Title:
Felgenelektrode und Wicklungsanordnung eines Messwandlers
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung (22) eines Messwandlers (1). Die Wicklungsanordnung (22) umfasst eine Felgenelektrode (43), die einen hohlzylindrischen Elektrodenmittelabschnitt (57) und zwei sich gegenüberliegende Enden der Felgenelektrode (43) bildende ringförmige Abschirmkragen (59) aufweist. Jeder Abschirmkragen (59) schließt sich an den Elektrodenmittelabschnitt (57) an und ist gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt (57) nach außen gebogen gestaltet.



Inventors:
Baehr, Sebastian (91330, Eggolsheim, DE)
Application Number:
DE102015216860A
Publication Date:
03/09/2017
Filing Date:
09/03/2015
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE2524547A1N/A1976-12-09
DE533273CN/A1931-09-11
Foreign References:
CH698970A12009-12-15
CH218921A1942-01-15
CN103077811A2013-05-01
Claims:
1. Felgenelektrode (43) einer Wicklungsanordnung (22) eines Messwandlers (1), die Felgenelektrode (43) umfassend
– einen hohlzylindrischen Elektrodenmittelabschnitt (57)
– und zwei sich gegenüberliegende Enden der Felgenelektrode (43) bildende ringförmige Abschirmkragen (59),
– wobei jeder Abschirmkragen (59) sich an den Elektrodenmittelabschnitt (57) anschließt und gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt (57) nach außen gebogen gestaltet ist.

2. Felgenelektrode (43) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abschirmkragen (59) gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt (57) um mehr als 180 Grad nach außen gebogen und offen gestaltet ist.

3. Felgenelektrode (43) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenelektrode (43) aus zwei Elektrodenhälften (43.1, 43.2) besteht, die jeweils eine Hälfte des Elektrodenmittelabschnitts (57) und jedes Abschirmkragens (59) bilden.

4. Felgenelektrode (43) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenelektrode (43) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.

5. Felgenelektrode (43) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenelektrode (43) aus Aluminium gefertigt ist.

6. Wicklungsanordnung (22) eines Messwandlers (1), die Wicklungsanordnung (22) umfassend
– eine erste Messwandlerwicklung (39), die um eine Wicklungsachse herum verläuft,
– eine Felgenelektrode (43) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die um die erste Messwandlerwicklung (39) herum angeordnet ist, so dass eine Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) eine Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung (39) umgibt,
– und eine zweite Messwandlerwicklung (41), die um eine Außenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) herum verläuft.

7. Wicklungsanordnung (22) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Wickelrohr (37), um das herum die erste Messwandlerwicklung (39) verläuft.

8. Verfahren zur Herstellung einer Wicklungsanordnung (22) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) der Felgenelektrode (43) stoffschlüssig mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung (39) verbunden wird und anschließend die zweite Messwandlerwicklung (41) um die Außenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) der Felgenelektrode (43) gelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) mit einem Klebstoff stoffschlüssig mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung (39) verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung (39) oder/und auf die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) ein Bindemittel aufgebracht wird und die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts (57) durch Erhitzen des Bindemittels mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung (39) stoffschlüssig verbunden wird.

11. Messwandler (1) mit einer Wicklungsanordnung (22) gemäß Anspruch 6 oder 7.

12. Messwandler (1) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Messwandlerkern (33) mit einem Kernabschnitt (34), um den herum die Wicklungsanordnung (22) angeordnet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung eines Messwandlers und insbesondere eine Felgenelektrode einer derartigen Wicklungsanordnung.

Genauer betrifft die Erfindung als Spannungswandler ausgebildete Messwandler zum Messen elektrischer Spannungen und/oder zum Schutz vor hohen elektrischen Spannungen sowie Messwandler, die eine Kombination derartiger Spannungswandler mit Stromwandlern zum Messen elektrischer Ströme und/oder zum Schutz vor hohen elektrischen Strömen sind.

