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Primärseitig umschaltbarer Stromwandler, insbesondere hoher dynamischer Festigkeit Die Erfindung bezieht sich auf einen primärseitig umschaltbaren Stromwandler, insbesondere hoher dynamischer Festigkeit.
Dieser Wandler ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er primärseitig für den grössten Strombereich mit einem das Fenster des Eisenkerns durchsetzenden gestreckten Leiter und für kleinere Strombereiche zusätzlich mit den Eisenkern umgebenden Wicklungen mit gemäss den Strombereichen abnehmenden Leiterquerschnitt ausgerüstet ist, und dass ausser dem einen Ende des ,gestreckten Leiters, dessen anderes Ende mit denn Netz in Verbindung steht, auch die entsprechenden Enden der Wicklung mit Anschlusselementen einerUmschaltvorrichtung verbunden sind,
während ihre anderen Enden unmittelbar so mit dem einen Ende des gestreckten Leiters bzw. dem einen Ende der Wicklung des jeweils grösseren Strombereiches in Verbindung stehen, dass sich für kleinere Strombereiche jeweils eine Reihenschaltung ergibt.
Ein Ausführungsbeispiel eines gemäss der Erfindung ausgerüsteten Stromwandlers ist in den Fig. 1 und 2 in verschiedenen Ansichten gezeigt, wobei in der Fig. 2 das Kopfteil dieses Wandlers im Schnitt dargestellt ist.
Der als kompakter, kurzer Stab ausgebildete Leiter 1, der den Primärleiter für den grössten Strombereich bildet, durchsetzt das Fenster des Eisenkerns 2 konzentrisch. Mit seinem einen (linken) Ende 3 ist er mit einem Anschlusselement der in dem Gehäuseteil 4 untergebrachten Umschaltvorrichtung 5 verbunden, während sein anderes (rechtes) Ende über die üblichen Anschlussbolzen 6 mit dem Netz in Verbindung steht. Da es sich im vorliegenden Fall um einen Stromwandler hoher Stromstärke handelt, sind, wie bei solchen Netzen üblich, am Eingang und Ausgang des Stromwandlers elektrisch parallel geschaltete Doppelbolzen vorgesehen.
Ausserdem ist der Eisenkern 2 in diesem Ausführungsbeispiel .noch von der aus einer Windung bestehenden Primärwicklung 7 und der;aus zwei Windungen bestehenden Primärwicklung 8 umgeben, deren Enden 9 und 10 an weitere Anschluss- elemente der Umschaltvorrichtung 5 geführt sind.
Das andere Ende 11 der Primärwicklung 7 ist innerhalb des dicht abgeschlossenen Wandlergehäuseteiles 13 mit dem Ende 3 des Leiters 1 und das andere Ende 12 der Primärwicklung 8 mit dem Ende 9 der Wicklung 7 so verbunden, dass sich bei entsprechender Verbindung in der Umschaltvorrichtung 5 die dem jeweiligen Strombereich entsprechende Einleiter- bzw. Reihenschaltung ergibt.
Dies soll anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert werden, in denen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet sind.
Für den grössten Strombereich (4 J) ist .gemäss der Fig. 3 nur der gestreckte Leiter 1 über die in der Mittellage befindliche Umschaltlasche 5a der Umschaltvorrichtung 5 als ein das Fenster des Eisenkerns 2 konzentrisch durchsetzender Primärleiter eingeschal- tet.
Bei halb so grossem Strombereich (2 J) ist gemäss Fig. 4 die Umschaltlasche 5a so gelegt (nach unten), dass die Wicklung 7 mit ihrem dieser kleineren Stromstärke entsprechend gewählten Leiterquerschnitt und der Leiter 1 in Reihe geschaltet sind.
Bei einem Viertel des grössten Strombereiches (1 J) ist gemäss Fig. 5 die Umschaltlasche 5a so gelegt (nach oben), dass die Wicklung 8 mit ihrem gegenüber dem Leiterquerschnitt der Wicklung 7 weiterhin herabgesetzten Leiterquerschnitt und die Wicklung 7 sowie der Leiter 1 in Reihe geschaltet sind.
