Einführung
Ein Stromwandler (CT) ist ein wichtiger Messwandler, der zum Messen, Überwachen und Schützen elektrischer Systeme verwendet wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, einen hohen Primärstrom in einen niedrigeren Sekundärstrom umzuwandeln, der sicher an Messgeräte, Überwachungsgeräte und Schutzrelais angeschlossen werden kann.
Um den richtigen Stromwandler für eine elektrische Anwendung auszuwählen, ist es wichtig, seine grundlegenden Eigenschaften zu verstehen. Diese Eigenschaften bestimmen, wie genau und zuverlässig der Stromwandler unter normalen Betriebsbedingungen und bei Schutzanwendungen unter anormalen oder fehlerhaften Bedingungen arbeitet.
Zu den wichtigsten Merkmalen gehören Stromverhältnis, Nennprimär- und Sekundärstrom, Genauigkeitsklasse, Bürde, Frequenz, Isolationspegel, Erregungseigenschaften, Sättigungsverhalten, Polarität und Anwendungstyp.
1. Aktuelles Transformationsverhältnis
Das Stromübersetzungsverhältnis ist eines der grundlegendsten Merkmale eines Stromwandlers.
Es stellt das Verhältnis zwischen dem Nennprimärstrom und dem Nennsekundärstrom dar.
Beispielsweise ist ein Stromwandler mit einer Nennleistung von 500/5 A so ausgelegt, dass er etwa 5 A Sekundärstrom liefert, wenn der Primärstrom unter Nennbedingungen 500 A beträgt.
Andere gängige Verhältnisse sind 100/5A, 200/5A, 400/5A, 600/5A und 1000/5A.
Das Verhältnis sollte entsprechend dem zu erwartenden Primärstrom und den Anforderungen der angeschlossenen Mess- oder Schutzgeräte gewählt werden.
2. Nennprimärstrom
Der Nennprimärstrom ist der Primärstromwert, für den der Stromwandler unter bestimmten Bedingungen betrieben werden soll.
Sie wird normalerweise in Ampere ausgedrückt.
Bei einem 600/5-A-Stromwandler beträgt der Nennprimärstrom beispielsweise 600 A.
Die Auswahl des geeigneten Primärnennstroms ist wichtig, da der Stromwandler der erwarteten elektrischen Last und den Betriebsbedingungen entsprechen sollte.
Wenn der Stromwandler für die tatsächliche Last erheblich überdimensioniert ist, ist die Messleistung für einige Anwendungen möglicherweise nicht optimal. Wenn der Primärstrom regelmäßig den Nennwert des Stromwandlers überschreitet, werden thermische und Genauigkeitsaspekte wichtig.
3. Bewerteter Sekundärstrom
Der Nennsekundärstrom ist der Strom, den der Stromwandler liefern soll, wenn der Primärstrom seinen Nennwert erreicht.
Zu den üblichen sekundären Nennwerten gehören 1A und 5A.
Zum Beispiel:
* 400/5A CT → 5A sekundärer Nennstrom
* 1000/5A CT → 5A sekundärer Nennstrom
* 400/1A CT → 1A sekundärer Nennstrom
Die sekundäre Nennleistung muss mit dem angeschlossenen Messgerät, Relais oder Überwachungsgerät kompatibel sein.
4. Genauigkeitsklasse
Die Genauigkeitsklasse beschreibt die erwartete Messleistung des CT unter bestimmten Betriebsbedingungen.
Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Genauigkeitsniveaus.
Messgeräte-Stromwandler dienen zur genauen Strommessung für Energiezähler und Überwachungssysteme.
Schutz-Stromwandler sind darauf ausgelegt, bei Fehlerbedingungen eine angemessene Leistung aufrechtzuerhalten, sodass Schutzrelais nützliche Strominformationen erhalten können.
Daher sollte die geeignete Genauigkeitsklasse entsprechend dem Einsatzzweck des CT ausgewählt werden.
5. Belastung
Die Belastung ist ein weiteres wichtiges Merkmal.
Sie stellt die an den CT-Sekundärkreis angeschlossene Last dar und umfasst im Allgemeinen die Impedanz von Messgeräten, Relais, Kabeln, Klemmen und anderen Sekundärgeräten.
Wenn die tatsächliche Belastung die Nennbelastung des Stromwandlers übersteigt, behält der Stromwandler möglicherweise nicht seine spezifizierte Genauigkeit oder Leistung bei.