Derartige Messwandler transformieren elektrische Spannungen und Ströme gemäß dem Prinzip eines Transformators und weisen dazu eine Wicklungsanordnung mit zwei unterschiedlichen Messwandlerwicklungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Elektrode einer Wicklungsanordnung eines Messwandlers, eine verbesserte Wicklungsanordnung eines Messwandlers und ein Verfahren zu deren Herstellung sowie einen verbesserten Messwandler anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Elektrode durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Wicklungsanordnung durch die Merkmale des Anspruchs 6, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 8 und hinsichtlich des Messwandlers durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Felgenelektrode einer Wicklungsanordnung eines Messwandlers umfasst einen hohlzylindrischen Elektrodenmittelabschnitt und zwei sich gegenüberliegende Enden der Felgenelektrode bildende ringförmige Abschirmkragen. Dabei schließt sich jeder Abschirmkragen an den Elektrodenmittelabschnitt an und ist gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt nach außen gebogen gestaltet.

Die Felgenelektrode ermöglicht einerseits die Positionierung und Einbringung einer Messwandlerwicklung der Wicklungsanordnung durch Aufbringung der Messwandlerwicklung auf den Elektrodenmittelabschnitt und andererseits eine Abschirmung der Wicklungsanordnung vor elektrischen Feldern, insbesondere an den Enden der Wicklungsanordnung, durch die Abschirmkragen. Dadurch hat die Felgenelektrode zwei Funktionen, die bei herkömmlichen Wicklungsanordnungen durch separate Bauteile realisiert werden, nämlich durch eine Felge zum Positionierung und Einbringung einer Messwandlerwicklung und durch Abschirmelektroden zum Abschirmen elektrischer Felder. Dies verringert vorteilhaft die Anzahl der Komponenten der Wicklungsanordnung und dadurch auch die Bauteilkosten, und vereinfacht und verkürzt die Montage der Wicklungsanordnung.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder Abschirmkragen gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt um mehr als 180 Grad nach außen gebogen und offen gestaltet ist.

Durch die um mehr als 180 Grad nach außen gebogene Gestalt der Abschirmkragen wird deren Abschirmwirkung verbessert. Die offene Gestaltung der Abschirmkragen ermöglicht vorteilhaft das Einbringen einer Messwandlerwicklung der Wicklungsanordnung.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Felgenelektrode aus zwei Elektrodenhälften besteht, die jeweils eine Hälfte des Elektrodenmittelabschnitts und jedes Abschirmkragens bilden.

Diese Ausgestaltung der Erfindung vereinfacht sowohl die Herstellung als auch die Montage der Felgenelektrode gegenüber einer einstückig ausgeführten Felgenelektrode.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Felgenelektrode aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt ist.

Diese Werkstoffe ermöglichen vorteilhaft eine Abschirmwirkung der Abschirmkragen und eine stabile Ausführung des Elektrodenmittelabschnitts.

Eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung eines Messwandlers umfasst eine erste Messwandlerwicklung, die um eine Wicklungsachse herum verläuft, eine erfindungsgemäße Felgenelektrode, die um die erste Messwandlerwicklung herum angeordnet ist, so dass eine Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts eine Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung umgibt, und eine zweite Messwandlerwicklung, die um eine Außenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts herum verläuft. Optional weist die Wicklungsanordnung ferner ein Wickelrohr auf, um das herum die erste Messwandlerwicklung verläuft.

Eine derartige Wicklungsanordnung hat durch die Ausführung mit einer erfindungsgemäßen Felgenelektrode die oben bereits genannten Vorteile. Ein Wickelrohr vereinfacht vorteilhaft die Positionierung und Montage der Wicklungsanordnung, insbesondere um einen Kernabschnitt eines Messwandlerkerns.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung wird die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts der Felgenelektrode stoffschlüssig mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung verbunden. Anschließend wird die zweite Messwandlerwicklung um die Außenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts der Felgenelektrode gelegt. Dabei wird die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts beispielsweise mit einem Klebstoff stoffschlüssig mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung verbunden. Alternativ oder zusätzlich wird auf die Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung oder/und auf die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts ein Bindemittel aufgebracht und die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts wird durch Erhitzen des Bindemittels mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung stoffschlüssig verbunden.

