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Kombinierter Strom- und Spannungswandler Es sind bereits verschiedene
Konstruktionen für kombinierte Meßwandler, d. h. eine bauliche Einheit bildende
Strom- und Spannungswandler, bekanntgeworden. Bei der sogenannten Topfbauweise sind
Stromwandler und Spannungswandler nebeneinander in einem ölgefüllten Stahlblechgehäuse
mit einem zum Herausführen der Hochspannungsanschlüsse beider Wandler dienenden
Durchführungsisolator angeordnet. Die Stützerbauweise benutzt zur Unterbringung
des Stromwandlers und des Spannungswandlers ein, zylindrisches ölgefülltes Isoliergehäuse
mit einem auf Hochspannung liegenden Deckel und einem auf Erdpotential befindlichen
Bodenteil, wobei beide Wandler in dem Isoliergehäuse meist übereinander angeordnet
werden, in der Regel so, daß der Stromwandler oben, die Spannungswandler unten liegt.
Bei anderen bekannten kombinierten Meßwandlern der Stützerbauweise, bei denen sowohl
für den Spannungswandler als auch den Stromwandler eine sogenanate Kaskadenschaltung
benutzt wird, wobei die Eisenkerne beider Wandler die halbe Betriebsspannung führen,
der Eisenkern des Spannungswandlers auf zwei gegenüberliegenden Schenkeln die in
zwei Spulen unterteilte Hochspannungswicklung und der Eisenkern des Stromwandlers
auf einer gegenüberliegenden Schenkeln die durch Schubwicklungen miteinander gekoppelte
Primär- und Sekundärwicklung trägt, liegen die Eisenkerne beider Wandler vertikal
in dem ölgefüllten Isoliergehäuse. Dabei liegt entweder der Spannungswandler in
dem vom Stromwandlerkern umfaßten Raum oder der Stromwandler in dem vom Spannungswandlerkern
umfaßten Raum. Bei einer anderen Ausführungsform hat man einen Stromwandler, der
Primär- und Sekundärwicklung auf ein und demselben Schenkel des geerdeten Eisenkernes
trägt, in dem von dem Spannungswandlerkern umfaßten Raum untergebracht. Auch hier
steht der Eisenkern des Spannungswandlers, der auf einander gegenüberliegenden Schenkeln
die entsprechend unterteilte Hochspannungswicklung, die Schubwicklungen und die
Sekundärwicklung trägt, in dem ölgefüllten Isoliergehäuse senkrecht. Nachteilig
ist bei diesen bekannten kombinierten Meßwandlern in Stützerbauweise, daß durch
den senkrecht stehenden Eisenkern des Spannungswandlers oderkund den senkrecht stehenden
Eisenkern des Stromwandlers ein großer Teil des Isoliergehäuses elektrostatisch
kurzgeschlossen wird. Es ist auch schon bekannt, den mit einer auf zwei Kernschenkel
verteilten Oberspannungswicklung aus Scheibenspulen versehenen Spannungswandler
in dem ölgefüllten Isoliergehäuse neben dem Stromwandler mit seiner von den Spannungswandlerspulen
gesteuerten Durchführung anzuordnen. Bei einer weiteren in der Praxis. bewährten
Bauweise für kombinierte Meßwandler wird der eine Wandler, z. B. der Spannungswandler,
in einem auf Erdpotential befindlichen ölgefüllten Gehäuse, der andere Wandler,
z. B. der Stromwandler, in einer auf Hochspannungspotential befindlichen ölgefüllten
Haube und die Ausleitungen der beiden Wandler nebeneinander, in entgegengese.tzten
Richtungen verlaufend, in einem das Gehäuse und die Haube verbindenden, ebenfalls
ölgefüllten Isolierzylinder untergebracht, der einen wesentlich kleineren Durchmesser
haben kann als das Isoliergehäuse bei der Stützerbauweise.
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Alle diese Konstruktionen setzen eine Ölisolation der aktiven Wandlerteile
voraus. Wohl ist auch der Vorschlag bekanntgeworden, diese kombinierten Meßwandler
.in Trockenbauweise auszuführen, indem man den Stromwandler ebenso wie den Spannungswandler
in Gießharz einbettet, wie man dies bei Einzelwandlern schon mit gutem Erfolg getan
hat. Jedoch wäre eine solche Gießharzisolation nur für verhältnismäßig niedrige
Betriebsspannungen (bis höchstens 60 kV) möglich, weil es bisher für höhere Betriebsspannungen
(110, 220 und 380 kV) nicht gelingt, Spannungswandler, wie sie bei den oben beschriebenen
bekannten Konstruktionen für kombinierte Wandler verwendet werden müssen, in Gießharz
einwandfrei einzubetten.
