Tauchkernspule mit einem Tauchkern

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Tauchkernspule zum Einsatz als Erdschlußlöschspule in Versorgungsnetzen, mit nur einem axial einseitig angeordneten Tauchkern, der in Achsrichtung in einer auf ihren Außenseiten von Rückschlußschenkeln und Jochen eines Eisenkreises umfaßten Wicklung mit kreisringförmigem Querschnitt verstellbar ist, mit einem aus Isolierwerkstoff bestehenden, in den unbeweglichen Teil des Eisenkreises fest eingespannten Wickelzylinder, dessen Innenseite als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung eintauchende freie Ende des Tauchkernes dient und mit einer koaxial zum Tauchkern einseitig gelagerten Spindel zum Antrieb des Tauchkernes (DE-A-1 488 841).

[0002] Zerstörerische Auswirkungen von Erdschlüssen zwischen Spannung führenden Leitern und Erde in elektrischen Versorgungsnetzen auf nur mittelbar beteiligte Bauteile und Geräte werden üblicherweise durch den Einsatz von Induktivitäten, sogenannten Erdschlußlöschspulen gemildert oder ganz vermieden. Die Erdschlußlöschspulen werden auf die Erdkapazitäten des zu schützenden elektrischen Versorgungsnetzes so abgestimmt, daß an der Erdschlußstelle der kapazitive Erdschlußstrom durch den induktiven Strom kompensiert ist. Sofern der Lichtbogen an der Fehlerstelle durch die Kompensation nicht erlischt, fließen dort nur relativ leicht beherrschbare Hestströme, bestehend aus dem Wirkstromanteil des Erdschlußstromes, den Ableitungsverlusten über die Isolierung gegen Erde und den Oberschwingungsströmen.

[0003] Versorgungsnetze mit veränderlicher Ausdehnung und mit daher unterschiedlichem Erdschlußstrom werden zweckmäßigerweise mit stufenlos veränderbaren Induktivitäten in Tauchkernbauweise ausgerüstet. Gesteuert von einer entsprechenden zusätzlichen Beschaltung wird die Induktivität der Tauchkernspule auf den dem jeweiligen Netzzustand entsprechenden Kompensationsstrom eingestellt.

[0004] In der durch die DE-A-1 488 841 bekannten Bauweise für derartige Tauchkernspulen werden Anordnungen mit zwei Tauchkernen verwendet, von denen einer in einer mittleren Stellung fest eingebaut und der andere mittels einer koaxial zum Tauchkern einseitig gelagerten Spindel zwischen Grenzwerten in Achsrichtung verschiebbar ist. Durch Verschieben dieses Tauchkerns in einem Wickelzylinder, dessen Innenseite als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung eintauchende Ende des Tauchkerns dient, wird der Abstand der beiden Tauchkerne voneinander und damit der Größe der Induktivität der Tauchkernspule insgesamt verändert.

[0005] Bei dieser Anordnung ragt der fest eingebaute Tauchkern unabhängig von der jeweiligen Einstellung in die Wicklung hinein und ruft dadurch besonders in den Tauchkerneinstellungen für niedrige Ströme eine ungünstige magnetische Feldverteilung hervor, was eine ungünstige Beaufschlagung des Eisenkernes zur Folge hat.

[0006] Wenn dabei die metallische Spindel zur Bewegung des oberen Tauchkernes bis in den Raum zwischen den Tauchkernen geführt ist, wird sie bei ausgezogenem oberen Tauchkern dem Hauptmagnetfeld ausgesetzt, wodurch hohe Wirbelstromverluste auftreten.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Tauchkernspulen der eingangs genannten Art eine Anordnung zu schaffen, die trotz sehr einfachem Aufbau betriebssicher arbeitet und dabei einerseits die elektromagnetisch ausgenutzte Werkstoffmenge des Aktivteils auf möglichst vielen Tauchkernstellungen weitgehend gleichmäßig belastet und Wirbelstromverluste in Konstruktionsteilen weitgehend vermeidet.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, bei der alle der Stirnseite des in die Wicklung eintauchenden Endes des Tauchkernes gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles des Eisenkreises außerhalb des von der Wicklung umfaßten Raumes liegen, die aus metallischem Werkstoff bestehende Spindel nicht in den Raum zwischen Tauchkern und Jochen hineinragt und das aus der Wicklung und aus dem unbeweglichen Teil des Eisenkreises herausragende Ende des Tauchkernes von federbelasteten Rollen geführt ist.

