Stromwandler Stromwandler für höhere Spannungen mit kleiner Leistung und hoher Genauigkeit wei sen bekanntlich im allgemeinen eine relativ grosse überstromziffer auf, während sich bei Stromwandlern grösserer Leistung und gerin- (verer# Genauigkeit eine kleine Überstromziffer einstellt. Die Überstromziffer n gilt als Mass dir das Überstromverhalten eines Stromwand lers und ist in erster Näherung durch das Verhältnis Grenzsättigung : Nenninduktion des verwendeten Kernmaterials bei bestimmter Bürde festgelegt.
Bei allen Messkernen wird im allgemeinen eine relativ kleine Leistung bei hoher Mess- genauigkeit verlangt, so dass bei grossem Ma terialaufwand für den Kern nur eine geringe Nenninduktion erreicht wird. Die Überstrom ziffer ist also sehr gross, obwohl sie gerade in diesen Fällen mit Rücksicht auf die Gefähr dung der sekundär angeschlossenen, oft emp findlichen Messgeräte klein sein sollte. Bei den Relaiskernen sind die Verhältnisse gerade um gekehrt.
Die geringe Genauigkeit beim An- sehluss von Relais verlangt keine übermässig grosse Bemessung des Kernquerschnittes, so dass in Verbindung mit der relativ grossen Leistung mir eine kleine überstromziffer ge geben ist. Bei Relais ist jedoch eine grosse l\berstromziffer erwünscht.
Besonders ungünstige Verhältnisse ergeben sich bei der Verwendung von Stabstromwand- ern, da insbesondere bei kleinen Nennstrom- stärken der Materialaufwand im Kern beson ders gross ist und daher bei kleiner 31esslei- stung eine oft extrem hohe Überstromziffer in Kauf genommen werden muss. Um die an geschlossenen empfindlichen 3l essinstrumente vor Schäden zrt bewahren, ist es notwendig, bei schweren Kurzschlüssen im Netz den Strom im sekundären Messkreis zu begrenzen. Für die Begrenzung gibt es bekanntlich ver schiedene Möglichkeiten.
Durch die Verwen dung von N ickeleisenlegierungen an Stelle normaler Dynamobleche kann eine Senkung der Überstromziffer erreicht werden, da die Sättigungsgrenze für Nickeleisenlegierungen etwa, dreimal niedriger als beim Siliziumeisen liegt. Da ausserdem die magnetische Leitfähig keit der Nickeleisenlegierungen besser ist, kann bei gleicher Messleistung der Kernquer schnitt verkleinert und somit abermals eine Reduzierung der überstromziffer erreicht wer den.
Diese Massnahmen sind jedoch infolge hoher Materialpreise sehr kostspielig, so dass nicht immer von einer besonders wirtschaft lichen Lösung gesprochen werden kann.
Weiterhin sind schon sogenannte Strom weichen vorgeschlagen worden, die als Dros selspulen N mit Nickeleisenkern parallel zur \TUtzbürde eines Wandlers mit grosser Über stromziffer geschaltet werden sollen. Diese Drosseln sind so ausgelegt, dass sie bei Nenn betrieb des Wandlers nur einen Strom von wenigen mA aufnehmen und damit die eigent- liehe Messung nicht wesentlich beeinflussen. Bei Auftreten eines Kurzschlusses im Netz steigt mit. dem Primärstrom auch der Sekun därstrom des Wandlers stark an.
Dabei erhöht sieh auch die an den Sekundärklemmen des Wandlers liegende Bürdenspannung. Die da durch bedingte Induktionssteigerung in der Stromweiche, deren Kern bereits bei etwa 6000 Gauss gesättigt ist, nimmt der Drossel fast restlos ihre hohe Induktiv ität, die beim Nennbetrieb vorhanden war. Damit kann aber der durch den Kurzschluss bedingte hohe Se kundärstrom über die Drossel fliessen, so dass die angeschlossenen Instrumente und Zähler gegen Stromüberlastung geschützt sind. Diese Stromweichen sind wegen ihres relativ grossen Niekeleisenkernes auch nicht billig.
Ausser dem ist. die Verwendung dieser Stromweichen in vielen Fällen nur möglich, wenn eine Ei chung dieser Drossel mit dem zugehörigen Wandler durchgeführt werden kann.