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Es ist also für die kleinste Stromstärke (Fig. 5) eine Wicklung mit zwei Windungen mit einer Wicklung mit einer Windung und mit einem gestreckten Leiter in Reihe geschaltet.
Für den doppelten Strom (Fig. 4) ist nur eine Wicklung mit einer Windung mit dem gestreckten Leiter in Reihe geschaltet. Daraus ergibt sich schon eine erhebliche Erhöhung der dynamischen Festigkeit. Für die grösste Stromstärke (Fig.3) ist nur noch der gestreckte Leiter im Stromkreis, der durch seine gestreckte Form und durch die kurze Länge eine ausserordentliche hohe dynamische Festigkeit ergibt.
Die Querschnitte der Leiter der einzelnen Wicklungen bzw. derjenige des gestreckten Leiters sind gemäss der Stromstärke abgestuft, so dass beispielsweise der gestreckte Leiter 1 den vierfachen Querschnitt des Leiters der Wicklung 8 und den doppelten Querschnitt des Leiters der Wicklung 7 aufweist und dadurch auch der mechanisch festere ist.
Ausser der hohen dynamischen Festigkeit weist der Stromwandler noch insofern Vorteile auf, als die Umschaltvorrichtung, da sie nur eine einzige Umschaltlasche aufweist, sehr einfach ist; sie erfordert nur wenig Durchführungen durch die Wand des dicht abgeschlossenen Gehäuseteils des Wandlers; ausserdem ist die Umschaltung mittels einer einzigen Umschaltlasche besonders betriebssicher, da Umschaltfehler, wie sie bei Umlegen mehrerer Schaltlaschen eintreten können, nicht möglich sind.
Weiterhin lassen sich durch Variation der Win- dungszahlen der einzelnen Wicklungen in sehr einfacher Weise anstelle der beschriebenen Primärum- schaltung 1 :2:4 alle beliebigen Primärumschaltun- gen, z. B. 1 : 2 : 5; 1 :2: 6; 1 : 3 : 6 usw., verwirklichen.
Alle geschilderten Vorteile lassen sich bei den bisher bekannten Stromwandlern mit Primärumschaltung nicht erzielen.
Wird z. B., wie in den Fig. 6 bis 8 dargestellt ist, der Kern von vier Leitern durchsetzt, so sind für die Umschaltvorrichtung U acht Anschlussklemmen KA und vier Hilfsklemmen KI, für die Umschaltungen erforderlich. Die Verbindung dieser Klemmen erfolgt bei der kleinsten Stromstärke (1 J) gemäss Fig. 6, bei der doppelten Stromstärke (2 J) gemäss Fig. 7 und bei der grössten Stromstärke (4 J) gemäss Fig. B.
Das Grundprinzip einer solchen Umschaltung besteht also darin, dass in jedem Stromstärkebereich die gleiche Durchflutung erzeugt wird. Die Umschaltung erfolgt durch Lageänderung der Umschaltlaschen. In dem Beispiel der Fig. 6 bis 8 sind sechs solcher Laschen erforderlich, wovon sechs bei der vierfachen Stromstärke (4 J) benötigt werden, während bei den kleine- ren Stromstärken nur vier bzw. drei Umschaltlaschen erforderlich sind.
Bei einer anderen bekannten Ausführung eines primärseitig umschaltbaren Stromwandlers (Fig. 9 bis 11) sind in Abweichung von der Ausführung gemäss den Fig. 6 bis 8, bei denen nur eine einzige Umschaltvorrichtung U benötigt wurde, zwei getrennte Um- schaltvorrichtungen Ui und U2 erforderlich. Dadurch ergibt sich bei der höchsten Stromstärke (4 J) gemäss Fig. 11 eine kurze Leiterführung mit einem daraus sich ergebenden Gewinn an dynamischer Festigkeit.
Die für die Schaltung gemäss Fig. 10 (2 J) und gemäss Fig. 9 (1 J) benötigten um den Kern aussen herumgeführten Rückleiter R werden in der Schaltung gemäss Fig. 11 (4 J) nicht vom Strom durchflossen. Es ist aber zu erkennen, dass mehr Anschlussklemmen und damit auch mehr flüssigkeits- oder gasdichte Durchführungen benötigt werden als bei der in den Fig. 6 bis 8 dargestellten Lösung.