[0009] Durch die Anordnung der unbeweglichen Teile des Eisenkreises außerhalb des von der Wicklung umfaßten Raumes ist eine von der Tauchkernstellung unabhängige gleichmäßige Belastung der Wicklung bei einfachem Aufbau der Tauchkernspule gewährleistet. Die Ausführung der Spindel aus metallischem Werkstoff sowie die Lagerung des freien Endes des Tauchkernes zwischen federbelasteten Rollen tragen entscheidend zur Betriebssicherheit der Anordnung bei. Dabei ist die Verwendung metallischen Werkstoffes für die Spindel zulässig, weil diese infolge ihrer Anordnung außerhalb des Eisenkreises von Belastungen durch Wirbelströme frei bleibt.

[0010] Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß Teilquerschnitte des Wickelleiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmäßig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind, daß der Tauchkern mit Kufen aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickelzylinders gleitet und daß der Wickelzylinder durch auf seinen Außenmantel aufgepaßte Halteplatten geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpreßeinrichtung abstützen.

[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen auch darin, daß die dem in die Wicklung eintauchenden Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles des Eisenkreises in einer Ebene liegen, daß mindestens die Enden der Blechlamellen in dem dem freien Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Teil des unbeweglichen Eisenkreises miteinander verklebt sind und daß der Tauchkern aus radial angeordneten Blechlamellen zusammengesetzt ist. Dabei besteht der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus mehreren Ruckschlußschenkeln und mit diesen verbundenen oberen und unteren Jochstümpfen, wobei die unteren Jochstümpfe mit grober Verzahnung ineinandergreifen.

[0012] Nach anderen zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung besteht die Wicklung aus spiralig aufgewickelter Folie, deren Breite gleich der axialen Wicklungslänge ist oder besteht die Wicklung aus axial übereinander angeordneten elektrisch parallel geschalteten Wicklungsgruppen.

[0013] Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung einer Tauchkernspule ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht eine gleichmäßige Ausnutzung des eingesetzten Werkstoffes und eine im Sinne einer rationellen Fertigung günstige Gestaltung der einzelnen Bauteile und Baugruppen. Dies ist insbesondere durch den Verzicht auf einen zweiten, feststehenden Tauchkern gewährleistet.

[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

[0015] In einem ölgefüllten Kessel 1 ist der Aktivteil einer Tauchkernspule aufgestellt. Ein Eisenkreis des Aktivteiles besteht aus Rückschlußschenkeln 2, unteren Jochen 3, oberen Jochen 4 sowie einem Tauchkern 5 und steht mit Füßen 9 auf dem Boden des Kessels 1.

[0016] Der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus den Rückschlußschenkeln 2 sowie den Jochen 3 und 4 umfaßt räumlich eine Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6, die axial übereinander fest auf einen Wickelzylinder 7 aufgebracht sind. Dabei sind vier Rückschlußschenkel 2 gleichmäßig auf den Umfang der Wicklungsanordnung verteilt, deren Stirnseiten von den rechtwinkelig mit den Rückschlußschenkeln 2 verbundenen Jochen 3 und 4 überdeckt werden.

[0017] Die freien Enden der unteren Joche 3 sind stufenförmig ausgebildet und greifen mit grober Verzahnung ineinander. Sowohl die Rückschlußschenkel 2 als auch die Joche 3 und 4 sind aus in achsparallelen Ebenen geschichteten Blechlamellen zusammengesetzt, die durch eine nicht näher dargestellte Preßvorrichtung zusammengehalten sind. Zur Entlastung dieser Preßvorrichtung und gleichzeitig zur Unterdrückung von Geräuschen sind die Enden der Blechlamellen in den freien Enden der Joche 3 und 4 miteinander verklebt.

