Die Berechnung eines Stromwandlerverhältnisses ist eine grundlegende Fähigkeit in der Elektrotechnik, die für die Auswahl von Stromwandlern, das Systemdesign und die Überprüfung bestehender Installationen erforderlich ist. Das CT-Verhältnis definiert das Verhältnis zwischen Primärstrom und Sekundärstrom und kann je nach verfügbaren Informationen und Zweck der Berechnung mit verschiedenen Methoden berechnet werden. Das Verständnis dieser Methoden ermöglicht es Ingenieuren, Stromwandler korrekt zu spezifizieren, Typenschilddaten zu überprüfen und Fehler bei Mess- und Schutzsystemen zu beheben.
Die grundlegendste Methode zur Berechnung des CT-Verhältnisses basiert auf dem Windungsverhältnis der Wicklungen. Das CT-Verhältnis entspricht der Anzahl der Sekundärwindungen dividiert durch die Anzahl der Primärwindungen oder äquivalent dem Primärstrom dividiert durch den Sekundärstrom. Die Beziehung kann wie folgt ausgedrückt werden: Ip / Is=Ns / Np, wobei Ip die Primärstromstärke, Is die Sekundärstromstärke, Ns die Anzahl der Sekundärwindungen und Np die Anzahl der Primärwindungen ist. Beispielsweise hat ein 400:5-Stromwandler ein Verhältnis von 400/5=80, was bedeutet, dass 400 Ampere auf der Primärseite 5 Ampere auf der Sekundärseite erzeugen. Dieser CT erfordert 80 sekundäre Umdrehungen für jede primäre Umdrehung.
Das CT-Verhältnis kann auch direkt aus den Nennwerten auf dem Typenschild berechnet werden. Das Nennverhältnis ist das Verhältnis des primären Nennstroms zum sekundären Nennstrom und wird als ungekürzter Bruchteil auf dem Typenschild angegeben, z. B. 200:5 oder 600:1. Das Verhältnis lässt sich auf seine einfachste Form reduzieren, indem man beide Zahlen durch ihren größten gemeinsamen Teiler dividiert. Beispielsweise kann ein Verhältnis von 300:5 auf 60:1 vereinfacht werden, und ein Verhältnis von 1000:5 kann auf 200:1 vereinfacht werden. Diese vereinfachte Form wird manchmal für schnelle Berechnungen vor Ort verwendet.
Wenn der Primärleiter mehr als einmal durch die CT-Öffnung geführt wird, ändert sich das effektive Verhältnis. Jeder Durchgang des Primärleiters durch den CT-Kern entspricht dem Hinzufügen einer Primärwindung. Das tatsächliche Verhältnis wird mit der Formel Ka=Kn × Nn / Na berechnet, wobei Ka das tatsächliche Transformatorverhältnis, Kn das auf dem Typenschild angegebene Transformatorverhältnis, Nn die Nennzahl der Primärwindungen (normalerweise 1) und Na die tatsächliche Anzahl der Primärwindungen ist. Beispielsweise hat ein Stromwandler mit einer Nennleistung von 400:5 A, bei dem der Primärleiter viermal durch die Öffnung geführt wird, ein effektives Verhältnis von 400 × 1 / 4=100:5 A. Diese Technik wird häufig verwendet, um einen Stromwandler für die Messung niedrigerer Primärströme anzupassen.
Das Verhältnis kann auch aus den gemessenen Primär- und Sekundärströmen berechnet werden. Diese Methode wird bei Inbetriebnahmetests und regelmäßigen Wartungsarbeiten verwendet, um zu überprüfen, ob der Stromwandler ordnungsgemäß funktioniert. Es wird Strom in den Primärkreis eingespeist (oder der tatsächliche Laststrom verwendet) und gleichzeitig der Sekundärstrom gemessen. Das Verhältnis wird dann wie folgt berechnet: CT-Verhältnis=Primärstrom ÷ Sekundärstrom. Wenn beispielsweise ein Primärstrom von 150 A einen Sekundärstrom von 3,75 A erzeugt, beträgt das Verhältnis 150 / 3.75=40:1, was normalerweise als 200:5 ausgedrückt wird (da 40 × 5=200). Diese Methode berücksichtigt alle tatsächlichen Fehler im CT und liefert einen echten Hinweis auf seine Leistung.