Bei diesem Herstellungsverfahren brauchen insbesondere die beiden Elektrodenhälften einer zweiteilig ausgeführten Felgenelektrode nicht miteinander verbunden werden, da ihre Positionen durch die stoffschlüssige Verbindung mit der ersten Messwandlerwicklung fixiert werden.

Ein erfindungsgemäßer Messwandler weist eine erfindungsgemäße Wicklungsanordnung auf. Optional weist der Messwandler ferner einen Messwandlerkern mit einem Kernabschnitt, um den herum die Wicklungsanordnung angeordnet ist, auf.

Ein derartiger Messwandler hat durch die Ausführung mit einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung die oben bereits Vorteile.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Messwandlers,

2 eine perspektivische Darstellung einer Aktivteileinheit eines Messwandlers,

3 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Aktivteileinheit eines Messwandlers,

4 eine perspektivische Darstellung einer Wicklungsanordnung einer Aktivteileinheit eines Messwandlers, und

5 eine perspektivische Darstellung einer Felgenelektrode.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Messwandlers 1. Der Messwandler 1 ist als gasisolierter kombinierter Spannungs- und Stromwandler ausgebildet.

Der Messwandler 1 umfasst ein Messwandlergehäuse 3 mit einem Gehäusekopf 5, einem Gehäuseboden 7 und einem zwischen dem Gehäusekopf 5 und dem Gehäuseboden 7 verlaufenden Isolator 9. Der Gehäusekopf 5 ist als ein flaschenartiger Hohlkörper ausgebildet, der sich konisch zu einem ringförmigen Gehäusekopfende 11, das eine Gehäusekopföffnung umgibt, verengt. An das Gehäusekopfende 11 schließt sich der Isolator 9 an. Der Isolator 9 ist im Wesentlichen als ein Rohr ausgebildet, das an seiner Außenseite Isolatorrippen 13 aufweist, die ringförmig um eine Längsachse des Isolators 9 verlaufen. Der Gehäuseboden 7 verschließt ein von dem Gehäusekopf 5 abgewandtes Ende des Isolators 9. Das Messwandlergehäuse 3 ist zur Aufnahme eines Isoliergases wie beispielsweise Schwefelhexafluorid gasdicht ausgebildet. Der Gehäusekopf 5 weist ein Druckentlastungsventil 15 auf, durch das Isoliergas aus dem Messwandlergehäuse 3 abgeführt werden kann, wenn der Druck in dem Messwandlergehäuse 3 einen Druckschwellenwert überschreitet. An dem Gehäuseboden 7 ist eine Leiterdurchführung 17 angeordnet, durch die elektrische Leiter aus dem Innern des Messwandlergehäuses 3 nach außen geführt werden. An der Leiterdurchführung 17 ist ein Klemmenkasten 19 zum Kontaktieren der durch die Leiterdurchführung 17 geführten Leiter angeordnet.

In dem Gehäusekopf 5 sind als Spannungswandler eine Aktivteileinheit 21 mit einer erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung 22 und eine Stromwandlereinheit 23 angeordnet, wobei die Stromwandlereinheit 23 zwischen der Aktivteileinheit 21 und dem Isolator 9 angeordnet ist.

Die Aktivteileinheit 21 und die Wicklungsanordnung 22 werden unten anhand der 2 bis 5 näher beschrieben. Die Stromwandlereinheit 23 umfasst einen als Stromschiene ausgebildeten Primärleiter 25 mit außerhalb des Messwandlergehäuses 3 angeordneten Primärleiteranschlüssen 27 und eine ringförmig um den Primärleiter 25 verlaufende, an sich bekannte und daher nicht im Detail dargestellte Stromwandlerwicklungsanordnung 29 mit einer sekundären Stromwandlerwicklung.

