Ringkernwandler mit Störspannungsschutz

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Ringkernstromwandler zum Einbau in eine auf Erdpotential liegende, einen Hochspannungsleiter umgebende Metallkapselung mit wenigstens einem Ringkern, der eine Wicklung mit die Metallkapselung durchsetzenden Zuleitungen und eine die Wicklung umgebende metallische Abschirmung aufweist. Zur Vermeidung von Störspannungen im Meßsignal ist die metallische Abschirmung niedrigohmig und niedriginduktiv ausgebildet. Die metallische Abschirmung ist durch eine leitende Schicht, insbesondere Folie oder Gewebe, gebildet, die zur Vermeidung einer Kurzschlußwicklung einen isolierenden Spalt aufweist. Eine als Bandwicklung ausgeführte Abschirmung ändert den Wickelsinn nach jeder Windung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringkernstromwandler zum Einbau in eine auf Erdpotential liegende, einen Hochspannungsleiter umgebende Metallkapselung mit wenigstens einem Ringkern, der eine Wicklung mit die Metallkapselung durchsetzenden Zuleitungen und eine die Wicklung umgebende metallische Abschirmung aufweist.

[0002] Ein derartiger Ringkernstromwandler ist beispielsweise aus der DE-OS 41 06 034 bekannt. Bei dem dort dargestellten Stromwandler besteht die metallische Abschirmung aus einer auf den Ringkern aufgebrachten, geerdeten Wicklung. Die das Meßsignal führenden Zuleitungen des Stromwandlers sind zum Anschluß an ein Meßgerät aus der Metallkapselung herausgeführt.

[0003] Innerhalb einer Schaltanlage, in die ein derartiger Ringkernstromwandler eingebaut ist, können, beispielsweise durch die Betätigung von Trennschaltern, transiente Überspannungen auftreten, die zu Störungen in Form von Wanderwellen innerhalb der Metallkapselung führen. In einem Stromwandler können durch solche transienten Überspannungen hoher Störspannungen erzeugt werden, die beim Betrieb des Stromwandlers zu erheblichen Störungen in der angeschlossenen Meßelektronik führen können.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stromwandler der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß das Störpotential durch transiente Überspannungen weiter reduziert wird.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die metallische Abschirmung niedrigohmig und niedriginduktiv ausgebildet ist, wobei die metallische Abschirmung durch eine leitende Schicht, insbesondere Folie oder Gewebe, gebildet ist, die zur Vermeidung einer Kurzschlußwicklung einen isolierenden Spalt aufweist. Durch die Abschirmung und deren Niederohmigkeit und niedrige Induktivität wird die Entstehung von transienten Überspannungen, die infolge elektrischer Wandlerwellen in den Zuleitungen induziert werden, wirkungsvoll vermieden. Dadurch entstehen auch keine Überspannungen an den Meßanschlüssen, die zu Schäden an den angeschlossenen Instrumente führen können. Die sonst vorgesehenen Schutzbeschaltungen der Meßinstrumente können vorteilhaft entfallen. Durch eine solche Abschirmfolie, die beispielsweise entweder durch eine metallisierte Kunststoffolie oder durch eine Metallfolie gebildet sein kann, ist eine ideale Abdichtung und metallische Kapselung der Wicklungen gegen störende elektromagnetische Einflüsse gegeben. Die Folie muß einen isolierten Spalt aufweisen, um eine Kurzschlußwindung um den Ringkern zu vermeiden, in der hohe Ströme fließen würden. Zu diesem Zweck kann die Folie einen Spalt aufweisen, an dem die Wicklung des Stromwandlers freiliegt. Es ist aber auch denkbar, die Folie im Bereich des Spaltes unter Zwischenlage einer Isolierschicht überlappen zu lassen, um auf diese Weise den Spalt möglichst klein zu gestalten. Es kann beispielsweise die Folie oberhalb ihrer elektrisch leitenden Schicht eine Isolierschicht aufweisen.

[0006] Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die Zuleitungen eine metallische Schirmhülle aufweisen, deren erstes Ende direkt an der metallischen Abschirmung angeordnet und mit dieser leitend verbunden ist und daß die metallische Schirmhülle an ihrem zweiten Ende im Bereich eines Meßanschlusses mit dem Erdpotential verbunden ist. Zur Vermeidung von Überspannungen am Meßanschluß ist es notwendig, daß das erste Ende der metallischen Schirmhülle direkt an der Abschirmung angeordnet ist und mit dieser leitend verbunden ist. Im Bereich des Austritts der Zuleitungen aus der Wicklung ergibt sich dadurch kein Abschnitt, in dem elektrische Störungen die Zuleitungen durchsetzen. Dabei ist es weiterhin wichtig, daß die metallische Schirmhülle an ihrem zweiten Ende im Bereich eines Meßanschlusses mit dem Erdpotential verbunden ist, so daß an diesem zweiten Ende ein definiertes Referenzpotential zur Verfügung steht.

