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Mehrphasen-Meßwandleranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Mehrphasen-MeSwandleranordnung mit jeweils einem Stromwandler für jede Phase, insbesondere
auf eine Meßwandleranordnung für Mittelspannungs-Schaltanlagen.
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Auf dem Gebiete der Mittelspannungs-Schaltanlagen geht die Entwicklung
zu immer kleineren, raumsparenden Schalt zellen bzw. Schaltwagen. Daher erscheint
es wünschenswert, Meßwandler zu schaffen, die dieser Entwicklung Rechnung tragen
und sie weiter fördern. Die Verringerung der Phasenabstände führt zu einem starken
Ansteigen der Kräfte zwischen den Primärwicklungen benachbarter Stromwandler, da
der Abstand in zweiter Potenz der Kraft umgekehrt proportional ist. erden also die
Abstände zwischen den einzelnen Phasen verhältnismäßig klein, dann steigen die Kräfte
zwischen den Leitern überproportional an und es muß eine Festigkeit erreicht werden,
die erheblich über der liegt, die bisher bekannte Meßwandler für Schaltanlagen aufweisen
mußten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, eine Mehrphasen-Meßwandleranordnung
zu schaffen, die insbesondere im Zusammenhang mit Mittelspannungs-Schaltanlagen
in raumsparender Bauweise Verwendung finden kann und demzufolge hinsichtlich
der
mechanischen Festigkeit besonderen Beanspruchungen gerecht wird. Zur-Tösung dieser
aufgabe dient eine Mehrphasen-Meßwandleranordnung-mit jeweils einem Stromwandler
für Jede Phase, bei der erfindungsgemäß die Stromwandler oder Teile von ihnen und
gegebenenfalls weitere Wandler in einem einzigen Gießharzkörper eingebettet sind.
Dadurch, daß die Stromwandler der drei Phasen in einem einzigen Gießharzblock zusammengefaßt
sind, erreicht man e-in Höchstmaß an mechanischer Festigkeit.
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Auch die Fußbefestigung einer derartigen Meßwandleranordnung wird
dabei unproblematisch. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Mehrphasen-Meßwandleranordnung
ist darin zu sehen, daß ihre Herstellung in einem einzigen Gieß- und Härteprozeß
erfolgen kann, wodurch sich die Herstellungskosten vermindern.
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Durch die oben bereits erwihnte Erhöhung der mechanischen Festigkeit
imVergleich zu bekannten Meßwandlern steigt in vorteilhafter Weise auch die dynamische
Festigkeit an, die im Falle von Kurzschlußströmen von Bedeutung ist. Außerdem führt
die Verwendung eines einzigen Gießharzkörpers für mehrere Stromwandler dazu, daß
sich das Gesicht der erfindungsgemäßen Meßwandleranordnung bei vorteilhafter konstruktiver
Ausbildung im Vergleich zu drei Einzelwandlern verringert, insbesondere durch die
Ermöglichung kleinerer Phasenabstände.
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Es ist zwar bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1 261 951 ein
dreiphasiger Spannungswandler bekannt, dessen Hochspannungswicklungen in Stern geschaltet
und auf verschiedenen Schenkeln eines gemeinsamen Eisenkerns aufgebracht sind, jedoch
sind bei diesem Wandler der Eisenkern und die übrigen Teile dieser bekannten stZandleranordnung
nicht in einem Gießharzkörper untergebracht, sondern dieser bekannte Wandle ist
in Topfbauveise ausgeführt, wobei der Kern mit den Wicklungen in einem mit Öl gefüllten
Gehäuse untergebracht ist.
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Ferner ist in der deutschen Offenlegungsschrift t 940 810 ein
mehrphasiger
Stromwandler beschrieben, bei dem ein einziger allen Phasen gemeinsamer Eisenkern
mit mindestens zwei enstern verwendet wird; die Windungen der Primär- und der Sekundärwicklungen
einer Phase durchsetzen nur ein Fenster.