Ausserdem sind zwei getrennte Umschaltvorrichtungen U1 und U2 erforderlich, die zu dem noch bei der mit dieser Lösung verbundenen Kopfbauweise des Wandlers wegen der gestreckten Leiterführung räumlich weit auseinanderliegen. Damit ergibt sich eine erhöhte Fehlermöglichkeit, da nicht beide Umschaltvorrichtungen gleichzeitig eingesehen werden können und nacheinander geschaltet werden müssen. Das bedeutet z. B. bei einem Hoch- spannungswandler der Reihe 220 das zweimalige Aufsteigen zum Kopfteil des Wandlers.
Durch die hier notwendige Aufteilung aller Primärleiter in vier Einzelleiter kann die dynamische Festigkeit eines Einlei- terwandiers auch in der Schaltung gemäss Fig. 11 (4 J) nicht erreicht werden, zumal eine Aufspreizung der Stromführung an beiden Umschaltvorrichtungen notwendig ist.
Bei einer besonders zweckmässigen Ausbildung der Umschaltvorrichtung weist die Umschaltvorrichtung zwei parallel angeordnete, mit dem Stromwandleranschlussbolzen verbundene Stromschienen auf, die mit Klemmenbolzen in einer solchen Anordnung gegenüber den mit dem gestreckten Leiter bzw.
den verschiedenen Wicklungen verbundenen Anschlusselementen der Umschaltvorrichtung ausgerüstet sind, dass durch ein und dieselbe als Schalt- brücke dienende Lasche entweder für den grössten Strombereich beide Stromschienen mit dem entsprechenden zwischen ihnen liegenden Anschlusseie- menten und für die kleineren Strombereiche jeweils eine von beiden Stromschienen mit den entsprechenden im Zuge der jeweiligen Stromschiene liegenden Anschlusselementen oder für jeden der wählbaren Strombereiche beide Stromschienen mit den entsprechenden zwischen ihnen liegenden Anschlusselemen-
ten zusammenschaltbar sind.
Durch die so ausgebildete Umschaltvorrichtung werden infolge Verwendung nur einer einzigen Lasche in jedem Schaltungsfalle Fehlschaltungen vermieden.
In den Fig. 12 und 13 ist das Kopfteil 101 eines Stromwandlers in verschiedenen Ansichten gezeigt. Auf der Eingangsseite sind, wie es bei Stromwandlern grosser Stromstärke üblich ist, Doppelanschluss- bolzen 102e und auf der Ausgangsseite Doppelan- schiussbolzen 102a befestigt. Die Doppclanschlussbol- zen 102e sind, wie die weiteren Fig. 14 bis 19 er- kennen lassen, über eine Kupferschiene 103e miteinander verbunden.
Zwei parallel angeordnete, mit den Doppelanschlussbolzen 102e verbundene Strom-
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schienen 104 und 105 führen zu der das Kopfteil 101 dicht abschliessenden Umschaltplatte 106, die sich unter der Abdeckung 107 befindet. Durch die Umschaltplatte 106 ragen ebenfalls in öl- bzw. gasdichter Anordnung Anschlusselemente (Bolzen) hindurch.
In dem in den Fig. 14 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiel sind von diesen Bolzen die vier Bolzen 108 in Parallelschaltung mit einem Primärleiter verbunden, der das Fenster des Wandlerkernes als Einleiter für die Stromstärke 4 J durchsetzt. Die weiteren beiden unter sich parallelgeschalteten Bolzen 109 sind mit einem den Wandlerkern z. B. in einer einzigen Windung umfassenden Primärleiter verbunden, der für die Stromstärke 2 J mit dem schon genannten Einleiter in Reihe .geschaltet ist.
Die weiteren beiden unter sich parallelgeschalteten Bolzen 110 sind mit einem den Wandlerkern in mehreren Windungen umfassenden weiteren Primärleiter verbunden, der für die Stromstärke J mit den vorgenannten Primärleitern in Reihe geschaltet ist.