Die Erfindung schafft hier Abhilfe. Sie besteht darin, dass der Hilfskern inklusive seine Sekundärwicklung so ausgebildet ist, da.ss im N ennstrombereich Haupt- und Hilfs.. kern generatorisch wirken, jedoch die Induk tion des Ililfskernes bereits im Anfang des genannten Bereiches so hoch ist, dass er beim -Überschreiten des Nennstrombereiches in Sät , tigung gelangt, so dass er von da ab als Ver braucher wirkt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfin dung ist in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt. den Hauptkern 1 mit der Primärwicklung 2 und der Sekundärwiek- lung 3. Zusätzlich wird der Hilfskern 4 mit seiner Sekundärwicklung 5 auf die gemein same Primärwicklung 2 aufgebracht. Beide Sekundärwicklungen werden dann in Parallel sehaltung an die Klemmen k und Z der Bürde 6 angeschlossen.
Dabei werden die Windungs- zahlen beider Spulen beispielsweise so ge wählt, dass sieh für den Hauptkern eine sekun däre Nennstromstärke von 4 A und für den Hilfskern eine sekundäre Nennstromstärke von 1 A ergibt. Bei Anschluss von Messgeräten an die Sekundärklemmen fliesst dann bei Nennbetrieb ein Sekundärstrom von 5 A im Bürdenkreis. Das Material des Hilfskernes kann zweckmässigerweise eine höhere Permea- bilität, wie dasjenige des Hauptkernes, be sitzen.
Diese Anordnung hat dann folgende, Wir kungsweise: Bei kleinen Strömen arbeiten Haupt- und Hilfskern parallel und liefern in den Bürdenkreis einen Strom, der dem Nenn strom von 4A + 1 A proportional ist. Dabei wird der kleine Hilfskern wegen seines gerin gen Querschnittes bereits bei niedriger AW- Zahl relativ stark gesättigt, so dass insbeson dere bei kleinen Erregerströmen auf der Pri märseite eine Verbesserung der Fehlerkurve erreicht wird. Das trifft bereits für Ströme an 0,1 # J" bis 0,2 # J" zu.
Mit. steigendem Pri märstrom nimmt die Induktion im Hilfskern derart zu, dass sieh bereits gegen Ende des Nennstrombereiehes Sättigungserscheinungen bemerkbar machen, die eine Erhöhung des magnetischen Widerstandes des Hilfskernes zur Folge haben. Dadurch wird der vom Hilfs kern gelieferte Messstrom immer geringer, bis schliesslich der Wert Null erreicht wird. Steigt der Primärstrom noch weiter an, so nimmt. die Sekundärwicklung des Hilfskernes Strom aus der Sekundärwicklung des Hauptkernes auf, der dann im gleichen Sinne wie der Primär strom magnetisierend auf den Hilfskern wirkt und dadurch die Sättigung im Hilfskern noch mehr beschleunigt. Die Stromrichtung in der Sekundärwicklung des Hilfskernes kehrt. sieh also im Überstromgebiet über den Wert Null um.
Durch diese Anordnung ist es möglich, mit geringem Aufwand jede Überstromziffer etwa zwischen n = 1,5 und dem Wert zu erreichen, der sieh bei der normalen Ausführung des Stromwandlers mit nur einem Kern ergeben würde. Die Überstromziffer lässt sieh somit durch einen entsprechend bemessenen Quer schnitt des Hilfskernes in weiten Grenzen be liebig nach oben oder unten verändern. Dabei ist die Leistung und Genauigkeit des Haupt kernes für die Überstromziffer der Gesamt anordnung nur von untergeordneter Bedeu tung.
Ein weiterer Vorteil dieser Messanordnung ergibt sich für Wandler mit kleinen Primär- stromstärken, bei denen oft die sekundäre Windungszahl so gering ist, dass sieh nur sehr schwer ein Fehlerabgleieh durchführen lässt. Bei einem Übersetzungsverhältnis von bei spielsweise 100/5 A beträgt die sekundäre Windungszahl ohne Korrektur nur 20 Win dungen.
Die Korrektur einer einzigen Win dung bedeutet daher bereits eine Fehlerände rung von 5"/o, was in den meisten Fällen als viel zrr gross angesehen werden muss. Bei Ver- wendung des erfindungsgemässen Hilfskernes würden auf diesen etwa<B>1.00</B> Windungen auf zubringen sein. Durch Verändern dieser Win- dungszahl lässt sieh nun aber eine wesentlich feinere Korrektur erzielen, als das vorher ohne Hilfskern möglich war.