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Auch dieser mehrphasige Stromwandler ist jedoch nicht in einem einzigen
Gießharzkörper eingebettet, sondern in einem aus mehreren Teilen bestehenden Gehäuse
untergebracht. Im übrigen ist dieser Wandler ebenso wie der oben beschriebene bekannte
Spannungswandler nach der deutschen Auslegeschrift 1 261 951 insofern nachteilig,
als er aufgrund des gemeinsamen Eisenkernes einen relativ großen tbersetzungsfeh'ler
aufweist. Es tritt nämlich eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den einzelnen
Phasen auf Im Vergleich dazu ist mittels der erfindungsgemäßen Nehrphasen-Neßwandleranordnung
ein Wandlersatz mit geringem Meßfehler geschaffen, indem für jede Phase ein Stromwandler
mit eigener Primärwicklung und eigenem SekundäreJ-tem verwendet wird; eine gegenseitige
Beeinflussung der einzelnen Stromwandler untereinander ist daher weitgehend ausgeschlossen.
Der mechanische Zusammenhalt wird bei der erfindungsgemäßen Mehrphasen-Meßwandleranordnung
durch das Gießharz bewerkstelligt, das einen einzigen Gießharzkörper bildet. Die
erfindungsgemäße Meßwandleranordnung ist daher mit dem mehrphasigen Stromwandler
nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 940 810 nicht vergleichbar.
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Entsprechendes gilt hinsichtlich des kombinierten Hochspannungs-Meßwandlers
in Stützerbauart mit Gießharzisolation, wie er in der deutschen Auslegeschrift 1
061 892 beschrieben ist. Dieser bekannte kombinierter Meßwandler enthält nämlich
für jede einzelne Phase mehrere Einzelwandler, beispielsweise drei Einzelwandler,
die zur Erzielung eines mechanischen Zusammenhaltes von einer gemeinsamen Gießharzhülle
umgeben sind. Sollen Ströme und Spannungen in einem mehrphasigen System ermittelt
werden, dann müssen eine der Phasenzahl entsprechende Anzahl von kombinierten Meßwandlern
nebeneinander angeordnet werden. Dies führt
im Vergleich zu der
erfindungsgemäßen Meßwandleranordnung zu einem Wandlersystem, das nicht nur eine
geringere mechanische Festigkeit aufweist, s-ondern auch mit einem höheren Gesamtgewicht
behaftet ist. Außerdem ist die Herstellung eines derartigen Wandlersatzes verhältnismäßig
kostspielig.
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Auch von dem Durchführungsstromwandler für ein Mehrphasensystem nach
der deutschen Patentschrift 701 383 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Nehrphasen-Meßwandleranordnung
wesentlich, da bei dem bekannten Durchführungsstromwandler die Leiter sämtlicher
Phasen -durch einen gemeinsamen Eisenkörper hindurchgeführt sind,welcher die Niederspannungswicklungen
aller Phasen trägt, während bei der erfindungsgemäßen Meßwandleranordnung jeder
Stromwandler aus einem von den anderen Systemen weitgehend unabhängigen Meßsystem
besteht,-zwischen denen magnetische Kopplungen weitgehend ausgeschlossen sind. Der
bekannte Durchführungsstromwandler hat auch für jede Phase eine besondere Isolierung,
während bei der erfindungsgemäßen MeSwandleranordnung für alle Stromwandler ein
einziger, zusammenhängender Gießharzkörper vorhanden ist.
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Die Primärwicklungen der Stromwandler der erfindungsgemäßen Mehrphasen-Meßwandleranordnung
können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. So kann es vorteilhaft sein,
wenn die Primärwicklung der Stromwandler in an sich bekannter Weise aus einem einzigen
gestreckten bester besteht. Bei einer solchen Ausführung würde sich zwar unter Umständen
nur eine verhältnismäßig geringe Durchflutung ergeben, der Vorteil wäre aber, daß
derartige Mehrphasen-Meßwandleranordnungen in geringer Variationsbreite mit großer
Stückzahl und damit besonders wirtschaftlich hergestellt werden könnten. Wird mit
einem festen Ubersetzungsverhältnis in einem großen Nennstrombereich gearbeitet,
dann muß die Anpassung in den gegebenenfalls an die Meßwandleranordnung angeschlossenen
Schútzanordnungen erfolgen.