Werden die an den Stromschienen 104 und 105 angebrachten Klemmenbolzen 111 und 112 mit den zwischen den Stromschienen 104 und 105 liegenden vier Bolzen 108 verbunden, so ist der Stromwandler durch die Einschaltung des primären Einleiters für die Stromstärke 4 J geschaltet. Wird eine Verbindung der Klemmenbolzen 112 der Stromschiene 105 mit den beiden Bolzen 109 hergestellt, so ist der Stromwandler durch die damit erfolgte Einschaltung der beiden in Reihe liegenden Primärleiter (Einleiter und eine Windung) für die Stromstärke 2 J ,geschaltet.
Wird eine Verbindung der Klemmenbolzen 111 der Stromschiene 104 mit den beiden Bolzen 110 hergestellt, so ist der Stromwandler durch die damit erfolgte Einschaltung der drei schon genannten in Reihe liegenden Primärleiter (Einleiter, eine Windung und mehrere Windungen) für die Stromstärke J geschaltet.
Zur Herstellung dieser wahlweisen Verbindungen für 4 J, 2 J oder J dient die Lasche 113, die hier in Querrichtung scharnierartig ausgebildet ist. In dem in der Fig. 14 gezeigten Schaltbeispiel (4 J) ist die Lasche 113 auseinandergeklappt und verbindet dadurch die Klemmenbolzen 111 und 112 der beiden Stromschienen 104 und 105 mit den vier Bolzen 108.
In dem in der Fig. 15 gezeigten Schaltbeispiel (2J) ist die Lasche 113 zur Herabsetzung des Platzbedarfes zusammengeklappt - für die geringere Stromstärke 2 J reichen kleinere Kontaktflächen aus -, so dass sie nur noch halb so lang ist; sie verbindet die Klem- menbolzen 112 der Stromschiene 105 mit den beiden Bolzen 109. In dem in der Fig. 16 gezeigten Schaltbeispiel (J) ist die Lasche 113 ebenfalls zusammengeklappt, da sie nur die Klemmenbolzen 111 der Stromschiene 104 mit den beiden Bolzen 110 zu verbinden braucht.
In den Fig. 17 bis 19 sind die Klemmenbolzen 111' bzw. 112' auf ihren zugehörigen Stromschienen 104' und 105' untereinander angeordnet, so dass die verschiedenen Zusammenschaltungen für die Stromstärken 4 J, 2 J oder J mit den zwischen den Strom- schienen 104' und 105' liegenden Bolzen l08', 109' oder 110' durch die Lasche 113' erfolgt, die zwecks Platzersparnis in Längsrichtung scharnierartig ausgebildet ist.
Die Lasche 113' wird zur Umschaltung in der Höhe versetzt. Für die Stromstärke 4 ist die Lasche 113' auseinandergeklappt (Fig. 17) und für die Stromstärken 2 J (Fig. 18) und J (Fig. 19) ist die Lasche 113' zusammengeklappt. Die Lasche 113' ist immer an den beiden Stromschienen 104' und 105' befestigt.
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Current transformer which can be switched on the primary side, in particular a high dynamic strength The invention relates to a current transformer which can be switched on the primary side, in particular a high dynamic strength.
According to the invention, this converter is characterized in that it is equipped on the primary side for the largest current range with an elongated conductor penetrating the window of the iron core and, for smaller current ranges, additionally with windings surrounding the iron core with a conductor cross-section that decreases in accordance with the current ranges, and that in addition to one end of the straight conductor, the other end of which is connected to the network, and the corresponding ends of the winding are also connected to connection elements of a switching device,
while its other ends are directly connected to one end of the elongated conductor or one end of the winding of the larger current range in each case, so that a series connection results for each smaller current range.
An embodiment of a current transformer equipped according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2 in different views, the head part of this transformer being shown in section in FIG.
The conductor 1, designed as a compact, short rod, which forms the primary conductor for the largest current range, penetrates the window of the iron core 2 concentrically. With its one (left) end 3 it is connected to a connection element of the switching device 5 accommodated in the housing part 4, while its other (right) end is connected to the network via the usual connection bolts 6. Since the present case is a current transformer with a high current intensity, double bolts connected electrically in parallel are provided, as is usual in such networks, at the input and output of the current transformer.
