Stromwandler (CTs)
Stromwandler (CTs) sind spezielle elektrische Instrumente, die zur Messung und Überwachung von Wechselstrom (AC) oder zur Erkennung erhöhter Stromstärken in Energiesystemen eingesetzt werden. Diese Instrumente erfüllen eine wesentliche Funktion bei der Gewährleistung des Schutzes und der Ermöglichung präziser Messanwendungen. Durch die effektive Reduzierung hoher Stromwerte auf ein standardisiertes Niveau gewährleisten Stromwandler die sichere Durchführung von Messungen und ermöglichen den ordnungsgemäßen Betrieb der miteinander verbundenen Geräte im System.
Die Primärwicklung besteht aus einer einzigen Windung mit großem Querschnitt, die in Reihe mit dem Hochstromleiter geschaltet ist. Die Sekundärwicklung besteht aus vielen Windungen mit kleiner Querschnittsfläche. Zur Strommessung wird die Sekundärspule mit einem normalen Amperemeter verbunden.
Funktionsprinzip des Stromwandlers
Stromwandler nutzen das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, um effektiv zu funktionieren. Diese Geräte bestehen aus zwei wesentlichen Elementen: Primär- und Sekundärwicklung. Die Primärwicklung ist in Reihe mit dem Hochstromkreis geschaltet und erzeugt ein Magnetfeld proportional zum fließenden Strom.
Im Gegensatz dazu ist die Sekundärwicklung mit Geräten verbunden, die der Messung oder dem Schutz dienen. Sie ist bewusst mit einer unterschiedlichen Windungszahl im Vergleich zur Primärwicklung ausgelegt, wodurch das Übersetzungsverhältnis festgelegt wird. Folglich erzeugt die Sekundärwicklung einen Strom, der die Proportionalität des Primärstroms genau widerspiegelt.
Stromwandler sind grundsätzlich Aufwärtstransformatoren, die die Spannung erhöhen und den Strom in der Sekundärwicklung verringern.
Bei Transformatoren entspricht das Verhältnis von Sekundär- und Primärstrom dem Verhältnis der Windungen in der Primär- und Sekundärwicklung, wie folgt:
Im Fall des Stromwandlers ist das Windungsverhältnis recht hoch und daher ist das Verhältnis zwischen Sekundär- und Primärstrom deutlich hoch.
Die CT-Verhältnisse liegen im Allgemeinen in der Größenordnung von 500:2, 200:1. Das CT-Verhältnis 500:2 impliziert die Umwandlung von einem Primärstrom von 500 A in einen Sekundärstrom von 2 A.
Arten von Stromwandlern
Stromwandler gibt es je nach Bauart und Isolierung in verschiedenen Ausführungen. Sie werden in zwei große Kategorien eingeteilt: Innen- und Außentypen.
Stromwandler für den Innenbereich
Innenraum-Stromwandler werden in Innenräumen eingesetzt und lassen sich je nach Konstruktion in drei Haupttypen einteilen:
1: Stab-CT
Diese Stromwandler verwenden metallische Stäbe als Primärwicklung und werden daher Stabstromwandler genannt.
2: Schlitz-/Fenster-/Ring-CT
Diese Stromwandler sind hohl geformt und der Primärleiter wird von innen nach außen in dieser Öffnung platziert:
3: Split-Core-CT
Es handelt sich um einen speziellen Stromwandlertyp, der in zwei Teile geteilt werden kann. Diese Art der Anordnung kann einen einfachen Zugang zum Öffnen der Struktur und der Wicklungen ermöglichen.
3: Wundtyp-CT
Die Primärwicklungen dieser Stromwandler sind um den zentralen Kern gewickelt. Die Anzahl der Windungen muss beliebig größer als eins sein.
Innenraum-Stromwandler können auch nach der Isolierung unterteilt werden; Dazu gehören bandisolierte Stromwandler und gießharzisolierte Stromwandler.
