189699. lajstromszámú szabadalom • Mágneses feszültségmérő árammérés céljára
1 A találmány tárgya olyan árammérésre szolgáló mágneses feszültségmérő, amely nyitható kivitel mellett kis zavarérzékenységgel is rendelkezik. A mágneses feszültségmérés elvét mintegÿ száz éve publikálták először fChattock, A.P.: On a magnetic Ktentiometer — Phil. Mag. and I. of Science. Band . 1887. p. 94-%). Az első mágneses feszültségmérők kb. 50 cm hosszú hajlékony szigetelőanyag-szalagra egyenletesen teltekére seit huzalból készültek. A tekercs esetén a tekercs végei között lévő mágneses feszültségkülönbséggel, zárt tekercs esetén a tekercs által átfogott gerjesztéssel ill. árammal arányos. A kezdetben csak mágneses feszültségmérésre készített tekercseket egyre nagyobb mértékben kezdték alkalmazni árammérés céljára. Tekintettel arra, hogy többnyire nagyáramú sinek 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 árammérés céljára szolgáló ideális mágneses feszültségmérő a következő pontossági kritériumoknak felel meg: 1. A mérőtekercsben indukált feszültség független a mérőtekercs és a4 általa átfogott vezetők kölcsönös helyzetűtől, valamint a 2. gerjesztőáram változási sebességétől, továbbá 3. a tekercsen kívül elhelyezkedő külső gerjesztő vezetők nem indukálnak a mérőtekercsben feszültséget (zavarfeszültség). A második kritérium rögzített gerjesztőáramváltozási sebesség (pl. szinuszos váltakozóáram) mellett automatikusan teljesül. Az első harmadik kritérium közül az egyik teljesítésével a másikat is kielégítjük. Ezek 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 r Vetek növelésének korlátja van, így ezen mérethatárol» jelül 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 (köralakú) tengellyel rendelkező tekercs legyen. Az egyenes tengelyű tekercsekből kialakított, továbbá a köralakú nyitható kivitelű mágneses feszültségmérővel nem fogható át hézagmentesen a gerjesztő vezető. Az egyes tekercsek közötti illesztési hézagok miatt az ilyen mágneses feszültségmérők nem teljesítik az első és harmadik 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 vezeték kölcsönös helyzetének függvénye, a járulékos menetek vagy tekercsek alkalmazásával az arammérés pontossági kritériumai nem teljesülnek. Az egyenes tengelyű tekercsekből összeállított mágneses feszültségmérők 2 2 Illesztési hézagai miatt fellépő hiba csökkentesének fizikailag megalapozott módszere Koppelmann i960, nov. 3-án elfogadott szabadalmából (D.B.P. 1079192)1 ismerhető meg. E szerint 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 merendő áram növekedésével jelentősen megnőnek. A mágneses árnyékolás csak addig hatásos ugyanis, amig az árnyékoló vas a gerjesztő vezető által létrehozott térerősség hatására nem kezd telítődni. Nagyobb gerjesztő áram esetén az árnyékdó lemezcsomagot a belső és külső gerjesztő vezetőktől távolabb kell elhelyezni. Mivel az árnyékoló vas telítődése a gerjesztő vezeték helyzetétől is függ, ezzel a megoldással csak egy bizonyos gerjesztőáramértékig teljesíthetők a pontossági kritériumok. Ez a határáram annak az áramnak-felel meg, amely az árnyékoló lemezcsomag felületére helyezett gerjesztő vezetőben folyik. Az 50 Hz-es frekvenciájú határáram effektiv értéke kb. 3-4 kA. Az ennél nagyobb gerjesztőáramra készített mágnesesen árnyékolt mágneses feszültségmérők tehát nem tekinthetők ideálisnak és geometriai méreteik is nagyok. Megállapítható tehát, hogy az illesztési hézagok hibáinak csökkentésére a járulékos menetek vagy tekercsek nem, a mágneses árnyékoló pedig csak 3-4 kA-nál kisebb gerjesztőáramok esetén alkalmazható. Ezen megoldások másik hátránya, hogy a mágneses feszültségmérő geometriai méreteit az érzékenység növekedése nélkül növelik meg. Az utóbbi időben az 50 Hz-es váltakozóáramú villamos berendezések túlterhelés és zárlat elleni védelmét egyre inkább elektronikus védelmek látják el. Ezen megoldások védelmi célokat szolgáló áramjeladóknak igen széles áramtartományban (10-105 A) néhány % pontossággal kell lineáris átviteli tulajdonsággal rendelkezniük, tehát a gerjesztőárammal arányos feszültségjelet szolgáltatniuk. A kis áramok megfelelő átvitele által megszabott nagy értékenység betartása mellett csak kis geometriai méretű áramjeladók készíthetők. Méreteikkel ugyanis egy villamos készülék (pl. megszakító)áramútjához és fázistávolságához kell alkalmazkodni. A nagyáramú vezetőket (pl. egy megszakító áramújának vezetékeit) átfogó áramjeladónak bontható kivitelűnek is kell lennie, hogy az a csatlakozó szerelvényekkel (pl. sarukkal) ellátott vezetékre rászerelhető legyen. Ezeknek a védelmi szempontok által megszabott követelményeknek már nem felelnek meg a mágneses feszültségmérők eddig alkalmazott kiviteli és másfajta áramjeladók sem biztosítják a feladat megoldását. Célunk az volt, hogy dyan - gerjesztőáram széles tartományában lineáris, nagy érzékenységű és kis f;eometriai méretekkel rendelkező bontható kiviteű - mágneses feszültségmérőt hozzunk létre, amely a pontossági kritériumokat az igények szerint teljesíti és megfelel az egyszerű gyárthatóság követelményeinek is. A találmányt rajzok alapján ismertetjük. A mellékelt rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti mágneses feszültségmérő tekercseinek elrendezését, a 2. ábra a szigetelő burkolattal ellátott, találmány szerinti mágneses feszültségmérőt és a 3. ábra ugyanezt a mágneses feszültségmérőt mu-189.699 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
