stromwandler und strommessung

stromwandler und strommessung

Die Ströme im Spulenkreis sind von der Größenordnung einige hundert Ampere. Die Strommessung soll ein dem Augenblickswert des HF-Stroms proportionales Signal liefern. Diese Forderung scheidet alle Gleichrichter-, Thermokreuz- und ähnlichen Verfahren aus. Messungen mittels Bypass oder Spannungsmessung an einem bekannten ohm’schen Widerstand werden von dem bei 0,5 MHz bereits erheblichen induktiven Widerstand *) aller Teile des Leiterkreises gestört und würden aufwendige Kompensationsmaß- nahmen erfordern. So bietet sich als einfache Methode die Strommessung mit Stromwandler an, die zusätzlich noch eine Potentialtrennung zwischen HF-Kreis und Meßschaltung bewirkt.

Käufliche Stromwandler reichen bei 500 kHz bis maximal 140 A Stromamplitude bei 50% ED. Deshalb wurde ein Stromwandler für primär 1000 A ( peak) entwickelt mit einem Ubersetzungsverhältnis von 1:10’3 und einer Empfindlichkeit von 200 A (prim) / V ( sek).

Diese Empfindlichkeit erlaubt es, den nachfolgenden Symmetrieund Impedanzwandler gut auszusteuern. Der Wandler besteht aus 3 hintereinander geschalteten Ringkernen von Valvo aus Ferroxcube 3E1 von 36 mm a~, 23 mm i~ und 15mm Höhe (Kernfarbe grün). Die Bewicklung besteht aus je einer Primärwindung und 10 Windungen sekundär, auf dem direkt auf den HF-Leiter aufgeschobenen Kern aus Kupfervolldraht 4°, auf dem zweiten Kern 1,5°. Der Lastwiderstand am 3.Kern ist 5n,4W.

Die Aufteilung des Ubersetzungsverhältnisses auf 3 Stufen zu je 1:10 wird erzwungen durch die Spulenresonanz. Ferroxcube 3E1 hat eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante, die für den verwendeten Kern bei 0,5 MHz zu einer Spulenkapazität von etwa 1pF!Windung führt. Bei 10 (20) Windungen liegt die Spulenresonanz bei etwa 2,5 (0,9) MHz. Eine Aufteilung des Ubersetzungsverhältnisses von 1:1000 auf zwei Kerne mit 31 und 32 Windunqen (exakte Ubersetzung 1:992) würde wegen der Resonanz zu viel zu hohen Stromablesungen führen. Dies wurde experimentell bestätigt.stromwandler und strommessung

Nicht nur das Ubertragungsverhältnis des Wandlers, auch die Phasenverschiebung des Signals, die im Idealfall weit unter der Resonanz 1800 zwischen Eingang und Ausgang beträgt, wird in der Nähe der Resonanz beeinflußt und vor allem stark frequenzabhängig IJ1J • Kleine Frequenzänderungen des Senders würden somit unkontrolliert die bei der Signalverarbeitung entstehende zusätzliche Phasenverschiebung 4lJ und damit , Gl. (8), verändern. Bei zehn Sekundärwindungen auf dem Kern ist der zusätzliche Phasenfehler dagegen< 10 pro Kern und praktisch frequenzunabhängig.

Es wurde überprüft, daß der Kern nicht in die Sättigung läuf~ vgl. z.B. [12J, [13J •

Eine Abschirmung des Stromwandler bzw. mindestens des Primär~ kerns mit einem Kupfergehäuse gegen kapazitiv eingestreute Störungen aus dem Primärkreis wurde nach ersten Versuchen aufgegeben, da wegen des hohen HF-Stroms und des geringen Abstandes zwischen Abschirmung und HF-Kreis eine beträchtliche Wirbelstromheizung des Abschirmgehäuses eintrat (Temperaturanstieg ca. 30~min gemessen, gerechnet 250 C!min). Zur Kühlung des Primärkerns und der ersten Sekundärwicklung innerhalb des HF-Kreisabschirmgehäuses wurde ein kleiner Axiallüfter verwendet.

