189074. lajstromszámú szabadalom • Egyenes tengelyű tekercsekből összeállított mágneses feszültségmérő árammérés céljára
1 189 074 2 A találmány tárgya olyan árammérésre szolgáló mágneses feszültségmérő, amely nyitható kivitel mellett kis zavarérzékenységgel is rendelkezik. A mágneses feszültségmérés elvét mintegy száz éve publikálták először (Chattock, A. P.: On a magnetic potentiometer - Phil. Mag. and I. of Science. Band 24. 1887. p. 94-96). Az első mágneses feszültségmérők kb. 50 cm hosszú hajlékony szigetelőanyag-szalagra egyenletesen feltekercselt huzalból készültek. A tekercsben indukált villamos feszültség nyitott tekercs esetén a tekercs végei között lévő mágneses feszültségkülönbséggel, zárt tekercs esetén a tekercs által átfogott gerjesztéssel, illetve árammal arányos. A kezdetben csak mágneses feszültségmérésre készített tekercseket egyre nagyobb mértékben kezdték alkalmazni árammérés céljára. Tekintettel arra, hogy többnyire nagyáramú sínek vagy kábelek áramát (gerjesztőáram) kell mérni, a mérőtekercseket osztható vagy nyitható kivitelben célszerű elkészíteni, amely egyúttal az egyszerűbb gyárthatóság követelményét is kielégíti. Ez utóbbi követelmény általában nem került előtérbe, mert ezeknek az egyedileg vagy kis sorozatban gyártott tekercseknek elsősorban a pontos mérés igényeit kellett teljesíteniük. így csak ezen célnak alárendelve jelentkezett az egyszerű gyárthatóság igénye, és más egyéb követelmény (pl. helyigény) is. Egy szinuszos áram mérésére szolgáló ideális mágneses feszültségmérő a következő pontossági kritériumoknak felel meg: 1. A mérőtekercsben indukált feszültség független a mérőtekercs és az általa átfogott gerjesztő vezetők kölcsönös helyzetétől és 2. a tekercsen kívül elhelyezkedő külső gerjesztő vezetők nem indukálnak a mérőtekercsben feszültséget (zavarfeszültség). Azek a kritériumok a mágneses feszültségmérő és a gerjesztő áram egymáshoz képest rögzített helyzete esetén elegendően nagy távolságok betartásával tetszőleges pontossággal teljesíthetők. A gyakorlatban azonban a méretek növelésének korlátja van, így ezen mérethatáron belül maradva magával a mágneses feszültségmérő kialakításával kell az ideális esetet legalább az előírt pontosság határáig megközelíteni. A pontossági kritériumok betartásának egyik alapfeltétele, hogy a zárt mérőtekercs vagy egyenes tengelyű tekercsekből készüljön, vagy állandó görbületű (kör alakú) tengellyel rendelkező tekercs legyen. Az egyenes tengelyű tekercsekből kialakított mágneses feszültségmérő tekercsei gyárthatók a legegyszerűbben és a legpontosabb kivitelben. Ezen mágneses feszültségmérők áramjeladóként jól alkalmazhatik, mert bontható kivitelűek, így nagyáramú sínekre, vezetékekre a sínkötések megbontása nélkül is rászcrclhctők. Bizonyos esetekben csak bontható kivitelű áramjeladó használható a vezetékek csatlakozó szerelvényeinek (pl. saruinak) nagy méretei miatt. Az egyenes tengelyű tekercsekkel azonban nem fogható át hézagmentesen a gerjesztő vezető. Az egyes tekercsek közötti illesztési hézagok miatt az ilyen mágneses feszültségmérők nem teljesítik az első és második pontossági kritériumot. Az illesztési hézagokból eredő hibák csökkentésére régebben a tekercsvégek közelében járulékos meneteket vagy tekercseket helyeztek el. Ezen módszerek hatásossága nagymértékben függ a tekercsvégek közelében a mágneses térerősség eloszlásától. Mivel ez a téreloszlás a mérőtekercs és a gerjesztő vezetők kölcsönös helyzetének függvénye, a járulékos menetek vagy tekercsek alkalmazásával az árammérés pontossági kritériumai nem teljesülnek. Közös síkban fekvő, négy egyenes tengelyű tekercsből összeállított mágneses feszültségmérőt (pl. BSD 8520 típusú) alkalmaz a Siemens cég áramjeladóként elektronikus túláramvédelem táplálására. Ennek a nagy illesztési hézagokkal rendelkező áramjeladónak a hibája is viszonylag nagy. A védelem által előírt pontossági igények csak úgy tarthatók be, ha a tekercsek és az általuk átfogott gerjesztő vezető kölcsönös helyzetét rögzítik, illetve a tekercsek külső burkolatával, vagy más módon megakadályozzák, hogy a tekercseken kívül elhelyezkedő vezetők túlságosan közel kerüljenek az áramjeladóhoz. Az egyenes tengelyű tekercsekből összeállított mágneses feszültségmérők illesztési hézagai miatt fellépő hiba csökkentésének fizikailag megalapozott módszere az 1 079 192 Isz. NSZK szabadalmi leírásból ismerhető meg. Eszerint az illesztési hézagokat mágnesesen árnyékolták oly módon, hogy a tekercsvégeket vaslemezcsomagokban kialakított üregekben helyezték el. A módszer alkalmazásával árammérés céljára igen nagy pontosságú mágneses feszültségmérők készíthetők. Ezeknek a méretei azonban a mérendő áram növekedésével jelentősen megnőnek. A mágneses árnyékolás csak addig hatásos ugyanis, amíg az árnyékoló vas a gerjesztő vezető által létrehozott térerősség hatására nem kezd telítődni. Nagyobb gerjesztő áram esetén az árnyékoló lemezcsomagot a belső és külső gerjesztő vezetőktől távolabb kell elhelyezni. Mivel az árnyékoló vas telítődése a gerjesztő vezetők helyzetétől is függ, ezzel a megoldással adott méretek esetén csak egy bizonyos gerjesztőáram-értékig teljesíthetők a pontossági kritériumok. Áttekintve a tekercsek közötti illesztési hézagokból eredő hibák csökkentésének eddig alkalmazott főbb gyakorlati megoldásait, a következőket állapíthatjuk meg: — a járulékos menetek vagy tekercsek beépítésével a pontossági kritériumok nem teljesíthetők, tehát ezen megoldások a hibák csökkentésére nem alkalmasak; — a Siemens cég által alkalmazott áramjeladó hibái csak olyan kényszermegoldással (az áramjeladónak a zavaró gerjesztéstől való távoltartása) csökkenthetők, amelyek az érzékenység növekedése nélkül növelik a méreteket; — az illesztési hézgok mágneses árnyékolása adott 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