[0007] Hierfür ist es ohne Belang, ob die metallische Abschirmung durch den Einfluß der elektrischen Störungen ein Störspannungspotential gegenüber der Metallkapselung aufweist. Wichtig ist, daß die zwischen den Zuleitungen und der metallischen Abschirmung auftretende, zu messende Differenzspannung ebenso groß ist wie im Bereich des Meßanschlusses die Spannung zwischen den Zuleitungen und der Metallkapselung.

[0008] Die elektrischen Störpotentiale auf der metallischen Abschirmung und der metallischen Schirmhülle werden durch Ströme ausgeglichen, die entlang der metallischen Abschirmung und der metallischen Schirmhülle bis zum Meßanschluß und von dort über die Masse zurück zur Metallkapselung der Schaltanlage fließen. Auf die zu messenden Spannungen haben solche Ausgleichsströme keinen Einfluß.

[0009] Die Erfindung kann dadurch vorteilhaft ausgestaltet werden, daß die Zuleitungen einen die metallische Schirmhülle wenigstens zum Teil umgebenden Schirmmantel aufweisen, der mit einer den Stromwandler umgebenden geerdeten Schirmelektrode leitend verbunden und im Bereich des Meßanschlusses ebenfalls mit dem Erdpotential verbunden ist.

[0010] Dieser zusätzliche Schirmmantel ist gegenüber der Schirmhülle isoliert und bewirkt, daß elektrische Störungen lediglich zu Störpotentialen auf dem Schirmmantel und nicht zu Störpotentialen auf der metallischen Schirmhülle führen, so daß die Ausgleichsströme zum Ausgleich der Störpotentiale durch den Schirmmantel fließen und nicht durch die metallische Schirmhülle.

[0011] Ein besonders guter Schutz gegen Überspannungen ergibt sich, wenn die Schicht der metallischen Abschirmung als meandrierende Bandwicklung ausgebildet ist mit sich änderndem Wickelsinn, vorzugsweise nach annähernd jeder vollständigen Windung. Hierdurch wird eine niedrige Induktivität erreicht.

[0012] Alternativ kann vorgesehen werden, daß die Folie als Bandwicklung mit gegeneinander isolierter Wicklungslage auf dem Ringkern ausgebildet ist. Es kann beispielsweise ein metallisiertes Band als Folie verwendet werden, das auf einer Seite mit einer klebenden Schicht und auf der anderen Seite mit einer isolierenden Schicht versehen ist. Die Wicklung darf nicht geschlossen werden, um einen Kurzschlußstrom um den Ringkern herum zu vermeiden. Eine solche Bandwicklung läßt sich fertigungstechnisch einfach aufbringen.

[0013] Störspannungen werden auch dadurch weiter verringert, daß die metallische Abschirmung teilweise überlappend gewickelt aufgebracht ist und aus einem Band besteht, dessen Oberfläche leitet.

[0014] Die Maßnahme, daß zusätzlich eine halbleitende Hülle vorgesehen ist, wirkt sich ebenfalls positiv auf die Unterdrückung von Störspannungen aus. Die halbleitende Schicht kann sowohl unterhalb als auch oberhalb der metallischen Abschirmung vorgesehen werden.

[0015] Dabei wirkt sich günstig aus, wenn die Windungen mit der flächigen halbleitenden Hülle leitend, vorzugsweise flächig, kontaktiert sind.

[0016] Eine weitere Verringerung der Störspannungen erreicht man, wenn zusätzlich eine Abschirmung aus allseitig isoliertem Metallband, mindestens im Bereich der Zuleitung, vorgesehen ist.

[0017] Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0018] Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1

stellt schematisch einen Axialschnitt durch den erfindungsgemäßen Stromwandler dar,

Fig. 2

eine axiale Ansicht auf einen Ringkern mit teilweise freigelegter Abschirmung,

Fig. 3

ein Detail als Ansicht gemäß Pfeil III in Figur 2 in einem früheren Arbeitsschritt,

Fig. 4

stellt die Ansicht gemäß Figur 3 in einem späteren Arbeitsschritt dar und

Fig. 5

ein Detail der Zuleitung.

[0019] Innerhalb eines rohrförmigen Teils einer Metallkapselung 1 ist ein zylindrisch ausgebildeter Ringkernstromwandler 2 angeordnet. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Ringkern 3 in Figur 1 dargestellt.

