DE3045954C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tauchkernspule zum Einsatz als Erdschlußlöschspule in Versorgungsnetzen, mit nur einem axial einseitig angeordneten Tauchkern, der in Achsrichtung in einer auf ihren Außenseiten von Rückschlußschenkeln und Jochen eines Eisenkreises umfaßten Wicklung mit kreisringförmigem Quer­ schnitt verstellbar ist, mit einem aus Isolierwerkstoff be­ stehenden, in den unbeweglichen Teil des Eisenkreises fest eingespannten Wickelzylinder, dessen Innenseite als Gleit­ bahn und Führung für das in die Wicklung eintauchende freie Ende des Tauchkerns dient und mit einer koaxial zum Tauch­ kern einseitig gelagerten Spindel zum Antrieb des Tauchkernes (DE-A-14 88 841).

Zerstörerische Auswirkungen von Erdschlüssen zwischen Span­ nung führenden Leitern und Erde in elektrischen Versorgungs­ netzen auf nur mittelbar beteiligte Bauteile und Geräte wer­ den üblicherweise durch den Einsatz von Induktivitäten, soge­ nannten Erdschlußlöschspulen gemildert oder ganz vermieden. Die Erdschlußlöschspulen werden auf die Erdkapazitäten des zu schützenden elektrischen Versorgungsnetzes so abgestimmt, daß an der Erdschlußstelle der kapazitive Erdschlußstrom durch den induktiven Strom kompensiert ist. Sofern der Licht­ bogen an der Fehlerstelle durch die Kompensation nicht er­ lischt, fließen dort nur relativ leicht beherrschbare Rest­ ströme, bestehend aus dem Wirkstromanteil des Erdschluß­ stromes, den Ableitungsverlusten über die Isolierung gegen Erde und den Oberschwingungsströmen.

Versorgungsnetze mit veränderlicher Ausdehnung und mit daher unterschliedlichem Erdschlußstrom werden zweckmäßigerweise mit stufenlos veränderbaren Induktivitäten in Tauchkernbau­ weise ausgerüstet. Gesteuert von einer entsprechenden zu­ sätzlichen Beschaltung, wird die Induktivität der Tauchkern­ spule auf den dem jeweiligen Netzzustand entsprechenden Kom­ pensationsstrom eingestellt.

In der durch die DE-A-14 88 841 bekannten Bauweise für der­ artige Tauchkernspulen werden Anordnungen mit zwei Tauch­ kernen verwendet, von denen einer in einer mittleren Stel­ lung fest eingebaut und der andere mittels einer koaxial zum Tauchkern einseitig gelagerten Spindel zwischen Grenz­ werten in Achsrichtung verschiebbar ist. Durch Verschieben dieses Tauchkerns in einem Wickelzylinder, dessen Innenseite als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung eintau­ chende Ende des Tauchkerns dient, wird der Abstand der bei­ den Tauchkerne voneinander und damit die Größe der Induktivi­ tät der Tauchkernspule insgesamt verändert.

Bei dieser Anordnung ragt der fest eingebaute Tauchkern unab­ hängig von der jeweiligen Einstellung in die Wicklung hinein und ruft dadurch besonders in den Tauchkerneinstellungen für niedrige Ströme eine ungünstige magnetische Feldverteilung hervor, was eine ungünstige Beaufschlagung des Eisenkernes zur Folge hat. Wenn dabei die metallische Spindel zur Bewe­ gung des oberen Tauchkernes bis in den Raum zwischen den Tauchkernen geführt ist, wird sie bei ausgezogenem oberen Tauchkern dem Hauptmagnetfeld ausgesetzt, wodurch hohe Wirbelstromverluste auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Tauch­ kernspulen der eingangs genannten Art eine Anordnung zu schaffen, die trotz sehr einfachem Aufbau betriebssicher arbeitet und dabei einerseits die elektromagnetisch ausge­ nutzte Werkstoffmenge des Antivteils bei möglichst vielen Tauchkernstellungen weitgehend gleichmäßig belastet und Wirbelstromverluste in Konstruktionsteilen weitgehend ver­ meidet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Anordnung der unbeweglichen Teile des Eisenkreises außerhalb des von der Wicklung umfaßten Raumes ist eine von der Tauchkernstellung unabhängige gleichmäßige Belastung der Wicklung bei einfachem Aufbau der Tauchkernspule gewährlei­ stet. Die Ausführung der Spindel aus metallischem Werkstoff sowie die Lagerung des freien Endes des Tauchkernes zwischen federbelasteten Rollen tragen entscheidend zur Betriebssicher­ heit der Anordnung bei. Dabei ist die Verwendung metallischen Werkstoffes für die Spindel zulässig, weil diese infolge ihrer Anordnung außerhalb des Eisenkreises von Belastungen durch Wirbelströme frei bleibt.