[0018] Die von dem unbeweglichen Teil des Eisenkreises umfaßten Wicklungsgruppen 6 sind elektrisch parallel geschaltet und enthalten alle eine gleiche Anzahl von Windungen. Durch die elektrische Parallelschaltung sind praktisch die Querschnitte der Leiter in den einzelnen Wicklungsgruppen 6 jeweils lediglich als Teilquerschnitte eines entsprechend der Anzahl von Wicklungsgruppen 6 aufgeteilten Wickelleiters. In Achsrichtung auf die Wicklungsgruppen 6 einwirkenden Kräfte werden von Halteplatten 8 aufgenommen, die ihrerseits in nicht dargestellter Weise von der Preßvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises gehalten sind.

[0019] Anstelle der dargestellten Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6 kann auch eine aus einer spiralig aufgewickelten Folie bestehende Wicklung eingesetzt werden, in der die Folienbreite gleich der axialen Wicklungslänge ist. Diese sogenannte Folienwicklung ist besonders in den Fällen zweckmäßig, in denen verhältnismäßig kleine Nennspannungen der Wicklung vorhanden sind, so daß nur relativ wenige Windungen vorzusehen sind und damit der zur Isolierung der Windungen voneinander erforderliche Raum nicht zu unwirtschaftlich niedriger Belegung des Wickelraumes mit Wickelleiter selbst führt.

[0020] Der in die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in die Wicklungsanordnung aus den Wicklungsgruppen 6 eintauchende Tauchkern 5 ist an seinem unteren Ende unmittelbar von der Innenseite des Wickelzylinders 7 geführt. Dabei dienen zur Verminderung der Reibkräfte und der hierzu proportionalen Verschleißerscheinungen Kufen 10 aus Kunstharz, die in Aussparungen am unteren Ende des Tauchkernes 5 eingesetzt sind und durch einen Sicherungsring 11 in ihrer Einbaulage festgehalten sind. Die Kufen 10 ragen in radialer Richtung geringfügig aus der Kontur des vorzugsweise radial geblechten Tauchkernes 5 heraus und verhindern dadurch unmittelbare Berührungen zwischen der Oberfläche des Tauchkernes 5 und dem in üblicher Weise aus Hartpapier hergestellten Wickelzylinder 7.

[0021] Der die Öffnung zwischen den freien Enden der oberen Joche 4 durchsetzende Tauchkern 5 ist oberhalb der Joche 4 zwischen kugelgelagerten Rollen 14 geführt, die von Führungsbolzen 13 getragen sind. Die Führungsbolzen 13 ihrerseits sind in Lagerböcken 12 gelagert und drücken die kugelgelagerten Rollen 14 durch entsprechend vorgespannte Tellerfedern 16 gegen den Tauchkern 5. Die Lagerböcke 12 sind in nicht näher dargestellter Weise ebenso wie die Halteplatten 8 für den Wickelzylinder 7 mit der Preßvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises verbunden.

[0022] Der mechanische Antrieb des Tauchkernes 5 erfolgt über eine nur oben gelagerte, zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten nicht in den Raum zwischen dem Tauchkern 5 und den unteren Jochen 3 hineinragende Spindel 17 mit Trapezgewinde, die in eine entsprechend gestaltete und fest in den Tauchkern 5 eingepaßte Mutter 18 eingreift. Das freie Ende der Spindel 17 ist bis über den Deckel des Kessels 1 geführt und dort mit einem vorzugsweise elektromotorischen Antrieb gekuppelt, der durch Drehen der Gewindespindel 17 den Tauchkern 5 in die jeweils erforderliche Stellung innerhalb der Wicklungsanordnung und dem unbeweglichen Teil des Eisenkernes bringt. Dabei sind im wesentlichen lediglich die den Luftspalt zwischen dem unteren Ende des Tauchkernes 5 und dem unteren Joch 3 flankierenden Wicklungsgruppen 6 stromführend, weil der magnetische Spannungsfall im wesentlichen in diesem Bereich auftritt.

