Das Stromwandlerverhältnis (CT) ist einer der grundlegendsten Parameter in elektrischen Mess- und Schutzsystemen. Es definiert das proportionale Verhältnis zwischen dem im Hauptstromkreis fließenden Primärstrom und dem an Messgeräte oder Schutzrelais gelieferten Sekundärstrom. Laut der International Electrotechnical Commission (IEC) ist das Nennübersetzungsverhältnis eines Stromwandlers formal definiert als „das Verhältnis des Nennprimärstroms zum Nennsekundärstrom eines Stromwandlers“. Diese scheinbar einfache Definition liegt einer Vielzahl technischer Entscheidungen zugrunde, von der Auswahl von Instrumenten bis hin zur Dimensionierung von Schutzsystemen.
Praktisch ausgedrückt gibt das CT-Verhältnis an, wie viele Ampere im Primärkreis jedem Ampere in der Sekundärwicklung entsprechen. Beispielsweise bedeutet ein Stromwandler mit einem Übersetzungsverhältnis von 300:5, dass wenn 300 Ampere durch den Primärleiter fließen, im Sekundärkreis 5 Ampere erzeugt werden. Das Verhältnis wird normalerweise als ungekürzter Bruch auf dem Typenschild angegeben, z. B. 200:5 oder 600:1. Das Verhältnis kann auch berechnet werden, indem der Primärstrom durch den Sekundärstrom dividiert wird: CT-Verhältnis=Primärstrom ÷ Sekundärstrom. Im vorherigen Beispiel erzeugt ein 400:5-Stromtransformator 5 Ampere im Sekundärkreis, wenn 400 Ampere durch den Primärkreis fließen.
Die physikalische Grundlage des Stromwandlerverhältnisses liegt im Windungsverhältnis der Transformatorwicklungen. Das Verhältnis der Windungszahl der Sekundärwicklung zur Windungszahl der Primärwicklung bestimmt die Stromtransformation. Mathematisch kann diese Beziehung als Ip / Is=Ns / Np ausgedrückt werden, wobei Ip die Primärstromstärke, Is die Sekundärstromstärke, Ns die Anzahl der Sekundärwindungen und Np die Anzahl der Primärwindungen ist. Beispielsweise hat ein 300:5-Stromtransformator mit einer Primärwindung 60 Sekundärwindungen. Dies bedeutet, dass die Sekundärwicklung sechzigmal so viele Windungen hat wie die effektive Primärwicklung, was die Stromreduzierung ermöglicht.
Standard-CT-Verhältnisse werden in der Industrie häufig verwendet, um die Kompatibilität mit Messgeräten und Schutzgeräten sicherzustellen. Zu den gängigen Verhältnissen gehören 100:5, 200:5, 300:5, 400:5, 600:5 und 1000:5, wobei die Sekundärströme entweder auf 5 A oder 1 A standardisiert sind. Die primären Nennstromwerte sind von der IEC standardisiert, wobei typische Werte 10, 12,5, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60 und betragen 75 A, zusammen mit ihren dezimalen Vielfachen und Teilern. Diese standardisierten Werte stellen sicher, dass Stromwandler verschiedener Hersteller in kompatiblen Systemen austauschbar verwendet werden können.
Das CT-Verhältnis kann auf verschiedene Arten geändert werden. Eine gängige Methode besteht darin, den Primärleiter mehrmals durch die CT-Öffnung zu schleifen. Beispielsweise kann ein Stromwandler mit einer Nennleistung von 400:5 A auf 100:5 A geändert werden, indem der Primärleiter viermal durch den Stromwandler geführt wird. Diese Technik ist besonders nützlich, wenn ein niedrigerer Primärstrom mit einem Stromwandler mit höherer Nennleistung gemessen werden muss. Das Verhältnis kann auch durch Ändern der Anzahl der Sekundärwindungen angepasst werden, obwohl dies bei Feldanwendungen weniger üblich ist.
Die Auswahl eines geeigneten CT-Verhältnisses ist für die Systemgenauigkeit und -sicherheit von entscheidender Bedeutung. Wenn das Verhältnis zu hoch ist, ist der gemessene Strom möglicherweise zu klein, um unter normalen Betriebsbedingungen genaue Messwerte zu liefern. Wenn das Verhältnis dagegen zu niedrig ist, kann der Transformator höheren Stromstärken als vorgesehen ausgesetzt sein, was das Risiko einer Sättigung und eines Messfehlers erhöht. Bei industriellen und kommerziellen Stromversorgungssystemen stellt die genaue Auswahl des Verhältnisses sicher, dass sowohl Messsysteme als auch Schutzrelais zuverlässige Stromsignale erhalten, was für die Aufrechterhaltung der Systemzuverlässigkeit und -sicherheit von entscheidender Bedeutung ist.
Zusammenfassend ist das Stromwandlerverhältnis der Eckpfeiler der Strommessung in Energiesystemen. Es definiert die Beziehung zwischen Primär- und Sekundärströmen, ermöglicht die sichere und genaue Messung hoher Ströme und bildet die Grundlage für Mess-, Schutz- und Steuerfunktionen im gesamten Stromnetz.