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Es erscheint bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mehrphasen-Meßwandleranordnung
mit Stromwandl-ern mit gestrecktem Primärleiter vorteilhaft, -wenn'der Gießharzkörper
Ansätze aufweist, in denen die gestreckten Leiter laufen und auf denen die Eisenkerne
der Stromwandler mit den Sekundärwicklungen aufgebracht-sind. Die beispielsweise
als Ringkerne oder als Schachtelkerne ausgebildeten Eisenkerne der Stromwandler
lassen sich bei einer derartigen Ausbildung des Gießharzkörpers in einfacher Weise
montieren, indem sie beispielsweise auf die Ansätze aufgeschoben werden oder als
Schnittbandkerne aufmontiert werden.
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Die Eisenkerne lassen sich später, auch leicht auswechseln und damit
leicht bezüglich Übersetzungsverhältnis, leistungsgenauigkeit und Überstromziffer
den gegebenen Verhälnissen anpassen.
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Die Ansätze können an dem Gießharzkörper in unterschiedlicher Weise
angeordnet sein; beispielsweise können sie sich auf verschiedenen Seiten des Gießharzkörpers
befinden und gegebenenfalls auf beiden Seiten des Gießharzkörpers vorgesehen sein.
- Im allgemeinen dürfte es jedoch zweckmäßig sein, wenn für jede Phase an dem Gie-ßharzkörper
nur ein einziger Ansatz vorgesehen ist. Dabei erscheint es aus Platzgründen zweckmäßig,
wenn die Ansätze auf ein und derselben Seite des Gießharzkörpers nebeneinander liegen.
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Bei besonders großer- räumlicher Enge erscheint es ferner vorteilhaft,
wenn die Kerne der Stromwandler mit den Skundärwiklungen gegeneinander versetzt
auf den Ansätzen des Gießharzkörpers aufgebracht sind. Einer Beeinflussung durch
die jeweilige Nachbarphase kann durch Verwendung von Sektorenwicklungen begegnet
werden.
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Es kann auch vorteilhaft sein, die Primärwicklungen der Stromwandler
in an sich bekannter Weise aus jeweils mehreren Windungen aufzubauen und die Enden
der Primärwicklungen mit aus dem
Gießharzkörper herausgeführten
Anschlüssen zu verbinden, die sich auf einer Seite oder auf einander gegenüberliegenden
Seiten des Gießharzkörpers befinden können.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mehrphasen-Meßwandleranordnung
ist es ferner vorteilhaft, unter Erzeugung einer Mehrphasen-Kombinationswandleranordnung
in dem Gießharzkörper mehrere Spannungswandler einzubetten, die mit ihren Primarsicklungen
an entsprechende Enden der Primärwicklungen der Stromwandler angeschlossen sind.
Dabei können die Spannungswandler sowohl einpolig ausgeführt sein, also jeweils
die Spannung zwischen einer Phase und Erde erfassen, oder auch in zweipoliger Ausführung
zwischen einander entsprechenden Enden der Primärwicklung der StromwandIer geschaltet
sein.
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Vorteilhaft erscheint es auch, wenn an die Sekundärsysteme der Stromwandler
oder an auf Niederspannungspotential sich einstellende leitbeläge oder Steuerelektroden
jeweils eine Anschlußleitung angeschlossen ist, wodurch eine von der Primärwicklung
einer Hochspannungselektrode und eine von dem Sekundärsiçstem bzw. den leitbelägen
oder Steuerelektroden als Niederspannungselektrode gebildete Koppelkapazität zu
Meßzwecken nutzbar gemacht wird. Dabei können die als Niederspannungselektroden
wirkenden Steuerelektroden mit den leitbelagen auf den Sekundärsystemen der Stromwandler
der entsprechenden Phasen galvanisch verbunden sein. Das Gießharz wird dabei also
Dielektrikum ausgenutzt. Es ergibt, sich damit eine e infache- Ankopplungsmögl ichkeit
für einen kapazitiven Spannungswandler, fur einen kapazitiven Teiler oder auch für
einen elektronischen Verstärker.
