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Ruhender Gleichstrom-Meßwandler Ruhende Gleichstrom-Meßwandler werden
bekanntlich in der Besag-Schaltung ausgeführt, wobei zwei ferromagnetische Kerne
von dem zu messenden primären Gleichstrom vormagnetisiert werden. Die Kerne tragen
Wechselstromwicklungen, die mit entgegengesetztem Wicklungssinn geschaltet und in
einzelnen Teilspulen aufgetrennt sind. Eine möglichst hohe Meßgenauigkeit wird bekanntlich
dann erzielt, wenn bei Verwendung von hochpermeablem Kernmaterial durch hohe Gleichstrommagnetisierung
der Arbeitsbereich des Wandlers so weit in das Sättigungsgebiet verschoben wird,
daß, von diesem Punkt aus betrachtet, die Magnetisierungskurve praktisch rechteckig
verläuft, derart, daß in gleichem Maße wie bei einem Wechselstromwandler das Gesetz
der Amperewindungsgleichheit erfüllt ist. Die Genauigkeitsprüfung dieser Wandler
erfolgt mit Hilfe von Meßanordnungen, die in bezug auf den Wandler symmetrische
Magnetfelder ergeben, so daß die in einzelnen Teilspulen aufgespaltenen und auf
den Schenkel aufgebrachten Wechselstromwicklungen gleich belastet sind.
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Beim Einbau und Betrieb von Gleichstrom-Meßwandlern in Anlagen sind
jedoch die Felder in bezug auf den Wandler oft nicht mehr symmetrisch; vielmehr
wird die Form der Felder bestimmt sowohl durch die Form der Schienenpakete selbst
als auch durch deren Kröpfungen und ferner durch benachbarte Schienen sowie in der
Nähe liegende Eisenmassen. Unabhängig von der Form der Felder ist für denselben
Primärstrom das Integral di Hs ds für den Wandler konstant, das gleich ist der umfaßten
Durchflutung und damit gleich dem Primärstrom. Durch die Unsymmetrie des Magnetfeldes
wird aber die Aufteilung der Durchflutung auf die einzelnen Teilspulen des Wandlers
ungleich, so daß diejenigen Spulen, an denen der größte Teil des Integralwertes
liegt, auch den größten Strom führen. Infolgedessen ist man gezwungen, alle Spulen
thermisch so stark zu dimensionieren, daß selbst bei der größtmöglichen Unsymmetrie
des Magnetfeldes einzelne Teilspulen nicht überlastet sind. Eine weitere Folge solcher
Unsymmetrien ist, daß sich auch der tbersetzungsfehler des Wandlers in einem Ausmaß
ändern kann, das für Wandler hoher Klassengenauigkeit nicht mehr zulässig ist.
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Die Erfindung geht nun von dem Gedanken aus, daß sich diese Nachteile
vermeiden ließen, wenn es gelänge, den Wandler von Fremdfeldeinflüssen unab hängig
zu machen und sogar darüber hinaus grundsätzlich das Magnetfeld an der Einbaustelle
in bezug auf den Wandler symmetrisch zu gestalten.
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Zwar ist es bereits bekannt, durch Anwendung von Kunstschaltungen,
beispielweise Zu- und Gegenschaltung verschiedener Wicklungen oder Wicklungsgrup-
pen,
solche Unsymmetrien nach Möglichkeit auszugleichen. Jedoch ist der Aufwand hierfür
sehr beträchtlich, und die Genauigkeit des gesamten Wandlers leidet unter dem zusätzlichen
Wicklungsaufwand. Zur Vermeidung örtlicher Flußungleichheiten und Sbersättigungen
in Gleichstromwandlerkernen ist es ferner bekannt, deren Kerngestalt dem Kraftlinienverlauf
des durch den Meßstrom erzeugten Flusses anzupassen.
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Dabei wird der Einfluß von Störfeldenl jedoch unberücksichtigt gelassen.
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Wesentlich einfacher und betriebssicherer läßt sich die gestellte
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß durch eine gegenüber der zentralen, symmetrischen
Lage in bezug auf den Gleichstromleiter bewirkte Verschiebung des Wandlers in und/oder
durch Verdrehung des Wandlers gegen die Ebene des erregenden Magnetfeldes die Durchflutung
de; einzelnen Teilspulen gleich oder angenähert gleichgemacht wird und daß darüber
hinaus noch vorhandene Durchflutungsunsymmetrien durch magnetische Abschirmung der
am meisten beaufschlagten Spulen so vergleichmäßigt werden, daß in bezug auf den
Wandler das Magnetfeld weitgehend symmetrisch wirkt. Eine Verschiebung des Wandlers
in Richtung des Magnetfeldes oder eine Verdrehung gegen die Ebene des Magnetfeldes
setzt natürlich voraus, daß das Fenster des Wandlers ausreichend groß gemacht wird,
so daß eine gewissermaßen exzentrische Anordnung auf der Primärschiene möglich ist.
Man wird also den Wandler so in der Anlage einbauen, daß an den Schenkeln und den
einzelnen Teilspulen, soweit es die örtliche Feldausbildung erlaubt, eine möglichst
gleichmäßige Aufteilung des Integrals Hs ds zustande kommt. Man erreicht dadurch
eine weitgehend gleichmäßige Beaufschlagung der Spulen und damit eine weitgehend
gleichmäßige thermische Belastung, so daß die Bemessung nur noch für den Nennwert
zu erfolgen hat. Der Ubersetzungsfehler des Wandlers entspricht dann dem in Prüffeld
gemessenen
Wert, so daß die Gewähr für die garantierte Klassengenauigkeit
des Wandlers auch am Einbauort besteht.