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Es besteht :daher die Aufgabe, eine Konstruktion für einen kombinierten
Strom- und Spannungswandler zu schaffen, die auch bei hohen und höchsten
Betriebsspannungen
eine Trockenausführung mit Gießharzisolation ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft einen kombinierten Strom-und Spannungswandler,
insbesondere für hohe und höchste Betriebsspannungen, bei dem beide Wandler geschlossene,
magnetisch nicht miteinander verkettete Eisenkerne besitzen; der oder die rahmenförmigen,
ein rechteckiges Kernfenster aufweisenden Eisenkerne des Spannungswandlers tragen
auf einander gegenüberliegenden Schenkeln die entsprechend unterteilte Hochspannungswicklung,
die Schubwicklungen, die gegebenenfalls erforderlichen. Kopplungswicklungen und
die Sekundärwicklungen. Erfindungsgemäß wird die geschilderte Aufgabe dadurch gelöst,
daß der oder die rahmenförmigen Eisenkerne des Spannungwandlers horizontal liegend
angeordnet sind und daß das oder die durch entsprechende Bemessung der Länge der
keine Wicklungen tragenden Kernteile ausreichend groß gestalteten Kernfenster des
Spannungswandlers von den entsprechend isolierten Ausleitungen des Stromwandlers
durchsetzt sind. Die aktiven Teile des Stromwandlers können in an sich bekannter
Weise oberhalb oder unterhalb der aktiven Teile des Spannungswandlers angeordnet
sein, wobei die Niederspannungsauslekungen bzw. die Hochspannungsausleitungen des
Stromwandlers das oder die Kernfenster des Spannungswandlers durchsetzen. Wenn der
Stromwandler in einer von zwei einzelnen Stromwandlern gebildeten Kaskade ausgeführt
wird, ordnet man zweckmäßig das eine Stromwandlerglied oberhalb, das andere Stromwandlerglied
unterhalb der aktiven Teile des zwei oder drei Eisenkerne aufweisenden Spannungswandlers
an und läßt die Ausleitungen des oberen Stromwandlergliedes das Fenster des oberen
Eisenkernes des Spannungswandlers, die Ausleüungen des unteren Stromwandlerglied;
s das Fenster des untersten Eisenkernes des Spannungswandlers durchsetzen, wobei
die elektrische Verbindung der beiden Stromwandlerglieder etwa in der Mitte zwischen
den Ebenen des obersten und untersten Spannungswandlerkernes liegt. Hat der Spannungswandler
drei Eisenkerne, so würde die elektrische Verbindung der beiden Stromwandlerglieder
etwa in. Höhe des mittleren der drei Spannungswandlerkerne erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, den kombinierten Meßwandler
in Trockenausführung mit Gießharzisolation einwandfrei herzustellen, indem die Isolation
des Stromwandlers und: seiner Ausleitungen sowie die Isolation der Spannungswandlerspulen
(gegebenenfalls ausgenommen die Schubwicklungen) mit den erforderlichen: Ausführungsisolatoren
für die Spulenenden in an sich bekannter Weise aus Gießharz, z. B. Epoxydharz, hergestellt
wird. Wenn im Bedarfsfall eine Trockenausführung des kombinierten Wandlers nicht
erforderlich ist, so kann die. Anordnung gemäß der Erfindung auch für ölisolation
verwendet werden, indem Strom-und Spannungswandler ebenso wie bei den bekannten
kombinierten Meßwandlern nach der Stützerbauweise in einem ölgefüllten Isoliergehäuse
untergebracht werden.
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Wohl ist schon ein kombinierter Strom- und Spannungswandler bekannt,
der mit einer Gießharzisolation sowohl für den Stromwandler als auch für den Spannungswandler
versehen werden kann, wenn man eine Ölisolation vermeiden will. Bei diesem kombinierten
Wandler ist jedoch der Spannungswandler als Säulenspannungswandler mit einem offenen
Eisenkern und Polschuhen ausgebildet, wobei in den einzelnen Teilen des Eisenkerns
und der Polschuhe Löcher vorgesehen werden müssen, um die Ausleitungen des Stromwandlers
durch den Eisenkern hindurchführen zu können. Demgegenüber hat der kombinierte Wandler
gemäß der Erfindung,die Vorteile, daß geschlossene Eisenwege für den Spannungswandler
vorhanden sind und keine besonderen Löcher zum Hindurchführen der Stromwandlerausleitungen
vorgesehen werden müssen, weil das oder die ohnehin vorhandenen Kernfenster für
diesen Zweck mit ausgenutzt werden. Den letztgenannten Vorteil hat die Erfindung
auch gegenüber einem anderen, übrigens nur für ölisolation bestimmten, kombinierten
Wandler, bei dem der Spannungswandler mit einem oder mehreren Mantelkernen ausgerüstet
ist, deren die Wicklungen tragender Mittelschenkel mit einer axialen Bohrung oder
öffnung zum Hindurchführen der Stromwandlerausleitungen versehen werden muß. Dieser
kombinierte Wandler hat gegenüber dem der Erfindung noch den Nachteil, daß durch
den senkrecht stehenden Eisenkern des Spannungswandlers ein großer Teil des Isoliergehäuses
elektrostatisch kurzgeschlossen wird.