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Eine Kombinations-Wandlera'nordnung mit einem Stromwandler und jeweils
einem kapazitiven Spannungswandler läßt sich aus der erfindungsgemäßen MeBwandleranordnung
in einfacher Weise dadurch gewinnen, daß an die Anschlußleitungen der Koppelkapazitäten
und
an Erdpotential jeweils ein Niederspannungskondensator mit nachgeordnetem induktivem
Teil angeschlossen ist.
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Bei einer Mehrphasen-Meßwandleranordnung mit einem Gießharzkörper
mit Ansätzen zur Aufbringung der Risenkerne der Stromwandler ist die Niederspannungselektrode
der Koppelkapazitäten vorteilhafterweise von jeweils auf den Ansätzen zur Potentialsteuerung
vorgesehenen leitbelägen gebildet.
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Die erfindungsgemäße -Mehrphasen-Meßwandleranordnung läßt sich in
vorteilhafter Weise auch in der Hinsicht erweitern, daß den Primärwicklungen der
Stromwandler Hallgeneratoren und/oder Seldplatten zugeordnet werden, deren Anschlußklemmen
von außen zugänglich angeordnet sind. Durch derartige Bauelemente lassen sich ebenfalls
Meßwerte über Netzströme und/oder Netzspannungen gewinnen und zur Weiterverarbeitung
elektronischen Schutzgeräten zuftihren, die nur eine geringe leistung benötigen
und daher mittels derartiger Bauelemente mit Eingangs-größen beaufschlagt werden
können, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Verstärkereinheiten.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 in schematischer
Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Nehrphasen-Meßwandleranordnung
mit den zugeordneten Beistungsschaltern dargestellt, in der Figur 2 ist teilweise
im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mehrphasen-Meßwandleranordnung
mit Ausnutzung von Koppelkapazitäten ge--zeigt, und in der Figur 3 ist ebenfalls
im Schnitt eine andere Aus führungs form der erfindungsgemäßen Meßwandleranordnung
mit eingegossener Steuerelektrode dargestellt. In der Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel
mit einem mit Ansätzen versehenen Gießharzkörper wiedergegeben.
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Das in der Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Me ßwandleranordnung MWi -ist an Leistungsschalter si, S2 und S3 für die Phasen
R, S und T über gegebenenfalls feststoffislierte Stromschienen l1, l2 und L3 angeschlossen;
L4, L5 und L6 sind abgehende Leitungen. Die erfindungsgemäße Mehrphasen-Meßwandleranordnung
MW1 enthält einen Gießharzkörper G1, in dem nicht nur die Enden der Leitungen L1,
L2 und L3 bzw. L4, L5 und L6 eingebettet sind, sondern auch drei Stromwandler Will,
Wil2 und Wi13.- Jeder dieser Stromwandler Will bis Wil3 weist jeweils eine Prim-ärwicklung
wp11, wp12 und wp13 sowie jeweils zwei Sekundärwicklungen ws111 und ws112 sowie
ws121 und ws122 sowie ws131 und ws132 auf. Die Enden der Sekundärwicklungen wslll
bis ws132 der Stromwandler Will bis Wi13 sind in einen in der Figur 1 nur schematisch
dargestellten Klemmemkasten Kil herausgefährt.
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Wie die Figur 1 ferner erkennen läßt, sind in dem Gießharzkörper GI
außer den Stromwandlern Will bis Wil3 Spannungswandler Wu11 und Wu12 eingebettet,
deren Primärwicklungen wu111 bzw. wu121 an Anschlußenden der Leitungen l4 und L5
bzw. L5 und L65 angeschlossen sind. Die Finden der Sekundärwicklungen wu112 und
wu122 sind zu einem nur schematisch dargestellten weiteren Klemmenkasten Kul geführt.