In addition, the iron core 2 in this exemplary embodiment is still surrounded by the primary winding 7 consisting of one turn and the primary winding 8 consisting of two turns, the ends 9 and 10 of which are routed to further connection elements of the switching device 5.
The other end 11 of the primary winding 7 is connected within the tightly sealed converter housing part 13 to the end 3 of the conductor 1 and the other end 12 of the primary winding 8 to the end 9 of the winding 7 so that with a corresponding connection in the switching device 5, the corresponding single-wire or series connection results in the respective current range.
This is to be explained with reference to FIGS. 3 to 5, in which the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are used.
For the largest current range (4 J), according to FIG. 3, only the straight conductor 1 is switched on via the switchover tab 5a of the switchover device 5 located in the central position as a primary conductor concentrically penetrating the window of the iron core 2.
When the current range is half as large (2 J), according to FIG. 4, the switchover tab 5a is placed (down) in such a way that the winding 7, with its conductor cross-section selected corresponding to this lower current strength, and the conductor 1 are connected in series.
For a quarter of the largest current range (1 J), according to FIG. 5, the switching tab 5a is placed (upwards) so that the winding 8 with its conductor cross-section, which is still reduced compared to the conductor cross-section of the winding 7, and the winding 7 and the conductor 1 are in series are switched.
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For the lowest current intensity (FIG. 5), a winding with two turns is connected in series with a winding with one turn and with a straight conductor.
For double the current (Fig. 4) only one winding with one turn is connected in series with the straight conductor. This already results in a considerable increase in dynamic strength. For the greatest current strength (Fig. 3), only the stretched conductor is left in the circuit, which results in an extraordinarily high dynamic strength due to its stretched shape and short length.
The cross-sections of the conductors of the individual windings or that of the stretched conductor are graded according to the current strength, so that, for example, the stretched conductor 1 has four times the cross-section of the conductor of the winding 8 and twice the cross-section of the conductor of the winding 7 and thus the mechanically stronger one is.
In addition to the high dynamic strength, the current transformer has advantages insofar as the switching device, since it only has a single switching tab, is very simple; it requires only a few bushings through the wall of the sealed housing part of the transducer; In addition, the switchover by means of a single switch tab is particularly reliable, since switchover errors such as can occur when several switch tabs are switched are not possible.
Furthermore, by varying the number of turns of the individual windings, instead of the described primary switchover 1: 2: 4, any primary switchover, e.g. B. 1: 2: 5; 1: 2: 6; 1: 3: 6 etc.
All of the advantages described cannot be achieved with the current transformers known to date with primary switching.
Is z. For example, as shown in FIGS. 6 to 8, the core is penetrated by four conductors, eight connection terminals KA and four auxiliary terminals KI are required for the switchovers for the switching device U. The connection of these terminals takes place at the lowest current strength (1 J) according to FIG. 6, at twice the current strength (2 J) according to FIG. 7 and at the highest current strength (4 J) according to FIG. B.
The basic principle of such a switchover is that the same flow rate is generated in each current range. The switchover takes place by changing the position of the switchover tabs. In the example of FIGS. 6 to 8, six such tabs are required, six of which are required for four times the current strength (4 J), while only four or three switchover tabs are required for the smaller current strengths.
In another known embodiment of a current transformer which can be switched on the primary side (FIGS. 9 to 11), in contrast to the embodiment according to FIGS. 6 to 8, in which only a single switching device U was required, two separate switching devices Ui and U2 are required. This results in a short conductor run at the highest current strength (4 J) according to FIG. 11, with a resulting gain in dynamic strength.
The return conductors R required for the circuit according to FIG. 10 (2 J) and according to FIG. 9 (1 J), which are routed around the outside of the core, are not traversed by the current in the circuit according to FIG. 11 (4 J). It can be seen, however, that more connection terminals and thus also more liquid-tight or gas-tight bushings are required than in the solution shown in FIGS. 6 to 8.
In addition, two separate switching devices U1 and U2 are required, which are spatially far apart from the head design of the transducer, which is still associated with this solution, because of the stretched conductor routing. This results in an increased possibility of errors, since both switching devices cannot be viewed at the same time and must be switched one after the other. That means z. For example, in the case of a high-voltage converter of the 220 series, climbing up to the top of the converter twice.