Ansprüche

1. Tauchkernspule zum Einsatz als Erdschlußlöschspule in Versorgungsnetzen, mit nur einem axial einseitig angeordneten Tauchkern (5), der in Achsrichtung in einer auf ihren Außenseiten von Rückschlußschenkeln (2) und Jochen (3, 4) eines Eisenkreises umfaßten Wicklung (6) mit kreisringförmigem Querschnitt verstellbar ist, mit einem aus Isolierwerkstoff bestehenden, in den unbeweglichen Teil (2,3,4) des Eisenkreises fest eingespannten Wickelzylinder (7), dessen Innenseite als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung (6) eintauchende freie Ende des Tauchkernes (5) dient und mit einer koaxial zum Tauchkern (5) einseitig gelagerten Spindel (17) zum Antrieb des Tauchkernes (5), dadurch gekennzeichnet,

- daß alle der Stirnseite des in die Wicklung (6) eintauchenden Endes des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises außerhalb des von der Wicklung (6) umfaßten Raumes liegen,

- daß die aus metallischem Werkstoff bestehende Spindel (17) nicht in den Raum zwischen Tauchkern (5) und Jochen (2) hineinragt und

- daß das aus der Wicklung (6) und aus dem unbeweglichen Teil (2, 3,4) des Eisenkreises herausragende Ende des Tauchkernes (5) von federbelasteten Rollen (14) geführt ist.

2. Tauchkernspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilquerschnitte des Wikkelleiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmäßig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind.

3. Tauchkernspule nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkern (5) mit Kufen (10) aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickelzylinders (7) gleitet.

4. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelzylinder (7) durch auf seinen Außenmantel aufgepaßte Halteplatte (8) geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung (6) sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpreßeinrichtung abstützen.

5. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem in die Wicklung (6) eintauchenden Ende des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises in einer Ebene liegen.

6. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Enden der Blechlamellen in dem dem freien Ende des Tauchkerns (5) gegenüberliegenden Teil (3) des unbeweglichen Eisenteiles miteinander verklebt sind.

7. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus mehreren Rückschlußschenkeln (2) und mit diesen verbundenen oberen (4) und unteren (3) Jochen besteht und daß die freien Enden der unteren Joche (3) mit grober Verzahnung ineinandergreifen.

Claims

1. A reactance for use as an earth-leakage breaker coil in supply networks, with a single plunger (5) arranged axially to one side of and adjustable in the axial direction in a winding (6) of circular cross-section which is embraced by outer return members (2) and yokes (3, 4) of an iron circuit, with a winding cylinder (7) which consists of insulating material, firmly clamped in the static part (2, 3, 4) of the iron circuit, and whose inside serves as a sliding track and guide for the free end of the plunger (5) which moves into the winding (6), and with a spindle (17) mounted on one side coaxial with the plunger (5) to drive the plunger (5), characterised in that

- all those boundary surfaces of the static component (3) of the iron circuit which lie opposite the end of the winding (6) into which the plunger (5) enters lie outside of the space surrounded by the winding (6);

- the spindle (17) which consists of metallic material does not project into the space between the plunger (5) and yokes (2); and

- that end of the plunger (5) which projects out of the winding (6) and out of the static part (2, 3, 4) of the iron core is guided by spring-loaded rollers (14).

2. A reactance as claimed in claim 1, characterised in that the coil has sections distributed substantially uniformly over the entire length of the winding.

3. A reactance as claimed in claim 1 and 2, characterised in that the plunger (5) slides along the inside of the winding cylinder (7) by means of runners (10) composed of synthetic resin.