Aus diesem Grund sollten bei der CT-Auswahl die angeschlossenen Sekundärgeräte und die Kabellänge berücksichtigt werden.
6. Frequenzbewertung
Die Nennfrequenz gibt die Frequenz an, für die der Stromwandler ausgelegt ist.
Zu den üblichen Netzfrequenzen gehören 50 Hz und 60 Hz.
Der Stromwandler sollte für die Frequenz des elektrischen Systems geeignet sein, in dem er installiert ist.
Die Frequenz beeinflusst das magnetische Verhalten des Kerns und kann daher die CT-Leistung beeinflussen.
7. Isolationsniveau
Der Isolationsgrad ist besonders wichtig für Mittel-{0}}- und Hoch--Spannungs-Stromwandler.
Das CT-Isolierungssystem muss der normalen Betriebsspannung und den jeweiligen elektrischen Belastungen des Systems standhalten.
Die Isolationsleistung hängt von der CT-Konstruktion, den Materialien, den Umgebungsbedingungen und dem Spannungsniveau ab.
Eine ordnungsgemäße Isolierung ist für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb unerlässlich.
8. Anregungseigenschaften
Die Erregungseigenschaften beschreiben die Beziehung zwischen der an die Sekundärwicklung des Stromwandlers angelegten Spannung und dem vom Magnetkern benötigten Erregerstrom.
Sie liefern nützliche Informationen über das magnetische Verhalten des CT.
Die Erregungseigenschaften sind für Schutzstromwandler besonders wichtig, da sie dabei helfen können, den Punkt zu bestimmen, an dem sich der Kern der Sättigung nähert.
Das Testen der Erregungseigenschaften kann auch dabei helfen, bestimmte Probleme mit dem Magnetkreis zu erkennen.
9. Sättigungsleistung
Ein CT sollte über geeignete Sättigungseigenschaften für die beabsichtigte Anwendung verfügen.
Sättigung tritt auf, wenn der Magnetkern nicht mehr in der Lage ist, ein proportionales Verhältnis zwischen magnetischem Fluss und Erregung aufrechtzuerhalten.
Im Fehlerfall kann der Primärstrom sehr hoch werden. Wenn der Stromwandler übermäßig gesättigt ist, kann die Wellenform des Sekundärstroms verzerrt werden.
Bei Messanwendungen kann die Sättigung zu Messfehlern führen.
Bei Schutzanwendungen kann eine übermäßige Sättigung das von den Schutzrelais empfangene Stromsignal beeinträchtigen.
Daher muss die Sättigungsleistung bei der Auswahl eines Schutz-Stromwandlers berücksichtigt werden.
10. Polarität
Die CT-Polarität identifiziert die relative Stromrichtung an den Primär- und Sekundäranschlüssen.
Die richtige Polarität ist wichtig, wenn Stromwandler an Messgeräte, Schutzrelais oder mehrere Stromwandlerkreise angeschlossen werden.
Eine falsche Polarität kann bei bestimmten Schutzsystemen zu falschen Leistungsmessungen oder unerwünschtem Verhalten führen.
CT-Klemmen sind daher normalerweise gekennzeichnet, um ihre Polarität und Anschlussausrichtung anzuzeigen.
11. Primäre und sekundäre Konfiguration
Stromwandler sind in verschiedenen physikalischen und elektrischen Konfigurationen erhältlich.
Zu den gängigen Designs gehören:
* Ring-Typ CT
* Fenster-Typ CT
* Geteilter-Kern-CT
* Bar-Typ CT
* CT vom Typ Wunde-
* Ringkern-CT
Die geeignete Ausführung hängt von der Leiteranordnung, dem verfügbaren Einbauraum, der Stromstärke und den Anwendungsanforderungen ab.
Beispielsweise kann ein Stromwandler mit geteiltem{0}}Kern für Nachrüstanwendungen nützlich sein, bei denen der vorhandene Leiter nicht einfach getrennt werden kann.
12. Messbereich
Der nutzbare Messbereich ist ein weiteres wichtiges CT-Merkmal.
Ein Stromwandler sollte so ausgewählt werden, dass sein vorgesehener Betriebsstrom in den Bereich fällt, in dem er eine angemessene Genauigkeit liefern kann.
Bei Messanwendungen kann der Messbereich besonders wichtig sein, da die tatsächliche Belastung im Laufe des Tages erheblich schwanken kann.
