DE19710742A1 - Summenstrom-Wandleranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Summenstrom- Wandleranordnung, die zur Erfassung von Differenzströmen, insbesondere geeignet für Fehlerstromschalter, zu verwenden ist.

Aus "Bulletin des Schweizerisch Elektrotechnischen Vereins und des Verbandes Schweizerischer Elektrizitätswerke", Band 70 (1979), Nr. 5, Seiten 213-218 und aus DE-C-42 15 900 sind Stromwandleranordnungen zur Erfassung von Differenzströmen in den Summenströmen einer Stromleiteranordnung beschrieben. 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 Material­ eigenschaften des Ringkernes, Wirbelströme, Eisensättigung und Hysterese und dergleichen. 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.

Es sind bereits in verschiedene Richtung gehende Lösungen an­ gegeben worden, solche Fehler einer Summenstrom-Wandleranord­ nung auszuschließen. Entsprechend dem oben genannten Bulletin ist vorgeschlagen worden, Hin- und Rückleiter als koaxiale Leitung auszubilden und gemeinsamen Mittelpunkt von Ringkern und dieser Koaxialanordnung vorzusehen. Eine solche Koaxialanordnung läßt sich auch bei beispielsweise Drehstrom- Leiteranordnung ausbilden.

Gemäß der DE-C-42 15 900 ist vorgesehen, Strom-Hinleiter und Strom-Rückleiter jeweils mehrfach vorzusehen und diese symme­ trisch verteilt innerhalb des Ringkerns zu positionieren. Eine solche Aufteilung führt dazu, daß Null-Leiter und z. B. 3-Phasen-Leiter innerhalb des Ringkerns über die Fläche hin­ weg untereinander symmetrisch zueinander verteilt angeordnet sind. Diese bekannte Maßnahme kann auch bei der Erfindung der vorliegenden Anmeldung angewendet werden. Statt jeweils eines einfachen Leiters kann auch eine jeweilige Leiterspule (Fig. 3b) vorgesehen sein.

In der nicht vorveröffentlichten älteren deutschen Patentan­ meldung P 196 53 552.2 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 Anisotropie im/am Ringkern und/oder in/an der Sekundärwicklung zu nutzen, um ansonsten (noch) vorhandene Anisotropie, die zu unerwünschtem Fehler der Summenbildung führt, zu kompensieren. Kurz gefaßt umrissen, dienen bei der Lehre dieser älteren Anmeldung schon vorhandene und/oder erst erzeugte Anisotropie(n) im Ringkern (der Sekundärspule) und/oder Windungsanzahldichte-Inhomogenität(en) der Sekundär­ wicklung der Fehlerkompensation, indem solche Inhomogeni­ tät(en) fehlerkorrigierend 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 u. a. 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.

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.

Die Maßnahmen der vorliegenden Erfindung können auch kombi­ niert mit Maßnahmen der älteren Anmeldung in einer erfin­ dungsgemäßen Wandleranordnung vorgesehen sein.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung werden anhand der Be­ schreibung weitere in Figuren dargestellten Ausführungsbei­ spielen zur Erfindung gegeben.

Fig. 1 zeigt das schon beschriebene Prinzipbild einer der Erfindung zugrundeliegenden Summenstromanordnung 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 dem schon oben erwähnten Patent 42 15 900 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 großen azimutalen 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 wie aus dieser Darstel­ lung leicht zu ersehen ist, 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 bemessen und bezogen auf den Azimut- Winkel um die Achse A positioniert 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 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 A/zur 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 statt dessen 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 natürlich 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 eine Achse (A) 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) (Fig. 2, 3, 3a, 3b, 4, 5) mit dem Ergebnis der Fehlerstromkorrek­ tur justierbar positioniert/positionierbar ausgebildet ist (sind).

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die (jeweilige) Lage der einen oder mehreren In­ homogenität(en) in jeweiligem azimutalem Winkel drehbar justierbar positionierbar/positioniert ist (sind).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die/eine Inhomogenität (Fig. 2, 4) wenigstens eine Wandverstärkung (142 ₁, 142 ₂; 242 ₁, 242 ₂) des Innen­ teils (140a) der Abschirmung (140) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der eine solche Wandverstärkung (142 ₁, 142 ₂) auf dem/am Innenumfang des Innenteils (140a) der Abschirmung (140) vorspringend vorgesehen ist (Fig. 2).

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, bei der eine solche Wandverstärkung (242 ₁, 242 ₂) auf dem/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/eine Inhomogenität eine außeraxiale Positio­ nierung (Fig. 3) der Abschirmung (140) ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die/eine Inhomogenität eine außeraxiale Positio­ nierung des Systems Ringkern(14)- Sekundärwicklung (16) ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die/eine Inhomogenität eine außeraxiale Positio­ nierung (Fig. 3a/3b) eines/einer (11, 111) der Lei­ ter/Leiterwicklungen der Leiteranordnung (11/12; 111/112) ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die/eine Inhomogenität eine nicht-kreissymmetri­ sche Form (Fig. 5) der Abschirmung (140) und/oder des Systems Ringkern (14) - Sekundärwicklung (16) ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die (jeweilige) justierte Position durch Verguß mit nicht-magnetischer Vergußmasse fixiert ist.