Vergleichsmessungen des beschriebenen Stromwandler mit einem CT-5-Hochstromtransformator von Tektronix bei 0,5 MHz bis zur erlaubten Höchststromstärke von 140 A (peak) für den CT-5 ergaben identische Werte für die Stromamplituden. Die Phasenlage der Ausgangssignale wurde nicht verglichen.

stromwandler und strommessung

stromwandler und strommessung

metallgekapselter spannungswandler

metallgekapselter spannungswandler

metallgekapselter spannungswandler

 

Verrechnungswandler in metallgekapselten gasisolierten Mittelspannungsanlagen
Nachfolgende Bedingungen sind einzuhalten:
SF 6 from wird eine auf Wunsch des K installiert -Anlag, übernimmt der Kunde die Kosten für die Anlage
Einschließlich der eingebauten Wandler. Die Wandler bleiben Eigentum des Kunden. Die Energienetze
Mittelrhein übernimmt keine Störungsreserve.
Gemäß PTB Bekanntmachung Nr. 3729 vom 21.12.1998 come from Strom- und Spannungswandler, die in
Gekapselten Anlagen eingebaut werden und statt eines Sekundäranschlusskastens freie
Anschlussleitungen aufweisen, für die Zulassung bzw. Die Eichung und für den Einbau in gekapselten
Anlagen folgende Bedingungen:
▪ Die Anschlussleitungen müssen unverwechselbar und dauerhaft gekennzeichnet sein.
▪ Die Länge der Anschlussleitung ist auf einem am Messwandler befestigten Schild anzugeben.
▪ Falls die Anschlussleitungen bei der Montage gekürzt werden müssen, darf diese Kürzung nicht mehr
Als 10% der Länge der Anschlussleitung betragen. Die Kennzeichnung der Leitung muss dabei
Erhalten bleiben.
▪ Die von außen zugänglichen Anschlüsse müssen mit einem sichtbaren Schild eindeutig
Gekennzeichnet sein.
▪ Der Hersteller des Wandlers stellt ein zusätzliches Leistungsschild zur Verfügung, das von der
Prüfstelle bei der Eichung mit dem Eichzeichen zu kennzeichnen ist.
▪ Der Schaltanlagenhersteller bestätigt, dass die Anlagen auf dem zweiten, von außen angebrachten
Leistungsschild dem eingebauten Wandler entsprechen. Vom Betreiber der Schaltanlage ist ein
Entsprechender Nachweis in die Anlagendokumentation aufzunehmen und über die der Dauer der
Verwendung des Wandlers aufzubewahren.
▪ Die eingesetzten Wandler sind die die volle rechnerische Kurzschlussleistung auszulegen
Verdrahtungsschema von Mittelspannungs-Wandlerzählungen
1 Kern Strom- und Spannungs-Wandler
Mit separat montiertem Zählerwechseltafelschrank Strom- und Spannungswandler werden in einer luftisolierten 20 kV-Messzelle eingebau
2 Kern Strom- und 3 Kern Spannungs-Wandler
Mit separat montiertem Zählerwechseltafelschrank
Strom- und Spannungswandler werden in einer luftisolierten 20 kV Messzellen eingebaut
Wicklungsbeschaltung
Die Nennspannung einer da-dn (en) -Wicklung beträgt 100/3 V. Die da-dn (en) -Wicklungen der drei
Spannungswandler eines Drehstromsatzes können in Reihe geschaltet und damit im “offenen Dreieck”
Betrieben werden.
In Folge der Reihenschaltung der da-dn-Wicklungen der 3 Spannungswandler eines
Drehstromsatzes und der angeschlossenen Dämpfungseinrichtung ergibt sich ein Sekundärkreis, der nur
An einer Stelle geerdet werden darf. Eine weitere Erdung im Sekundärkreis der da-dn
(En) -Wicklung stellt einen Kurzschluss dar und Zerstört den Spannungswandler.