Bei Stromwandlern mit mehreren sekundären Anzapfungen oder Wicklungen hat jede Anzapfung ihr eigenes Übersetzungsverhältnis. Das Verhältnis für jeden Gewindebohrer kann mithilfe der Windungsverhältnismethode oder anhand der Typenschilddaten berechnet werden. Beispielsweise hätte ein Stromwandler mit einer 600:5-Hauptwicklung und einer 300:5-Anzapfung 120 Sekundärwindungen für die Hauptwicklung und 60 Windungen für die Anzapfung. Das Verhältnis zwischen den Anzapfungen wird durch die relative Anzahl der Windungen in jedem Abschnitt der Sekundärwicklung bestimmt.
Die Genauigkeit der Verhältnisberechnung hängt von der Genauigkeit der verwendeten Messungen ab. Bei auf Typenschildern-basierten Berechnungen hängt die Genauigkeit von der Genauigkeit der Typenschilddaten ab, die normalerweise sehr hoch ist. Bei aktuellen -basierten Berechnungen hängt die Genauigkeit von der Genauigkeit der aktuell verwendeten -Messinstrumente ab. Bei der Überprüfung der CT-Verhältnisse während der Inbetriebnahme sollten kalibrierte Instrumente mit einer Genauigkeit von mindestens 0,5 % verwendet werden, um sicherzustellen, dass das berechnete Verhältnis aussagekräftig ist.
Die Verhältnisberechnung wird auch von der Belastung und den Betriebsbedingungen beeinflusst. Das tatsächliche Übersetzungsverhältnis eines Stromwandlers weicht aufgrund des Erregerstroms und anderer Faktoren geringfügig vom Nennverhältnis ab. Das tatsächliche Verhältnis ergibt sich aus der Formel: Ip=√(I₀² + (nr × Is)² + 2 × I₀ × nr × Is × cos(90 Grad − − δ)), wobei I₀ der Erregerstrom, nr das Nennverhältnis und δ die Phasenwinkel in Bezug auf die Bürde sind. Dieser Detaillierungsgrad ist in der Regel nur für hochpräzise Messanwendungen erforderlich, bei denen die Differenz zwischen dem Nenn- und dem tatsächlichen Verhältnis berücksichtigt werden muss.
In der Praxis sind die gängigsten CT-Verhältnisberechnungen unkompliziert und können anhand der Typenschilddaten oder des Windungsverhältnisses durchgeführt werden. Der Schlüssel besteht darin, sicherzustellen, dass die richtigen Primär- und Sekundärströme verwendet werden und dass etwaige mehrfache Durchgänge des Primärleiters berücksichtigt werden. Für die meisten Anwendungen ist das auf dem Typenschild angegebene Verhältnis ausreichend und zusätzliche Berechnungen sind nur für spezielle Anwendungen oder zur Überprüfung der CT-Leistung während Tests erforderlich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Berechnung eines Stromwandlerverhältnisses mit mehreren Methoden erfolgen kann: anhand der Typenschilddaten, anhand des Windungsverhältnisses, anhand gemessener Ströme oder anhand der physikalischen Konstruktion des Stromwandlers. Jede Methode hat ihre geeignete Anwendung und die Wahl der Methode hängt von den verfügbaren Informationen und der erforderlichen Genauigkeit ab. Die Beherrschung dieser Berechnungsmethoden ist für jeden, der an der Spezifikation, Installation oder Wartung von Stromwandlern in elektrischen Energiesystemen beteiligt ist, unerlässlich.