Die Auswahl eines geeigneten Verhältnisses trägt dazu bei, dass der CT über den erwarteten Betriebsbereich nützliche Messungen liefern kann.
13. Wärmeleistung
Der durch den Stromwandler fließende Strom erzeugt Wärme und der Stromwandler muss in der Lage sein, innerhalb seiner spezifizierten thermischen Grenzen sicher zu arbeiten.
Die thermische Leistung hängt von Faktoren wie Primärstrom, Sekundärlast, Umgebungstemperatur, Leiteranordnung und Belüftung ab.
Ein Stromwandler, der in einem Hochtemperatur-Schaltschrank installiert ist, kann anderen thermischen Bedingungen ausgesetzt sein als ein Stromwandler, der in einer gut belüfteten Umgebung installiert ist.
Daher sollte bei der Auswahl die Betriebsumgebung berücksichtigt werden.
14. Mechanische und Umwelteigenschaften
Die CT-Leistung hängt auch von den Bedingungen ab, unter denen der Transformator installiert ist.
Wichtige Umweltfaktoren sind:
* Temperatur
* Luftfeuchtigkeit
* Staub
* Verschmutzung
* Vibration
* Korrosion
* Höhe
* Innen- oder Außeninstallation
Auch die mechanische Konstruktion sollte für die Installationsumgebung geeignet sein.
Beispielsweise kann für Außenanwendungen ein Stromwandler mit geeignetem Gehäuse und Umweltschutz erforderlich sein.
15. Mess- oder Schutzanwendung
Eines der wichtigsten Merkmale ist der Einsatzzweck.
Ein Mess-CT ist für genaue Messungen optimiert.
Ein Schutz-Stromwandler ist so konzipiert, dass er unter Hochstrom- und Fehlerbedingungen eine angemessene Leistung bietet.
Diese beiden Typen können unterschiedliche Kerndesigns, Genauigkeitseigenschaften und Leistungsanforderungen haben.
Daher sollte ein Stromwandler niemals nur auf der Grundlage des aktuellen Verhältnisses ausgewählt werden. Auch der Einsatzzweck muss berücksichtigt werden.
16. Sicherheit des Sekundärkreises
Der Sekundärkreis ist ein weiteres wichtiges Merkmal des CT-Betriebs.
Wenn Primärstrom fließt, sollte der Sekundärstrom des Stromwandlers ordnungsgemäß an die vorgesehene Last angeschlossen oder gemäß genehmigten Kurzschlussverfahren gehandhabt werden.
Eine unter Spannung stehende CT-Sekundärseite sollte nicht versehentlich geöffnet werden, da gefährliche Spannung entstehen kann.
Eine korrekte Sekundärverkabelung, Erdung, Klemmenidentifizierung und Wartungsverfahren sind daher für einen sicheren Betrieb unerlässlich.
So wählen Sie einen CT anhand seiner Eigenschaften aus
Bei der Auswahl eines Stromwandlers sollten Anwender mehrere Eigenschaften gemeinsam bewerten:
1. Bemessungsprimärstrom
2. Nennsekundärstrom
3. Aktuelles Verhältnis
4. Genauigkeitsklasse
5. Belastung
6. Häufigkeit
7. Isolationsniveau
8. Sättigungseigenschaften
9. Installationstyp
10. Umgebungsbedingungen
11. Mess- oder Schutzanforderungen
12. Angeschlossene Geräte
Die Berücksichtigung all dieser Parameter trägt dazu bei, dass der Stromwandler zum elektrischen System passt und eine zuverlässige Leistung bietet.
Abschluss
Die grundlegenden Eigenschaften eines Stromwandlers bestimmen, wie gut er den Schutz eines elektrischen Systems messen, überwachen und unterstützen kann.
Zu den wichtigen Merkmalen gehören das CT-Verhältnis, der Nennprimärstrom, der Nennsekundärstrom, die Genauigkeitsklasse, die Bürde, die Nennfrequenz, der Isolationsgrad, die Erregungseigenschaften, die Sättigungsleistung, die Polarität, die thermische Leistung und die physikalische Konstruktion.
Der richtige CT sollte anhand der gesamten Anwendung und nicht anhand eines einzelnen Parameters ausgewählt werden. Durch die Anpassung der CT-Eigenschaften an das elektrische System, die angeschlossenen Geräte und die Installationsumgebung können Benutzer genauere Messungen, zuverlässige Überwachung und wirksamen elektrischen Schutz erzielen.