgt zehnfachen Strom (10X) oder 6000 A.

Somit wird deutlich, daß die umgekehrte Blechpaketkonfiguration gemäß der Erfindung eine wesentliche Verbesserung gegenüber geblechten Stromtransformatoren schafft, die in einer nichttoroidförmigen, geraden Spulenkernkonfiguration gewickelt sind.

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Es wird angenommen, daß der maximale Fehler von 7 % bei 10X-Skalenanzeige mehr als zufriedenstellend ist für eine Verwendung als Stromsensor in statischen Minimalfunktions-Auslöseeinheiten der hier beschriebenen Art.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   ein Primärband (21) mit einem U-förmigen Körper (34) eingesetzt in einen Kern (22) mit vier Schenkel (a bis d) und einer öffnung (26) , und

   eine Sekundärwicklung (24), die unter dem Primärband (21) liegt und um einen (d) der vier Kernschenkel (a bis d) angeordnet ist zur Verbesserung der Kopplung des Magnetflusses zwischen dem Primärband (21) und der Sekundärwicklung (24).

   2. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärband (21) einen Metallbusstab mit ersten und zweiten gegenüberliegenden Anschlußendabschnitten (28, 29) aufweist, die von dem U-fÖrmigen Körper (34) ausgehen.

   3. Stromtransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kernschenkel (d) teilweise von dem ü-förmigen Körper (34) umgeben ist.

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   4. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer öffnung (26) versehene Kern (22) mehrere gestapelte Magnetbleche aufweist, die in jedem der vier Schenkel (a bis d) angeordnet sind.

   5. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (24) einen durchgehenden Leiter aus Isolierdraht bildet, der um den einen Kernschenkel (d) herum gewickelt ist, wobei ein erstes Endes des Leiters eine erste sekundäre und zweites Ende des Leiters eine zweite sekundäre Zuleitung bildet.

   6. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (24) mehrere Sekundärwicklungen aufweist.

   7. Statische Auslöseeinheit für eine Schalteinrichtung mit einer elektronischen Signalverarbeitung zum Ermitteln von Überstromzuständen innerhalb einer geschützten Schaltungsanordnung und zum Liefern eines Ausgangssignals zur Betätigung von zwei Kontaktstücken, die den Stromfluß durch die Schaltungsanordnung unterbrechen, und einem Stromtransformator, der mit der geschützten Schaltungsanordnung und dem elektronischen Signalprozessor verbunden ist zum Liefern eines Eingangssignals an den Signalprozessor im Verhältnis zu dem Stromfluß durch die Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromtransformator ein vierschenkliger Transformator mit einem Blechpaket ist, dessen vier Schenkel eine öffnung (26) bilden, eine Sekundärwicklung um einen (d) der vier Schenkel aus einem durchgehenden Leiter aus Isolierdraht angeordnet ist, wobei ein erstes Drahtende einen ersten sekundären Zuleiter und ein zweites Drahtende einen zweiten sekundären Zuleiter bildet^ und ein ü-förmiges Primärband (21) einen Buchtabschnitt (27), der in die Transformatoröffnung (26) über der Sekundärwicklung (24) eingesetzt ist.und einen ü-förmigen Körper (24) aufweist, der sich auf jeder Seite der Sekundärwicklung erstreckt für eine

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   effiziente Flußübertragung zwischen der Sekundärwicklung und dem Primärband.