Stromwandler für den Außenbereich
Freiluftstromwandler werden im Freien installiert und können aufgrund ihres Funktionsprinzips unterteilt werden. Da sie sich im Freien befinden, benötigen sie für ihren Betrieb sowohl Isolierung als auch Kühlung. Als Isoliermedium wird meist Transformatorenöl verwendet. Ölgefüllte Stromwandler werden weiter wie folgt klassifiziert:
1: Live-Tank Typ CT
Live-Tank bedeutet, dass der CT-Tank auf Systemspannung gehalten wird. Der Schwerpunkt liegt in der Höhe.
2: Dead Tank Typ CT
Toter Tank bedeutet, dass der CT-Tank auf Erdpotential gehalten wird. Der Schwerpunkt liegt niedriger als bei Live-Tank-CTs.
Messstromwandler
Diese Stromwandler werden ausschließlich zu Mess- und Anzeigezwecken verwendet. Stromwandler vom Messtyp sind auf Genauigkeit der Messfunktionen innerhalb des Nennstroms ausgelegt. Sobald der Strom die Nenngrenzen überschreitet, gehen Mess-Stromwandler in die Sättigung, um den weiteren Stromzufluss zu begrenzen. Allerdings weisen Messstromwandler im Vergleich zu Schutzstromwandlern geringere Bürdenwerte auf. Eine Messklasse CT wird meist durch drei Parameter repräsentiert.
Zu diesen Parametern gehören Genauigkeit, Messklasse und Belastung des Stromwandlers. Unterhalb von CT liegt die Fehlergrenze bei 0,3 %, die Messklasse ist mit „B“ gekennzeichnet und die Last beträgt 0,9 Ω.
Schutzstromwandler
Diese Stromwandler werden ausschließlich für Schutzfunktionen eingesetzt. Diese Stromwandler arbeiten in einem weiten Bereich von Nenn- und Fehlerströmen. Schutz-Stromwandler zeigen daher eine lineare Reaktion bis zum 20-fachen ihres Nennstrompegels. Schutzstromwandler werden durch ihre „C“-Werte gekennzeichnet, die das Fehlerverhältnis und die Klemmenspannungswerte angeben.
Bei Stromwandlern der Klasse C liegt die Fehlergrenze unter 3 %, die Standardbürde beträgt 2 Ω und die Sekundärspannung beträgt 200 V.
Windungsverhältnis von Stromwandlern
Höhere Stromwandlerverhältnisse können in kleinere umgewandelt werden, indem die Anzahl der Schleifen in der Primärspule verändert wird. Stellen Sie sich eine normale Konstruktion eines 300/5A-Stromwandlers vor, bei der sich eine einzelne Primärspule über das Fenster windet, was als One-Pass-Stromwandler bezeichnet wird. Dasselbe kann neu konfiguriert werden, indem die Primärspule zwei- oder dreimal über das Fenster geführt wird, das als Zwei- oder Drei-Durchgangs-CT bezeichnet wird.
Mit zwei Durchgängen der Primärspule können 300/5 A in den entsprechenden Stromwandler von 150/5 A umgewandelt werden. In ähnlicher Weise kann mit drei Durchgängen der Primärspule 300/5 A in den entsprechenden 100/5 A-Stromwandler umgewandelt werden.
Beispiel: Sekundärstrom und -spannung berechnen
Betrachten Sie einen Stabstromwandler mit fünf Primärwindungen und 300 Sekundärwindungen, der in Verbindung mit einem Amperemeter mit einem Innenwiderstand von 0,5 Ohm verwendet wird. Das Amperemeter sollte den vollen Skalenausschlag liefern, wenn der Primärstrom 1000 A erreicht.
Der Sekundärstrom ergibt sich aus:
Berechnung der Spannung mit dem Ohmschen Gesetz:
Abschluss
Stromwandler sind Messwandler zur Messung von Strömen hoher Stärke, die mit herkömmlichen Amperemetern nicht gemessen werden können. Stromwandler erfüllen sowohl Mess- als auch Schutzfunktionen in elektrischen Netzen.