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Die verschiedenen Möglichkeiten, den Wandler zu verlagern, sind in
Fig. 1 dargestellt. Zunächst ist in Fig. ja die bekannte zentrische Einbauart eines
Gleichstromwandlers gezeigt, bei der die Gleichstromschiene 1 genau durch die Mitte
des Gleichstromwandlers verläuft. Der Gleichstromwandler selbst besteht wie üblich
aus zwei Kernen, die parallel liegen und einzelne Teilspulen besitzen, und zwar
bei einem viereckigen liernaufbau nach der Darstellung in jedem Keruschenkel eine
Teilspule 2. Der Übersichtlichkeit halber wurde der Wandler schematisch durch diese
Teilspulen angedeutet. Die erste Möglichkeit zum Ausgleich eines nichtsymmetrischen
magnetischen Feldes ist in Fig. 1 b dargestellt. Dabei wird der Wandler exzentrisch
zur Gleichstromschiene 1 eingebaut. Die beiden anderen Möglichkeiten für den Ausgleich
eines unsymmetrischen Magnetfeldes zeigen die Fig. 1 c und 1 d, bei denen der Wandler
entweder um eine horizontale Achse geneigt (Fig. l c) oder um seine vertikale Achse
gedreht ist (Fig. 1 d). Selbstverständlich können diese drei Möglichkeiten erforderlichenfalls
in beliebigen Kombinationen zur Anwendung gelangen.
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Die Symmetrierung des Magnetfeldes kann in einfacher Weise dadurch
kontrolliert werden, daß man die Teilströme der einzelnen Teilspulen 2 mißt und
den Wandler auf der Primärschiene 1 so justiert, daß in den Teilspulen 2 der dem
symmetrischen Zustand entsprechende Strom fließt.
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Noch vorhandene Restunsymmetrien, die durch die Verschiebung des
Meßwandlers in der Ebene des Magnetfeldes oder durch Verdrehung des Wandlers gegen
diese Ebene nicht ganz beseitigt sind, werden, da man das Fenster des Wandlers aus
wirtschaftlichen Erwägungen nicht beliebig groß machen wird und da ferner die örtlichen
Verhältnisse keinen optimalen Einbau bzw. eine genaue Justierung ermöglichen, dadurch
vergleichmäßigt, daß man die stärker belasteten Schenkel und Teilspulen durch geeignete
Abschirmungen entlastet (Fig. 2). Die Abschirmung wird man dabei zweckmäßigerweise
so aufbauen, daß auf einem unmagnetischen Träger 3 übereinandergeschichtete Blechstreifen
4 angeordnet werden, die quer zur Richtung der Feldlinien des magnetischen Eigenfeldes
des Gleichstromwandlers liegen, wobei, in Richtung der Feldlinien des magnetischen
Eigenfeldes gesehen, Luft- und Eisenstrecken miteinander abwechseln. Das Eisen darf
dabei, wie bereits an anderer Stelle vorgeschlagen, nicht gesättigt sein, und Luft-
und Eisenstrecken müssen in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, daß die
resultierende Permeabilität der Abschirmung bei den im Normalbetrieb auftretenden
Feldstärken möglichst groß ist. Die bisher üblichen
Abschirmungen gegen Fremdfeldeinflüsse
bestehen aus einem Blechschirm und haben bei Feldstärken von 100 A/cm Permeabilitäten
von 10 bis 50p0. Die vorgesehenen Abschirmungen dagegen erreichen bei den gleichen
Feldstärken noch Permeabilitäten von 100 bis 150 mio Physikalisch ist die Wirkung
der Abschirmungen bezüglich der belasteten Schenkel und Teilspulen dadurch wirksam,
daß ein Teil des an ihnen liegenden Feldes magnetisch kurzgeschlossen wird, so daß
das Feld sich auf die nicht abgeschirmten und vorher schwächer belasteten Schenkel
bzw. Spulen verlagert.
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PATENTANSPROCHE: 1. Ruhender Gleichstrom-Meßwandler mit zwei ferromagnetischen
Kernen, die von dem zu messenden primären, in einer Schiene od. dgl. strangförmigem
Leiter fließenden Gleichstrom vormagnetisiert werden und an einer Wechselspannung
liegende, mit entgegengesetztem Wicklungssinn geschaltete, in mehrere Teilspulen
unterteilte Wechselstromwicklungen tragen, und mit Vorkehrungen zum Erzielen einer
gleichmäßigen magnetischen Durchflutung aller Kernteile, dadurcligckennzeichnet,
daß durch eine gegenüber der zentralen, symmetrischen Lage in bezug auf den Gleichstromleiter
bewirkte Verschiebung des Wandlers in und/oder durch Verdrehung des Wandlers gegen
die Ebene des erregenden Magnetfeldes die Durchflutung der einzelnen Teilspulen
gleich oder angenähert gleichgemacht ist und daß darüber hinaus noch vorhandene
Durchflutungsunsymmetrien durch magnetische Abschirmung der am meisten beaufschlagten
Spulen so vergleichmäßigt sind, daß in bezug auf den Wandler das Magnetfeld weitgehend
symmetrisch wirkt.