4. A reactance as claimed in claims 1 to 3, characterised in that the winding cylinder (7) is positioned by support plates (8) which are fitted onto its outer casing and which simultaneously form pressure plates for applying axial pressure to the winding (6) and in the axial and radial directions rest against the core arrangement.

5. A reactance as claimed in claims 1 to 4, characterised in that those boundary surfaces of the static part (3) of the iron circuit which are arranged opposite the end of the winding (6) into which the plunger (5) enters lie in one plane.

6. A reactance as claimed in claims 1 to 5, characterised in that at least the ends of the sheet-metal laminations in that part (3) of the static part of the iron circuit which lies opposite the free end of the plunger (5) are glued to one another.

7. A reactance as claimed in claims 1 to 6, characterised in that the static part of the iron circuit consists of a plurality of return members (2) and upper (4) and lower (3) yokes connected thereto, and that the free ends of the lower yoke (3) interengage with coarse teeth.

Revendications

1. Bobine à noyau plongeur pour la mise en oeuvre comme bobine de fuite à la terre, avec seulement un noyau plongeur (5) disposé axialement sur un côté et réglable axialement dans un enroulement (6) de section transversale de forme annulaire et entourée sur ses côtés extérieurs par les branches (2) et les culasses d'un circuit magnétique, avec un cylindre d'enroulement (7) constitué avec un matériau isolant serré de façon ferme dans la partie immobile (2, 3, 4) du circuit magnétique, et dont le côté intérieur sert de voie de glissement et de guidage pour l'extrémité libre du noyau plongeur (5) , qui plonge dans l'enroulement (6), et avec une broche (17) qui est montée unilatéralement et axialement par rapport au noyau plongeur (5), en vue de l'entraînement de ce dernier, caractérisée par le fait

- que toutes les surfaces limites de la partie immobile (3) du circuit magnétique, qui se situent en face de l'extrémité du noyau plongeur (5) qui plonge dans l'enroulement (6), sont situées à l'extérieur de l'espace occupé par l'enroulement (6),

- que la broche (17), faite avec un matériau métallique, ne pénètre pas dans l'espace situé entre le noyau plongeur (5) et la culasse (2), et

- que l'extrémité du noyau plongeur (5), qui s'étend en dehors de l'enroulement (6) et des parties immobiles (2, 3, 4) du circuit magnétique, est guidée par des galets (14) chargés par des ressorts.

2. Bobine à noyau plongeur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des sections transversales partielles du conducteur d'enroulement de chaque spire sont réparties au moins à peu prés uniformément sur toute la longueur de l'enroulement.

3. Bobine à noyau plongeur selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le noyau plongeur (5) glisse, à l'aide de patins (10) en résine synthétique, sur le côté intérieur du cylindre d'enroulement (7).

4. Bobine à noyau plongeur selon les revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le cylindre d'enroulement (7) est quidé à l'aide de plaques de maintien (8) montées de façon ajustées sur sa surface cylindrique extérieure, plaques de maintien qui sont en même temps des plaques de pression pour la compression axiale de l'enroulement (6) et qui prennent appui, en direction axiale et radiale, contre le dispositif de pression du noyau.

5. Bobine à noyau plongeur selon la revendication 1 à 4, caractérisée par le fait que des surfaces limites de la partie immobile (3) du circuit magnétique, qui se situent en face de l'extrémité du noyau plongeur (5) qui plonge dans l'enroulement, sont situées dans un plan.

6. Bobine à noyau plongeur selon les revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'au moins les extrémités des lamelles de tôle sont collées entre elles au niveau de la partie immobile (3) du circuit magnétique, qui est située en face de l'extrémité libre du noyau plongeur (5).

7. Bobine à noyau plongeur selon la revendication 1 à 6, caractérisée par le fait que la partie immobile du circuit magnétique est constituée par plusieurs branches magnétiques (2) et par des culasses supérieures (4) et inférieures (3) reliées auxdites branches, et que les extrémités libres des culasses inférieures (3) s'interpéné- trent à l'aide d'une denture grossiére.

Zeichnung