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Ferner ist ein Stromwandler bekannt, dessen Primärwicklung mit ihren
Ausleitungen in Gießharz eingebettet ist und bei dem der die AusIeitungen enthaltende
Teil des Gießharzkörpers von Potentialsteuerelementen umgeben ist, die aus einer
Vielzahl von auf je einem Ringkern angeordneten Spulen bestehen. Diese Spulen sind
analog wie die Primärspulen eines Kaskaden-Spannungswandlers in Reihe zwischen Hochspannung
und Erde geschaltet und jeweils mit ringförmigen Steuerelektroden verbunden, die
auf dem die Stromwandlerausleitungen enthaltenden Gießharzkörperteil in Abständen
übereinander angeordnet sind. Hier handelt es sich jedoch nur um einen Stromwandler,
nicht aber um einen kombinierten Strom- und Spannungswandler, ganz abgesehen davon,
daß erhebliche Schwierigkeiten auftreten würden, wenn man diese lediglich einen
Spannungsteiler bildenden Steuerelemente etwa als Kaskadenspannungswandler ausbilden
wollte. Diese vorbekannte Stromwandleranordnung kann daher keine Anregung zum Bau
eines kombinierten Strom- und Spannungswandlers gemäß der Erfindung geben.
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Ein gemäß der Erfindung aufgebauter kombinierter Strom- und Spannungswandler
mit Gießharzisolation braucht, insbesondere, wenn es sich um eine Innenraumäusführung
handelt, nicht unbedingt einen die aktiven Wandlerteile umhüllenden Isolierzylinder.
In manchen Fällen, z. B. für Freiluftaufstellung und auch zum Schutz gegen äußere
Einflüsse, empfiehlt es sich jedoch, die gießharzisoliertenStrom- und Spannungswandler
mit einem aus Isoliermaterial bestehenden, vorzugsweise aus Gießharz geschleuderten
Schutzmantel zu umgeben, der in an sich bekannter Weise auf einem geerdeten, die
sekundären Anschlußldemmen tragenden Fundament ruht und einen auf Hochspannungspotential
befindlichen, gegebenenfalls mit den Hochspannungsanschlüssen versehenen Metalldeckel
trägt. Die Hochspannungsanschlüsse des kombinierten Wandlers können aber auch am
oberen Ende des Isoliermantels angeordnet sein; wenn dieser aus Gießharz geschleudert
wird, kann man bereits bei seiner Herstellung Teile miteinschleudern, die für die
Anbringung der Hochspannungsanschlüsse
geeignet sind bzw. die Hochspannungsanschlüsse
selbst mit einschleudern.
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In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele für einen kombinierten
Meßwandler gemäß der Erfindung dargestellt.
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Der in den Fig.1 und 2 gezeichnete kombinierte Wandler weist einen
Stromwandler auf, dessen mit der Niederspannungs- oder Sekundärwicklung versehener
Ringkern in einem Gießharzkörper 11 eingebettet ist, in dessen sich konisch verjüngendem
Tei112 die Niederspannungsausleitungen liegen. Die Primärwicklung des Stromwandlers
ist mit 13 bezeichnet. Der in Kaskade geschaltete Spannungswandler hat zwei rahmenförmige
Eisenkerne 14 und 15, welche in entsprechendem Abstand voneinander horizontal übereinanderliegen
und, je auf einander gegenüberliegenden Schenke-In, insgesamt vier Gießharzkörpe.r
16, 17, 18 und 19 mit Ausführungsisolatoren für die betreffenden Spulenenden tragen.