Die in der Figur 1 dargestellte Mehrphasen-Meßwandleranordnung MW1 stellt demzufolge
einen kombinierte Meßwandlersatz in einem Gießharzkörper Gl für drei Phasen dar.
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Die in der Figur 2 dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Meßwandleranordnung
enthält-wiederum für jede Phase jeweils einen Stromwandler Wi21, Wi22 und Wi23,
die aus jeweils einer Primärwicklung wp?l, wp22 und wp23 und aus jeweils einem Sekundärsystem
s21, s22 und s23 besteht. Die Primärwicklungen wp21 bis wp23 können aus mehreren
Windungen bestehen oder aus nur einem einzigen Leiter gebildet sein. Die Enden der
Sekundärwicklungen der Stromwandler Wi21 bis Wi23 sind in einem Klemmenkasten
Ki2
herausgeführt.' In der Figur 2 sind der besseren Übersichtlichkeit halber die Ausleitungen
nur einer Sekundärwicklung des Stromwandlers fi21 gezeigt; die SeRundärwicklungen
der anderen Stromwandler Wi22 und 1iTi23 sind in entsprechender Weise mit Anschlüssen
im Klemmenkasten Ki2 verbunden.
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Wie beispielhaft am Stromwandler Wi23 dargestellt ist, ist ein das
Sekundärsystem s23 dieses Stromwandlers umgebender Leitbelag an eine Anschlußleitung
Al231 angeschlossen, die mit einem Anschluß A231 in einem Klemmenkasten Ku2 verbunden
ist. Durch die Anschlußleitung Al231 wird eine zwischen der Primärwicklung wp23
und dem Sekundärsystem s23 des Stromwandlers Wi23 vorhandene. Koppelkapazität zu
Meßzwecken nutzbar gemacht. Wenn nämlich an einer weiteren Anschlußklemme A232 im
Klemmenkasten Kh2 - die Anschlußklemme A232 ist über eine weitere Anschlußleitung
Al232 mit einem Brdbelag B2 verbunden - ein Niederspannungskondensator mit nachgeordnetem
induktivem Teil angeschlossen wird, dann wird von dem Stromwandler Wi23 und dem
zusätzlichen Kondensator mit dem nachgeordneten induktiven Teil ein kombinierter
Strom-Spannungswandler geschaffen. In leicher Weise lassen sich die Koppelkapazitäten
zwischen den Primärwicklungen wp21 und wp22 und den Sekundärsystemen s21 und s22
der anderen Stromwandler lgri21 und Wi22 zu Meßzwecken nutzbar machen, indem die
Sekundärsysteme w21 und s22 dieser Stromwandler ebenfalls über Anschlußleitungen
an außenliegende Anschlüsse angeschlossen sind. Der besseren Übersichtlichkeit halber
ist in der Figur 2 auf eine Darstellung dieser Verhältnisse verzichtet worden. Es
ist verständlich, daß der Kondensator Ck2 der in der Figur 2 jedem Stromwandler
zugeordnet ist, kein Bauelement bildet, sondern die Koppelkapazität ersatzbildhaft
darstellen soll.
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Bei dem in der Figur 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Meßwandleranordnung ist nur ein Stromwandler Wi31 sichtbar; die Primärwicklung wp31
des Strom-wandlers Wi31
ist aus mehreren Windungen aufgebaut. Die
Enden der Primärwicklung wp31 sind an Anschlüsse A311 und A312 gefuhrt, die oben
in den Gießharzkörper G3 eingebettet sind. Der Sekundäraufbau's31 des Stromwandlers
MJi31 ist mit einem Leitbelag BD1 umgeben, der im Punkt P mit einem weiteren Belag
B32 galvanisch verbunden ist, der eine in den Gießharzkörper G3 eingebettete Steuerelektrode
bildet. Diese Steuerelektrode bildet die Niederspannungselektrode einer Koppelkapazität
Ck3, deren Hochspannungselektrode von der Primärwicklung wp31 des Stromwandlers
Wi31 gebildet wird. Über eine Anschlußleitung Al3 ist die Steuerelektrode mit einer
Anschlußklemme;A3 verbunden, an die beispielsweise - wie bereits im Zusammenhang
mit der Beschreibung der Figur 2 ausführlich erläutert - e-in niederspannungsseitiger
Kondensator mit nachgeordnetem induktivem Teil zur Bildung eines kapazitiven Spannungswandlers
angeschlossen werden kann. Zu diesem Zwecke liegt die Anschlußklemme A3 und damit
auch die Steuerelektrode B32 auf einem Potential, das über dem Potential des Erdbelages
B33 liegt.