Eine sekundäre Messwandlerwicklung 41 der Wicklungsanordnung 22 und die sekundäre Stromwandlerwicklung der Stromwandlerwicklungsanordnung 29 sind über (nicht dargestellte) Verbindungsleitungen jeweils mit Anschlüssen des Klemmenkastens 19 verbunden, wobei die Verbindungsleitungen durch in dem Messwandlergehäuse 3 angeordnete rohrartige Abschirmhülsen 31 und durch die Leiterdurchführung 17 zu dem Klemmenkasten 19 geführt sind.

Die 2 und 3 zeigen die Aktivteileinheit 21 des Messwandlers 1. Dabei zeigt 2 eine perspektivische Darstellung und 3 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung der Aktivteileinheit 21.

Die Aktivteileinheit 21 umfasst einen Messwandlerkern 33, einen Pressrahmen 35 und die Wicklungsanordnung 22. Die Wicklungsanordnung 22 umfasst ein Wickelrohr 37, eine primäre erste Messwandlerwicklung 39, die sekundäre zweite Messwandlerwicklung 41, eine erfindungsgemäße Felgenelektrode 43 und vier Verdrehsicherungen 45.

Der Messwandlerkern 33 ist als ein ringförmiges Blechpaket ausgebildet, das aus übereinander geschichteten Blechlamellen besteht, die durch den Pressrahmen 35 aneinander gedrückt werden.

Der Pressrahmen 35 ist U-förmig mit zwei parallel zueinander verlaufenden Schenkeln und einer die beiden Schenkel verbindenden Schenkelverbindung ausgebildet. Der Pressrahmen 35 besteht aus zwei Pressrahmenhälften 35.1, 35.2, die jeweils eine Hälfte jedes Schenkels und der Schenkelverbindung bilden und auf verschiedenen Seiten einer Symmetrieebene liegen, in der Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 aneinander anliegen. Die Schenkelenden jedes Schenkels sind zur Befestigung des Pressrahmens 35 in dem Gehäusekopf 5 des Messwandlers 1 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2 dazu an jedem Schenkelende eine Verbindungsöffnung 47 auf, durch die ein Verbindungselement, beispielsweise eine Schraube, zur Befestigung des Schenkelendes an einer korrespondierenden Rahmenhalterung 49 des Gehäusekopfes 5 (siehe 1) geführt wird.

Zur Befestigung des Pressrahmens 35 an dem Messwandlerkern 33 und zum Verspannen der Blechlamellen des Messwandlerkerns 33 sind mehrere Spannelemente 51 durch den Messwandlerkern 33 und die beiden Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 geführt. Dabei ist jedes Spannelement 51 stabartig ausgebildet und weist wenigstens ein durch eine Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2 geführtes Ende auf, auf das eine Schraubenmutter 53 zum Anpressen der Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2 an den Messwandlerkern 33 geschraubt ist.

Das Wickelrohr 37 umgibt einen Kernabschnitt 34 des Messwandlerkerns 33, der zwischen den Schenkeln des Pressrahmens 35 und durch Rahmenaussparungen 55 in den Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 verläuft. Das Wickelrohr 37 trägt die primäre Messwandlerwicklung 39, die einen Mittelabschnitt des Wickelrohrs 37 umgibt, die Felgenelektrode 43, die die primäre Messwandlerwicklung 39 umgibt, und die sekundäre Messwandlerwicklung 41, die die Felgenelektrode 43 umgibt. Die Felgenelektrode 43 weist einen Elektrodenmittelabschnitt 57, der als ein hohler Kreiszylinder ausgebildet ist, und zwei sich gegenüber liegende Abschirmkragen 59 auf. Jeder Abschirmkragen 59 bildet ein Ende der Felgenelektrode 43 und ist zur Abschirmung elektrischer Felder gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt 57 nach außen um mehr als 180 Grad, vorzugsweise um mehr 270 Grad, umgebogen gestaltet. Dabei besteht die Felgenelektrode 43 aus zwei gleichartigen Elektrodenhälften 43.1, 43.2 (siehe 4 und 5), die jeweils eine Hälfte des Elektrodenmittelabschnitts 57 und jedes Abschirmkragens 59 bilden.