In diesen vier Gießharzkörpern sind die vier die Hochspannungswicklung des Spannungswandlers
bildendem, in Reihe geschalteten Spulen eingebettet; in den beiden Gießharzkörpern
17, 18 liegen schließlich noch die erforderlichen Kopplungswicklungen, in dem Gießharzkörper
19 außerdem noch die Sekundärwicklung des Spannungswandlers. Die Schubwicklungen,
von denen nur die des oberen Eisenkernes 14 in Fig. 2 dargestellt und mit 20, 21
bezeichnet sind, sind unmittelbar auf die. Eisenkerne aufgebracht, also nicht in
die Gießharzkörper eingebettet, was aber auch möglich wäre. Anordnung und Schaltung
der Wicklungen eines solchen Kaskadenspannungswandlers sind bekannt und brauchen
daher hier nicht näher beschrieben zu werden. Die Gießharzkörper 16 und 19 haben
in an sich bekannter Weise außen leitende Beläge, die sich bis zu der am Fuße dies
Ausführungsisolators befindlichen Rille erstrekken und mit dem Eisenkern, auf dem
die betreffenden Gießharzkörper sitzen, leitend verbunden sind. Die Eisenkerne
14 und 15 selbst befinden sich infolge leitender Verbindung mit den
betreffenden Hochspannungsspulenverbindungen auf entsprechenden, zwischen der Betriebsbochspannung
und Erde liegenden Zwischenpotentialen.
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Der die Niederspannungsausleitungen enthaltende Tei112 des oberhalb
des Spannungswandlers angeordneten Stromwandler-Gießharzkörpers 11 durchsetzt die
Kernfenster der beiden Spannungswandlerkerne 14, 15, so daß sich ein völlig symmetrischer,
elektrisch günstiger Aufbau für den kombinierten Wandler, unter Ausnutzung des Kernfensterraumes
für das Herunterführen der Stromwandlerausleitungen, ergibt. Als Tragkonstruktion
für den, Stromwandler und den Spannungswandler dienen vier Isoliersäulen, von .denen
nur zwei in Fig. 1 sichtbar sind. Jede von diesen Isoliersäulen besteht aus vier
axial übereinandergestellten, vorzugsweise aus Gießharz hergestellten Isolatoren
22, 23, 24 und 25. Die Isolatoren 25 ruhen auf dem Wandlerfundament
26, in welchem .die sekundären Wandleranschlußklemmen 27 angeordnet sind,
und tragen den Eisenkern 15.
Auf diesem stehen die Isolatoren 24 und darüber
die Isolatoren 23, die den Eisenkern 14 abstützen. Die auf diesem
aufgestellten Isolatoren 22 dienen zur Abstützung bzw. zum Tragen des Stromwandlers
11, 12, 13.
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Zur Verbesserung der kapazitiven Durchkopplung des kombinierten Wandlers
sind als Hohlringe ausgebildete Potentialrahmen 28 und 29 angeordnet, von denen
der obere mit dem an die Betriebsspannung angeschlossenen Ende der Hochspannungsspule
des Spannungswandlers verbunden ist, während der andere Hohlring 29 an die Verbindungsleitung
der in den Gießharzkörpern 17 und 18 eingebetteten Hochspannungsspulen angeschlossen
ist, sich also auf einem zwischen der Betriebshochspannung und Erde liegenden mittleren
Potential befindet. In dem Hohlring 29 sind auch die Verbindungsleitungen der betreffenden
Kopplungswicklungen untergebracht. Die keine Wicklungen tragenden Teile der beiden
Eisenkerne 14, 15 sind mit abgerundeten, mit dem betreffenden Eisenkern leitend
verbundenen Metallverkleidungen 30 und 31 (in Fig. 2 nicht .dargestellt) versehen
und liegen also auf Zwischenpotentialen zwisch-en den Potentialen der beiden Hohhinge
28, 29 bzw. zwischen dem Potential des Hohlringes 29 und Erde.
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Der Gießharzkörper 11 des Stromwandlers ist mit einem leitenden
Belag versehen, der an die Betriebshochspannung angeschlossen wird. Der die Stromwandlerausleitungen
enthaltende Gießharzkörperteil 12 trägt ringförmige Elektroden 32, 33 und 34, die
zu seiner Potentialsteuerung .dienen und mit den ihnen benachbarten Teilen des Spannungswandlers,
nämlich der Metallverkleidung 30, dem Potentialrahmen 29 bzw. der Metallverkleidung
31, leitend verbunden werden können. Ein die Niederspannungsausleitungen des Stromwandlers
umhüllender leitender Belag 35 im Innern des Gießharzkörperteiles 12 ist an Erde
angeschlossen. Die leitende Verbindung zwischen der Metallverkleidung 30 bzw. dem
Eisenkern 14 und der Elektrode 32 ist in Fig. 2 mit 36 bezeichnet. Die innerhalb
des Hohlringe&28 sichtbare Ringscheibe 37 dient zur Befestigung dies Stromwandlers
11, 12, 13 auf den Isolatoren 22.