As a result of the division of all primary conductors into four individual conductors, the dynamic strength of a single conductor wall cannot be achieved in the circuit according to FIG. 11 (4J), especially since it is necessary to spread the current conduction on both switching devices.
In a particularly expedient embodiment of the switching device, the switching device has two busbars which are arranged in parallel and are connected to the current transformer connection bolt, which are connected with terminal bolts in such an arrangement opposite to those with the straight conductor or
The connection elements of the switching device connected to the various windings are equipped so that, through one and the same strap serving as a switching bridge, either both busbars with the corresponding connecting elements located between them for the largest current range and one of the two busbars with the corresponding connecting elements for the smaller current ranges in the course of the respective busbar connection elements or for each of the selectable current ranges both busbars with the corresponding connection elements between them.
th are interconnectable.
The switching device designed in this way avoids incorrect switching in each switching case due to the use of only a single tab.
In FIGS. 12 and 13, the head part 101 of a current transformer is shown in different views. As is customary with current transformers with high current strengths, double connection bolts 102e are fastened on the input side and double connection bolts 102a are fastened on the output side. As can be seen from the further FIGS. 14 to 19, the double connection bolts 102e are connected to one another via a copper bar 103e.
Two power supply units arranged in parallel and connected to the double connection bolts 102e
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Rails 104 and 105 lead to the switch plate 106 which tightly seals the head part 101 and which is located under the cover 107. Connection elements (bolts) also protrude through the switchover plate 106 in an oil-tight or gas-tight arrangement.
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 14 to 16, the four bolts 108 of these bolts are connected in parallel with a primary conductor which passes through the window of the converter core as a single conductor for the current strength 4 J. The other two parallel-connected bolts 109 are connected to the converter core z. B. connected in a single turn comprehensive primary conductor, which is connected in series with the aforementioned single conductor for the current 2 J.
The other two bolts 110 connected in parallel are connected to a further primary conductor comprising the converter core in several turns, which is connected in series with the aforementioned primary conductors for the current intensity J.
If the terminal bolts 111 and 112 attached to the busbars 104 and 105 are connected to the four bolts 108 located between the busbars 104 and 105, the current transformer is switched by switching on the primary conductor for the current strength 4J. If a connection between the terminal bolts 112 of the busbar 105 and the two bolts 109 is established, the current transformer is switched for the current strength 2 J by the connection of the two primary conductors in series (single conductor and one turn).
If the terminal bolts 111 of the busbar 104 are connected to the two bolts 110, the current transformer is switched for the current intensity J by switching on the three primary conductors already mentioned in series (single conductor, one turn and several turns).
To produce these optional connections for 4 J, 2 J or J, the tab 113, which is here designed as a hinge in the transverse direction, is used. In the switching example (4 J) shown in FIG. 14, the tab 113 is unfolded and thereby connects the terminal bolts 111 and 112 of the two busbars 104 and 105 with the four bolts 108.
In the circuit example (2J) shown in FIG. 15, the tab 113 is folded up to reduce the space requirement - smaller contact surfaces are sufficient for the lower current strength 2J - so that it is only half as long; it connects the terminal bolts 112 of the busbar 105 with the two bolts 109. In the circuit example (J) shown in FIG. 16, the tab 113 is also folded, since it only closes the terminal bolts 111 of the busbar 104 with the two bolts 110 need to connect.
In FIGS. 17 to 19, the terminal bolts 111 'and 112' are arranged one below the other on their associated busbars 104 'and 105' so that the various interconnections for the currents 4 J, 2 J or J with the between the busbars 104 'and 105', the bolts l08 ', 109' or 110 'are carried out through the bracket 113', which is designed as a hinge in the longitudinal direction to save space.
The bracket 113 'is shifted in height for switching. For the current strength 4, the tab 113 'is unfolded (FIG. 17) and for the current strengths 2 J (FIG. 18) and J (FIG. 19) the tab 113' is folded up. The tab 113 'is always attached to the two busbars 104' and 105 '.