Die Korrektur einer Windung auf dem Hilfskern bedeutet jetzt eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses von 0,21/o, bezogen auf den Nennstrom von A, was auch in Sonderfällen ausreichend sein dürfte.
Das angegebene Prinzip lässt sieh bezüglich der Fehlerverbesserung des Hauptkernes noch erweitern. Im vorstehenden wurde festgestellt, dass im Hilfskern bereits bei niedriger Nenn erregung eine relativ hohe Induktion erreicht wird und damit eine Verbesserung des Feh lerverlaufes erreicht werden kann. Diese Ver besserung ist nur im Anfangsbereich der Feh lerkurve wirksam, da die Eigenleistung des Hilfskernes wegen seines kleinen Querschnit tes voraussetzungsgemäss nur gering ist.
Es könnte aber ohne weiteres erwogen werden, den Hauptkern selbst in zwei oder mehr glei- ehe oder ungleiche Kernteile zu unterteilen und jeden Teilkern mit einer besonderen Se- kundärwicklung zu versehen, um dadurch eine möglichst weitgehende Annäherung an eine praktisch geradlinig verlaufende Kennlinie zu erreichen. Eine derartige Anordnung ist in. Fig. " schematisch dargestellt.
Der Hauptkern dieses zweiten Ausführungsbeispiels besteht ,jetzt, aus den Teilkernen 7 und 8 mit ihren Sekundärwicklungen 9 und 10, die von der gemeinsamen Primä.rwieklung 11 erregt wer den. Teil<B>12</B> ist der Hilfskern mit seiner Se- kundärwicklung 13. Alle drei Wicklungen sind parallel geschaltet und mit den Klemmen k und T des Bürdenkreises 14 verbunden. Der Summenstrom aus den Wicklungen der drei Kerne beträgt normal wiederum 5 A.
Der Teilstrom jedes Hauptkernteils sei im Beispiel mit 2 A angenommen, so dass sich bei einem, Übersetzungsverhältnis von<B>200/5</B> A für den Hauptkernteil 7 eine Windungszahl von 100. für den Hauptkernteil 8 ebenfalls eine Win- dungszahl von 100 und für den Hilfskern 12 bei einem Nennstrom von 1 A eine Windungs-, zahl von 200 Windungen ergibt. Nach Vor aussetzung sind die Querschnitte der beiden aufgeteilten Hauptkerne verschieden, ihre sekundären Windungszahlen jedoch gleich.
Bei einer bestimmten primären Erregung, die, bei allen Teilkernen wegen der gemeinsamen Primärwicklung gleich ist, sind aber die In duktionen in den Teilkernen jetzt verschie den. Dadurch ergeben sich für jeden Kern verschiedene Arbeitspunkte auf der Magneti- sierungskurve des Eisens und damit verschie den grosse Übersetzungsfehler. Die Bemessung der Hauptkernquerschnitte wird zweckmässig so vorgenommen, dass der Kern mit dem klei neren Querschnitt bereits im Anfangsbereich der Fehlerkurve mit einem möglichst grossen Induktionswert arbeitet;
während der zweite Kern mit grösserem Querschnitt erst im obern Strombereich hinsichtlich seiner Wirkung voll zur Geltung kommt. Der sichtbare Erfolg die ser 2lessanordnung äussert sich in einer ge- streckten Fehlerkurve, die immer erwünscht ist. Theoretisch und praktisch lässt sich durch eine noch weitere Unterteilung und spezielle Auslegung der Teilmesskerne im vorgenann ten Sinne eine praktisch geradlinig verlau fende Fehlerkurve bei konstanter Bürde er reichen.
Die Bemessung des Hilfskernes zur Herab setzung der Überstromziffer bleibt in beiden dargestellten Fällen gleich; der Hilfskern ist mit dem gleichen Erfolg parallel zu einem nicht oder mehrfach unterteilten Hauptkern geschaltet.
Dieser vom Primärstrom mitbeeinflusste Hilfskern kann ohne Einschränkung nicht nur bei Stabstromwandlern, sondern auch bei Wickelstromwandlern mit Erfolg vorgesehen werden.