Aus der US-PS 27 31 608 ist eine Tauchkernspule bekannt, deren Tauchkern am von der Wicklung abgewandten Ende ein senkrecht zur Achse gerichtetes gabelförmiges Teil aufweist, an dem zwei Rollen befestigt sind, die sich entlang einem dazwischen liegenden und parallel zur Achse verlaufenden Führungsglied bewegen. Die DE-Anmeldung L 18 992 VIII b/21d² zeigt eine regelbare Drosselspule, deren Wicklung aus axial übereinander angeordneten elektrisch parallel­ geschalteten Wicklungsgruppen besteht und deren Tauchkern über die gesamte Spulenlänge bewegbar ist.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorge­ sehen, daß Teilquerschnitte des Wickelleiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmäßig über die gesamte Wicklungs­ länge verteilt sind, daß der Tauchkern mit Kufen aus Kunst­ harz auf der Innenseite des Wickelzylinders gleitet und daß der Wickelzylinder durch auf seinen Außenmantel aufgepaßte Halteplatten geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpreßeinrichtung abstützen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen auch darin, daß die dem in die Wicklung eintauchenden Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des un­ beweglichen Teiles des Eisenkreises in einer Ebene liegen und daß mindestens die Enden der Blechlamellen in dem dem freien Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Teil des unbeweg­ lichen Eisenkreises miteinander verklebt sind. Dabei besteht der unbewegliche Teil des Eisen­ kreises aus mehreren Rückschlußschenkeln und mit diesen ver­ bundenen oberen und unteren Jochstümpfen, wobei die unteren Jochstrümpfe mit grober Verzahnung ineinandergreifen.

Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung einer Tauch­ kernspule ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht eine gleichmäßige Ausnutzung des eingesetzten Werkstoffes und eine im Sinne einer rationellen Fertigung günstige Gestaltung der einzelnen Bauteile und Baugruppen. Dies ist insbesondere durch den Verzicht auf einen zweiten, feststehenden Tauchkern ge­ währleistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In einem ölgefüllten Kessel 1 ist der Aktivteil einer Tauchkernspule aufgestellt. Ein Eisenkreis des Aktiv­ teiles besteht aus Rückschlußschenkeln 2, unteren Jochen 3, oberen Jochen 4 sowie einem Tauchkern 5 und steht mit Füßen 9 auf dem Boden des Kessels 1.

Der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus den Rück­ schlußschenkeln 2 sowie den Jochen 3 und 4 umfaßt räum­ lich eine Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6, die axial übereinander fest auf einen Wickelzylinder 7 aufge­ bracht sind. Dabei sind vier Rückschlußschenkel 2 gleich­ mäßig auf den Umfang der Wicklungsanordnung verteilt, deren Stirnseiten von den rechtwinkelig mit den Rück­ schlußschenkeln 2 verbundenen Jochen 3 und 4 überdeckt werden.

Die freien Enden der unteren Joche 3 sind stufenförmig ausgebildet und greifen mit grober Verzahnung ineinander. Sowohl die Rückschlußschenkel 2 als auch die Joche 3 und 4 sind aus in achsparallelen Ebenen geschichteten Blech­ lamellen zusammengesetzt, die durch eine nicht näher dar­ gestellte Preßvorrichtung zusammengehalten sind. Zur Ent­ lastung dieser Preßvorrichtung und gleichzeitig zur Unter­ drückung von Geräuschen sind die Enden der Blechlamellen in den freien Enden der Joche 3 und 4 miteinander verklebt.

Die von dem unbeweglichen Teil des Eisenkreises umfaßten Wicklungsgruppen 6 sind elektrisch parallel geschaltet und enthalten alle eine gleiche Anzahl von Windungen. Durch die elektrische Parallelschaltung sind praktisch die Querschnitte der Leiter in den einzelnen Wicklungs­ gruppen 6 jeweils lediglich als Teilquerschnitte eines entsprechend der Anzahl von Wicklungsgruppen 6 aufge­ teilten Wickelleiters. In Achsrichtung auf die Wicklungs­ gruppen 6 einwirkende Kräfte werden von Halteplatten 8 aufgenommen, die ihrerseits in nicht dargestellter Weise von der Preßvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises gehalten sind.

Anstelle der dargestellten Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6 kann auch eine aus einer spiralig aufgewickelten Folie bestehende Wicklung eingesetzt werden, in der die Folienbreite gleich der axialen Wicklungslänge ist. Diese sogenannte Folienwicklung ist besonders in den Fällen zweckmäßig, in denen verhältnis­ mäßig kleine Nennspannungen der Wicklung vorhanden sind, so daß nur relativ wenige Windungen vorzusehen sind und damit der zur Isolierung der Windungen voneinander er­ forderliche Raum nicht zu unwirtschaftlich niedriger Belegung des Wickelraumes mit Wickelleiter selbst führt.

Der in die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in die Wicklungsanordnung aus den Wicklungsgruppen 6 ein­ tauchende Tauchkern 5 ist an seinem unteren Ende unmittel­ bar von der Innenseite des Wickelzylinders 7 geführt. Da­ bei dienen zur Verminderung der Reibkräfte und der hierzu proportionalen Verschleißerscheinungen Kufen 10 aus Kunstharz, die in Aussparungen am unteren Ende des Tauch­ kernes 5 eingesetzt sind und durch einen Sicherungsring 11 in ihrer Einbaulage festgehalten sind. Die Kufen 10 ragen in radialer Richtung geringfügig aus der Kontur des vorzugsweise radial geblechten Tauchkernes 5 heraus und verhindern dadurch unmittelbare Berührungen zwischen der Oberfläche des Tauchkernes 5 und dem in üblicher Weise aus Hartpapier hergestellten Wickelzylinder 7.