Ausführung Aufsteck Stromwandler

Ausführung Aufsteck Stromwandler

Alle gefertigten Niederspannungs-Stromwandler entsprechen der DIN VDE 0414/1; DIN 42600 und DIN EN 60044/1 Ausgabe 12, 2003 sowie der Vorschrift VBG 4.

Die Stromwandler besitzen folgende Eigenschaften:

• bruchfestes Kunststoffgehäuse

• Polycarbonat schwarz

• schwer entflammbar

• selbstverlöschend

• Wandlergehäuse ultraschallverschweißt

Fußwinkel und Schienenbefestigungsschrauben mit Isolierschutzkappe (berührungssicher) sind Bestandteile des Lieferumfanges. Alle Wandler sind sowohl für den Einsatz auf massiven Primärleitern, als auch auf flexiblem, isoliertem Kupferband geeignet.

Isolierschutzkappe

Isolierschutzkappe

Schienenbefestigungsschraube, Schraubenlänge (L) 25, 32, 36, 46, 54, 80 mm, Anzugsmoment 0,5 Nm

 

Allgemeine technische Angaben:

Bemessungsfrequenz : 50 Hz … 60 Hz

Höchste Spannung für Betriebsmittel:    Um : 1,2 kV

Isolierstoffklasse:  E

Isolationsprüfspannungen:   3 kV, 1 min, Ueff, 50 Hz (Um  0,72 kV) 6 kV, 1 min, Ueff, 50 Hz (Um  1,2 kV)

Thermischer Bemessungs-Dauerstrom:   Icth = 1,2 x In

Thermischer Bemessungs-Kurzzeitstrom:   Ith = 60 x In , 1sek (max. 100 kA)

Bemessungs-Stoßstrom:  Idyn = 2,5 x Ith

Überstrom-Begrenzungsfaktor:  FS 5 bis FS 10 (genaue Angabe siehe Leistungsschild)

Arbeitstemperaturbereich:  –5 °C … +40 °C

Lagertemperaturbereich:  –25 °C … +70 °C

Angewendete Normen :     DIN EN 60044-1 Ausgabe 12/2003

DIN 42600-1 Ausgabe 08/1973

DIN 42600-2 Ausgabe 05/1983

VDE 0414 Teil 44-1 Ausgabe 12/2003

stromwandler

Stromwandler – Technische Begriffe

Stromwandler  Technische Begriffe

Stromwandler sind Spezialtransformatoren zur proportionalen Umsetzung von Strömen großer Stromstärken auf direkt messbare, kleinere Werte. Bedingt durch ihren konstruktiven Aufbau, sowie ihr physikalisches Wirkprinzip, wird eine sichere galvanische Trennung zwischen Primärkreis und Messkreis erzielt.

 

Primärer Bemessungsstrom:  Wert des primären Stromes, der den Stromwandler kennzeichnet und für den er bemessen ist.

Sekundärer Bemessungsstrom: Wert des sekundären Stromes, der den Stromwandler kennzeichnet und für den er bemessen ist.

Bemessungsleistung: Wert der Scheinleistung (in [VA] bei festgelegtem Leistungsfaktor), die der Wandler bei sekundärem Bemessungsstrom und Bemessungsbürde an den Sekundärkreis abgeben kann

Bemessungsübersetzung: Verhältnis des primären Bemessungsstromes zum sekundären Bemessungsstrom. Die Bemessungsübersetzung eines Stromwandlers wird auf dem Leistungsschild als ungekürzter Bruch angegeben

Bürde : Impedanz des Sekundärkreises, ausgedrückt in Ohm mit Angabe des Leistungsfaktors

Bemessungsbürde: Wert der Bürde, auf dem die Genauigkeitsangaben des Stromwandlers beruhen.