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Zum Schutz gegen äußere Einflüsse ist der kombinierte Wandler mit
einem vorzugsweise aus Gießharz geschleuderten Schutzmantel38 umgeben, der auf dem
Fundament 26 befestigt ist und oben durch einen Deckel 39 geschlossen ist,
der aus Isolierstoff bestehen oder ein mit der Betriebshochspannung verbundener
Metalldeckel sein kann. An seinem oberen Ende trägt der Schutzmantel 38 die
beiden Hochspannungsanschlüsse 40 und 41 für den kombinierten Wandler.
Auf dem Deckel 39 können die Schaltmittel angeordnet werden, die zum Umschalten
des Wandlers dienen, wenn dieser primär umschaltbar ausgeführt wird. Wenn -der Wandler
mit einem Schutzmantel versehen ist, kann man in Abweichung von dem dargestellten
Beispiel den Stromwandler 11, 12, 13 an dem Deckel 39 befestigen und
von diesem tragen lassen. Wird der kombinierte Wandler ohne Schutzmantel aufgestellt,
so können die beiden Hochspannungsanschlüsse 40, 41 in geeigneter Weise an
dem Gie:ßharzkörper 11 angebracht werden.
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Die Fig.3 zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung einen
kombinierten Wandler gemäß .der Erfindung, bei dem der Stromwandler unterhalb der
aktiven Teile des Spannungswandlers 14 bis 19 angeordnet ist. In dem Gießharzkörper
11 ist die Primärwicklung -des Stromwandlers eingebettet, deren an die Hochspannung
anzuschließenden Enden innerhalb des Gießharzkörperteiles 12 durch die Kernfenster
des Spannungswandlers nach oben geführt sind. Der geerdete Eisenkern und die Sekundärwicklung
des Stromwandlers sind nicht dargestellt. Es besteht
aber auch
die Möglichkeit, den Eisenkern auf Hochspannung zu legen und ihn zusammen mit der
Primärwicklung in dem Gießharzkörper 11 einzubetten.
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Fig. 4 zeigt schematisch ein Beispiel für einen aus einem Kaskadenspannungswandler
und einem Kaskadenstromwandler bestehenden kombiniertenWandler gemäß der Erfindung.
Der Spannungswandler besteht wieder aus zwei Gliedern, welche die. gleichen Bezugszeichen
tragen wie in den anderen Beispielen. Der Kaskadenstromwandler wird von ebenfalls
zwei Gliedern gebildet, deren Gießharzkörper mit 11a, 12a bzw. 11b, 12b bezeichnet
sind. Das eine Stromwandlerglied liegt oberhalb, das andere unterhalb der aktiven
Teile des Spannungswandlers 14 bis 19; der die Ausleitungen des oberen Stromwandlergliedes
enthaltende Gießharzkörperteil12a durchsetzt das Fenster des oberen Kernes
14, der die Ausleitungen des unteren Stromwandlergliedes enthaltende Teil
12b das Fenster des unteren Kernes 15 des Spannungswandlers. Die Verbindung der
beiden Stromwandlergheder liegt also etwa in der Mitte zwischen den Ebenen der beiden
Spannungswandlerkerne 14, 15, d. h. in Höhe des Potentialrahmens 29. Eine der beiden
Verbindungsleitungen der beiden Stromwandlerglieder verbindet man mit dem Potentialrahmen
29, so daß sich die in den Gießharzkörpern Ila und 11b eingebetteten Wicklungen
des Kaskadenstromwandlers auf mittlerem Potential befinden. Falls die beiden Stromwandlerkerne
mit eingebettet werden, haben sie das gleiche mittlere Potential. Andernfalls wird
der Kern des oberen Stromwandlergliedes auf Hochspannungspotential .gelegt, der
Kern des unteren Stromwandlergliedes auf Erdpotential. Es besteht aber auch die
Möglichkeit, nur den einen Kern des Stromwandlers in den Gießharzkörper mit einzubetten,
so daß dieser Kern auf Mittelpotential liegt, während der andere Stromwandlerkern
auf Erdpotential oder auf Hochspannungspotential liegt.
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Soll ein zweigliedriger Kaskadenstromwandler mit einem drei Eisenkerne
aufweisenden Kaskadenspannungswandler kombiniert werden, so wird die An Ordnung
analog der von Fig.4 getroffen; nur liegt dann die Verbindung der beiden Stromwandlerglieder
etwa in Höhe des mittleren der drei Spannungswandlerkerne.