Der die Öffnung zwischen den freien Enden der oberen Joche 4 durchsetzende Tauchkern 5 ist oberhalb der Joche 4 zwischen kugelgelagerten Rollen 14 geführt, die von Führungsbolzen 13 getragen sind. Die Führungs­ bolzen 13 ihrerseits sind in Lagerblöcken 12 gelagert und drücken die kugelgelagerten Rollen 14 durch ent­ sprechend vorgespannte Tellerfedern 16 gegen den Tauch­ kern 5. Die Lagerböcke 12 sind in nicht näher darge­ stellter Weise ebenso wie die Halteplatten 8 für den Wickelzylinder 7 mit der Preßvorrichtung für den unbe­ weglichen Teil des Eisenkreises verbunden.

Der mechanische Antrieb des Tauchkernes 5 erfolgt über eine nur oben gelagerte, zur Vermeidung von Wirbel­ stromverlusten nicht in den Raum zwischen dem Tauch­ kern 5 und den unteren Jochen 3 hineinragende Spindel 17 mit Trapezgewinde, die in eine entsprechend gestaltete und fest in den Tauchkern 5 eingepaßte Mutter 18 ein­ greift. Das freie Ende der Spindel 17 ist bis über den Deckel des Kessels 1 geführt und dort mit einem vorzugs­ weise elektromotorischen Antrieb gekuppelt, der durch Drehen der Gewindespindel 17 den Tauchkern 5 in die je­ weils erforderliche Stellung innerhalb der Wicklungs­ anordnung und dem unbeweglichen Teil des Eisenkernes bringt. Dabei sind im wesentlichen lediglich die den Luftspalt zwischen dem unteren Ende des Tauchkernes 5 und dem unteren Joch 3 flankierenden Wicklungsgruppen 6 stromführend, weil der magnetische Spannungsfall im wesentlichen in diesem Bereich auftritt.

Claims (7)

1. Tauchkernspule zum Einsatz als Erdschlußlöschspule in Ver­ sorgungsnetzen, mit nur einem axial einseitig angeordneten Tauchkern (5), der in Achsrichtung in einer auf ihren Außen­ seiten von Rückschlußschenkeln (2) und Jochen (3, 4) eines Eisenkreises umfaßten Wicklung (6) mit kreisringförmigem Querschnitt verstellbar ist, mit einem aus Isolierwerkstoff bestehenden, in den unbeweglichen Teil (2, 3, 4) des Eisenkrei­ ses fest eingespannten Wickelzylinder (7), dessen Innenseite als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung (6) ein­ tauchende freie Ende des Tauchkernes (5) dient und mit einer koaxial zum Tauchkern (5) einseitig gelagerten Spindel (17) zum Antrieb des Tauchkernes (5), dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß alle der Stirnseite des in die Wicklung (6) eintauchen­ den Endes des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begren­ zungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises außerhalb des von der Wicklung (6) umfaßten Raumes liegen,
• - daß die Spindel (17) aus metallischem Werkstoff besteht und bei keiner Stellung des Tauchkerns (5) in den Raum zwischen Tauchkern (5) und unteren Jochen (3) hineinragt und
• - daß das aus der Wicklung (6) und aus dem unbeweglichen Teil (2, 3, 4) des Eisenkreises herausragende Ende des Tauchkernes (5) unmittelbar zwischen federnd gelagerten und mit dem unbeweglichen Teil des Eisenkreises verbundenen Rollen (14) geführt ist.

2. Tauchkernspule nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Teilquerschnitte des Wickel­ leiters jeder Windung wenigsten annähernd gleichmäßig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind.

3. Tauchkernspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkern (5) mit Kufen (10) aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickelzylinders (7) gleitet.

4. Tauchkernspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelzylinder (7) durch auf seinen Außenmantel aufgepaßte Halteplatten (8) geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung (6) sind und sich in axialer und radialer Richtung an einer Kernpreßeinrichtung abstützen.

5. Tauchkernspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem in die Wicklung (6) eintauchenden Ende des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisen­ kreises in einer Ebene liegen.

6. Tauchkernspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das unbewegliche Eisenteil aus in achsparallelen Ebenen geschichteten Blechlamellen zusammengesetzt und mindestens die Enden der Blechlamellen in dem dem freien Ende des Tauchkerns (5) gegenüberliegenden Teil (3) des unbeweglichen Eisenteiles miteinander verklebt sind.

7. Tauchkernspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus mehreren Rückschlußschenkeln (2) und mit diesen verbundenen oberen (4) und unteren (3) Jochen besteht und daß die freien Enden der unteren Joche (3) mit grober Verzahnung ineinandergreifen.