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Es dürfte Verständlich sein, daß in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene
noch weitere Stromwandler mit Steuerelektroden in dem Gießharzkörper G3 eingebettet
sind, und zwar in einer Anzahl, die der Zahl der Phasen entspricht.
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Die in der Figur 4 dargestellte erfindungsgemäße Mehrphasen-Meßwandleranordnung
ist mittels vorzugsweise feststoffisolierten Leitungen T7, L8 und L9 bzw. mittels
der Leitungen T10, L11 und B12 in die Stromkreise der Phasen R, S und T eingebracht.
Die erfindungsgemäße Mehrphasen-Meßwandleranordnung weist einen einzigen Gieß'harzkörper
G4 auf, der auf seiner in der Figur 4 unteren Seite mit jeweils einem Ansatz Asl,
As2 und As3 versehen ist. In den Ansätzen As1 bis As3 sind jeweils gestreckte Primärleiter
geführt, so daß die in der Figur 4 dargestellte
Meßwandleranordnung
einen dreiphasigen Durchführungsstrom,wandler bildet, der mittels eines Flansches
F an einer Wand W befestigt sein kann; die Wand W weist zur -Aufnahme. der Mehrphasen-Meßwandleranordnung
eine Öffnung Ö auf.
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Auf die Ansätze Aal bis As3 des Gießharzkörpers G4 mit den gestreckten
Primärleitern ist jeweils ein Kern K1, K2 und K3 mit entsprechender Sekundärwicklung
aufgebracht, beispielsweise aufgeschoben. Um eine besonders gedrängte Bauform zu
erhalten, sind die Kerne K1 bis K3 mit-den Sekundärwicklungen in Richtung der Primärleiter
gegeneinander versetzt angeordnet.
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Auf den Ansätzen Asl bis As3 befindet sich, 23it auf dem Ansatz Asl
der Figur 4 beispielsweise angedeutet ist, jeweils ein Belag B4 aus leitendem oder
halbleitendem Material, der beispielsweise durch Außengraphitierung der Ansätze
gebildet sein kann.
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Jeder Leitbelag B4 kann in einem Ringabschluß R enden, der in einer
umlaufenden Nut N der Ansätze As1 bis As3 untergebracht ist. Die Beläge 34 mit dem
Ringabschluß R dienen zur Potentialsteuerung. Diese Anordnung kann jedoch auch von
einem eingegossenen Metallkorb gebildet sein.
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Die zur Potentialsteuerung vorgesehenen Mittel, insbesondere die Beläge
B4, können - wie dies bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 2
und 3 erläutert worden ist -auch mit einer Anschlußleitung versehen sein, um jeweils
die Koppelkapazität zwischen dem gestreckten Primärleiter und den Potentialsteuerungsmitteln
zu Meßzwecken nutzbar zu machen.
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An diese Anschlußleitung kann ein Niederspannungskondensator mit nachgeordnetem
induktivem Teil oder ein elektronischer Verstärker angeschlossen sein.
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Mit der Erfindung ist-eine Mehrphasen-Meßwandleranordnung geschaffen,
die insbesondere zum Einbau in Mittelspannungs-Schaltanlagen kleiner Bauform geeigne-t
ist.
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4 Figuren 13 Patentansprüche