[0020] Die Ringkerne umgeben einen Hochspannung führenden Leiter 4 und sind gegenüber dem elektrischen Feld durch eine Schirmelektrode 5, 28 abgeschirmt. Die Schirmelektrode 5 weist eine Spalt 6 auf, durch den verhindert wird, daß die Schirmelektrode 5 mit der Metallkapselung 1 eine Kurzschlußwindung um die Ringkern 3 herum bildet, in dem durch den Hochspannungsleiter 4 durchfließenden Strom ein Ringstrom induziert würde. Durch den Spalt 6 gelangen jedoch noch elektrische Störungen in den Bereich der Ringkerne 3.

[0021] Jeder Ringkern ist von einer in der Figur symbolisch dargestellten Sekundärwicklung 7 umgeben, in der ein von dem Strom im Hochspannungsleiter 4 abhängendes elektrisches Signal durch Induktion erzeugt wird. das elektrische Signal wird durch die Zuleitungen 8, 9 einem Meßanschluß 10 zugeführt.

[0022] Die Ringkerne sind von je einer Abschirmung 11 in Form einer Abschirmfolie umgeben, die durch einen schematisch dargestellten Spalt 12 unterbrochen ist, um eine Kurzschlußwicklung zu vermeiden.

[0023] Die Zuleitungen 8, 9 weisen eine metallische Schirmhülle 13 auf, die an ihrem ersten Ende 14 direkt leitend mit der Folie 11 verbunden ist. An ihrem zweiten Ende 15 ist die Schirmhülle 13 im Bereich des Meßanschlusses 10 geerdet. Dabei ist berücksichtigt, daß die Verbindung der Schirmhülle 13 bzw. des Schirmmantels 16 mit dem Erdpotential des Meßanschlusses 10 so gestaltet ist, daß die Zuleitungen 8, 9 auch in diesem Bereich möglichst gut abgeschirmt sind und daß der Erdanschluß der Schirmhülle 13 bzw. des Schirmmantels 16 möglichst kurz gefaßt ist.

[0024] Es ist ein die Schirmhülle 13 umgebender Schirmmantel 16 vorgesehen, der die Zuleitungen 8, 9 und die Schirmhülle 13 umgibt und im Bereich des Meßanschlusses 10 geerdet ist. Hierdurch werden in der Schirmhülle 11 keine Ausgleichsströme induziert. Dies ergibt eine weitere Absenkung der Störspannungspotentiale.

[0025] In Figur 2 ist über den linken unteren Sektor die Abschirmung 11 als meandrierende Wicklung aus Band 17 dargestellt. Diese wird sichtbar, wenn die äußere Bandisolierung 25 und die abdeckende Schutzwicklung 24 (Fig. 4) im genannten Sektor entfernt wird. Die Wicklung wird deutlicher in Figur 3, die eine Ansicht gemäß Pfeil III im Bereich der Zuleitung zeigt. Die Abschirmung 11 besteht aus einem metallischen Band 17, beispielsweise einem metallischen Gewebeband, dessen Oberfläche elastisch leitend ist.

[0026] Die Wicklung ist meandrierend ausgeführt. Dazu wird Band 17 zunächst mit einer bestimmten Steigung um den üblich aufgebauten Ringkern mit Wicklung und Schutzsicherung gelegt, bis es ein Spaltband 18 erreicht. Es wird unter dem isolierenden Spaltband hindurchgeführt und dann an Kante 19 des Spaltbands 18 in entgegengesetzte Richtung umgelenkt und wieder um den Ringkern geführt, bis es erneut das Spaltband 18 erreicht. Anschließend folgt die nächste Teilwindung wie zuvor beschrieben in entgegengesetzter Richtung. Die einzelnen Windungen 20, 21 haben somit jeweils einen entgegengesetzten Wickelsinn und berühren sich an den Umlenkstellen nicht. Auf diese Weise werden Kurzschlußwindungen vermieden. Das Ende des Bandes wird mit der Schirmhülle 13 der Zuleitungen leitend verbunden. Dabei besteht die Schirmhülle 13 idealerweise aus den Einzelschirmhüllen 22, 23, die jede Zuleitung extra umgeben.

[0027] Eine weitere Absenkung der Störspannungspotentiale ergibt sich, wenn mindestens im Bereich der Zuleitungen 8, 9 die Abschirmung 11 zusätzlich mit einer Schutzwicklung 24 versehen ist, die beispielsweise aus gegenseitig isolierten Wicklungslagen eines metallisierten Bandes gefertigt ist. Dieses Band kann beispielsweise auf einer Seite mit einer klebenden Schicht und auf der anderen Seite mit einer isolierenden Schicht versehen sein. Die Wicklungen dürfen nicht geschlossen werden, um einen Kurzschlußstrom um den Ringkern herum zu vermeiden.