Die Verdrehsicherungen 45 verbinden das Wickelrohr 37 mit dem Pressrahmen 35 und verhindern eine Drehung des Wickelrohrs 37 um seine Längsachse. Dabei ist jedes Ende des Wickelrohrs 37 mit jeder der beiden Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 durch jeweils eine Verdrehsicherung 45 verbunden, so dass das Wickelrohr 37 durch insgesamt vier Verdrehsicherungen 45 mit dem Pressrahmen 35 verbunden ist. Jede Verdrehsicherung 45 verbindet das Wickelrohr 37 mit dem Pressrahmen 35 durch eine Aushärtungsmasse in hier nicht näher beschriebener Weise.

4 zeigt eine perspektivische Darstellung der durch das Wickelrohr 37, die Messwandlerwicklungen 39, 41 und die Elektrodenhälften 43.1, 43.2 der Felgenelektrode 43 gebildeten Wicklungsanordnung 22 der Aktivteileinheit 21.

Bei der Herstellung der Wicklungsanordnung 22 wird die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts 57 der Felgenelektrode 43 stoffschlüssig mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung 39 verbunden. Dazu wird die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts 57 mit einem Klebstoff stoffschlüssig mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung 39 verbunden. Alternativ oder zusätzlich wird auf die Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung 49 oder/und auf die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts 57 ein Bindemittel aufgebracht und die Innenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts 57 wird durch Erhitzen des Bindemittels mit der Außenoberfläche der ersten Messwandlerwicklung 39 stoffschlüssig verbunden. Anschließend wird die zweite Messwandlerwicklung 41 um die Außenoberfläche des Elektrodenmittelabschnitts 57 gelegt.

5 zeigt eine perspektivische Darstellung der Felgenelektrode 43. Die beiden Elektrodenhälften 43.1, 43.2 sind identisch ausgeführt und sind in einer Ebene, in der eine Längsachse der Felgenelektrode 43 verläuft, passgenau aneinander anlegbar, so dass sie gemeinsam den Elektrodenmittelabschnitt 57 und die beiden Abschirmkragen 59 bilden. Jeder Abschirmkragen 59 schließt sich an den Elektrodenmittelabschnitt 57 an, wobei der Abschirmkragen 59 im sich direkt an den Elektrodenmittelabschnitt 57 anschließenden Bereich gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt 57 zunächst nach innen gebogen und der Abschirmkragen 59 anschließend nach außen gebogen gestaltet ist, so dass der Abschirmkragen 59 die Form eines Torusmantels hat, aus dem ein ringförmig um den Elektrodenmittelabschnitt 57 verlaufender Streifen herausgeschnitten ist. Die Felgenelektrode 43 ist zur Abschirmung elektrischer Felder aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1
Messwandler
3
Messwandlergehäuse
5
Gehäusekopf
7
Gehäuseboden
9
Isolator
11
Gehäusekopfende
13
Isolatorrippe
15
Druckentlastungsventil
17
Leiterdurchführung
19
Klemmenkasten
21
Aktivteileinheit
22
Wicklungsanordnung
23
Stromwandlereinheit
25
Primärleiter
27
Primärleiteranschluss
29
Stromwandlerwicklungsanordnung
31
Abschirmhülse
33
Messwandlerkern
34
Kernabschnitt
35
Pressrahmen
35.1,
35.2 Pressrahmenhälfte
37
Wickelrohr
39, 41
Messwandlerwicklung
43
Felgenelektrode
43.1,
43.2 Elektrodenhälfte
45
Verdrehsicherung
47
Verbindungsöffnung
49
Rahmenhalterung
51
Spannelement
53
Schraubenmutter
55
Rahmenaussparung
57
Elektrodenmittelabschnitt
59
Abschirmkragen