[0028] Abschließend kann dann außen eine Isolierschicht in allgemein bekannter Weise aufgebracht werden. In Figur 4 ist diese zusätzliche Schutzwicklung 24 aus einem mindestens einseitig isolierten metallischen Band dargestellt.

[0029] In Figur 5 ist in vergrößerter Darstellung das Ende der Zuleitungen gezeigt. Jede Zuleitung 8, 9 weist zunächst eine eigene Einzelschirmhülle 22, 23 auf, die ihrerseits wiederum von der Schirmhülle 13 umgeben sind.

[0030] In üblicher Weise wird die Sekundärwicklung des Ringkerns 3 zunächst mit einer nicht dargestellten Schutzisolierung versehen, auf der ggf. zusätzlich eine halbleitende weitere Schicht aufgebracht wird. Diese halbleitende Schicht bildet dann die Unterlage 27 (Fig. 4 und 1) für die metallische Abschirmung 11, deren einzelne Windungen flächig auf der halbleitenden Schicht aufgebracht sind und diese leitend berühren.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0031] 

1

Metallkapel

2

Ringkernstromwandler

3

Ringkern

4

Leiter

5

Schirmelektrode

6

Spalt

7

Sekundärwicklung

8

Zuleitung

9

Zuleitung

10

Meßanschluß

11

Abschirmung

12

Spalt

13

Schirmhülle

14

erstes Ende

15

zweites Ende

16

Schirmmantel

17

Band

18

Spaltband

19

Kante

20

Windung

21

Windung

22

Einzelschirmhülle

23

Einzelschirmhülle

24

Schutzwicklung

25

Bandisolierung

27

Halbleitende Unterlage

28

Schirmelektrode

Ansprüche

1. Ringkernstromwandler, zum Einbau in eine auf Erdpotential liegende, einen Hochspannungsleiter umgebende Metallkapselung mit wenigstens einem Ringkern, der eine Wicklung mit die Metallkapselung durchsetzenden Zuleitungen und eine die Wicklung umgebende metallische Abschirmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Abschirmung niedrigohmig und niedriginduktiv ausgebildet ist, wobei die metallische Abschirmung durch eine leitende Schicht, insbesondere Folie oder Gewebe, gebildet ist, die zur Vermeidung einer Kurzschlußwicklung einen isolierenden Spalt aufweist.

2. Ringkernstromwandler, zum Einbau in eine auf Erdpotential liegende, einen Hochspannungsleiter umgebende Metallkapselung mit wenigstens einem Ringkern, der eine Wicklung mit die Metallkapselung durchsetzenden Zuleitungen und eine die Wicklung umgebende metallische Abschirmung aufweist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen eine metallische Schirmhülle aufweisen, deren erstes Ende direkt an der metallischen Abschirmung angeordnet und mit dieser leitend verbunden ist und daß die metallische Schirmhülle an ihrem zweiten Ende im Bereich eines Meßanschlusses mit dem Erdpotential verbunden ist.

3. Ringstromwandler nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen einen die metallische Schirmhülle (13) wenigstens zum Teil umgebenden Schirmmantel (16) aufweisen, der mit einer den Stromwandler (2) umgebenden geerdeten Schirmelektrode (28) leitend verbunden und im Bereich des Meßanschlusses (10) ebenfalls mit dem Erdpotential leitend verbunden ist.

4. Ringkernstromwandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht der metallischen Abschirmung (11) als Wicklung eines meandrierend geführten Bandes (17) ausgebildet ist mit sich änderndem Wickelsinn, vorzugsweise nach annähernd jeder vollständigen Windung (20, 21).

5. Ringkernstromwandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie als Bandwicklung (24) mit gegeneinander isolierter Wicklungslage auf dem Ringkern ausgebildet ist.

6. Ringkernstromwandler nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Abschirmung (11) teilweise überlappend gewickelt aufgebracht ist und aus einem Band (17) besteht, dessen Oberfläche leitet.

7. Ringkernstromwandler nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine halbleitende Hülle (27) vorgesehen ist.

8. Ringkernstromwandler nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (20, 21) mit der flächigen halbleitenden Hülle (27) leitend, vorzugsweise flächig, kontaktiert sind.

9. Ringkernstromwandler nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens teilweise eine Abschirmung (24) aus allseitig isoliertem Metallband, vorzugsweise im Bereich der Zuleitung, vorgesehen ist.

Zeichnung