Bemessungsfrequenz:  Wert der Frequenz, der der Bemessung des Stromwandlers zugrunde liegt

Genauigkeitsklasse:  Angabe für einen Stromwandler, dass dessen Messabweichungen unter vor geschriebenen Anwendungsbedingungen innerhalb festgelegter Grenzen liegen

Fehlwinkel:  Winkeldifferenz zwischen dem primären und sekundären Stromzeiger. Dabei ist die Richtung der Zeiger so gewählt, dass bei einem idealen Stromwandler der Fehlwinkel gleich Null ist.

Strommessabweichung:  Messabweichung, die ein Stromwandler bei der Messung eines Stromes verursacht und die sich daraus ergibt, dass die tatsächliche Übersetzung von der Bemessungsübersetzung abweicht. Die in Prozent ausgedrückte Strommessabweichung wird nach folgender Formel berechnet:

 

Fi [%] =(K x 100 n Is – Ip) /  Ip

 

Fi = Strommessabweichung in %

Kn = Nennübersetzung

Ip = tatsächlicher primärer Strom

Is = tatsächlicher sekundärer Strom, wenn Ip unter Messbedingungen fließt

 

Höchste Spannung für Betriebsmittel Um:  Effektivwert der höchsten Leiter-Leiter-Spannung, für die ein Messwandler im Hinblick auf seine Isolation bemessen ist.

 

Gesamtmessabweichung:  Im stationären Zustand der Effektivwert der Differenz zwischen:

a) den Augenblickswerten des Primärstromes und

b) den Augenblickswerten des mit der Bemessungsübersetzung multiplizierten tatsächlichen sekundären

Stromes, wobei die positiven Vorzeichen des primären und sekundären Stromes der Vereinbarung für die

Anschlussbezeichnungen entsprechen.

Die Gesamtmessabweichung FG wird im Allgemeinen in Prozent der Effektivwerte des primären Stromes nach folgender FG berechnet:

Gesamtmessabweichung

 

Kn = Bemessungsübersetzung

Ip = Effektivwert des primären Stromes

ip = Augenblickswert des primären Stromes

is = Augenblickswert des sekundären Stromes

T = Periodendauer

 

Bemessungs-/ Begrenzungsstrom [Ipl]:  Wert des niedrigsten primären Stromes, bei dem bei sekundärer Bemessungsbürde die Gesamtmessabweichung des Stromwandlers gleich oder größer 10 % ist.

Überstrom-Begrenzungsfaktor (FS):  Verhältnis des Bemessungs-Begrenzungsstromes zum primären Bemessungsstrom.

Thermischer BemessungsDauerstrom [Icth]:  Wert des Dauerstromes in der Primärwicklung, bei dem die Übertemperatur den in der Norm festgelegten Wert nicht überschreitet, wobei die Sekundärwicklung mit der Bemessungsbürde belastet ist.

Thermischer BemessungsKurzzeitstrom [Ith]:  Effektivwert des primären Stromes, dem der Stromwandler für die Dauer von 1 Sekunde bei kurzgeschlossener Sekundärwicklung ohne Beschädigung standhält.

Bemessungs-Stoßstrom [Idyn]:  Scheitelwert des primären Stromes, dessen elektromagnetische Kraftwirkung der Strom wandler bei kurzgeschlossener Sekundärwicklung ohne elektrische und mechanische Beschädigung standhält.

Offenspannung“ von Stromwandlern:  Stromwandler, welche nicht direkt mit einem Verbraucher beschaltet werden, müssen aus Sicherheitsgründen sekundärseitig kurzgeschlossen werden! Ein sekundärseitig offen betriebener Stromwandler induziert an seinen Sekundärklemmen sehr hohe Scheitelspannungswerte. Die Beträge dieser Spannungen können, abhängig von der Dimensionierung des Stromwandlers, Werte bis zu einigen Kilovolt erreichen und stellen somit eine Gefahr für Personen und die Funktionssicherheit des Wandlers dar. Aus Sicherheitsgründen, sowie zur Vermeidung einer im sekundärseitigen Offenbetrieb eintretenden Magnetisierung des Kerneisens, soll ein Offenbetrieb generell vermieden werden.

Erdung von Sekundärklemmen:  Gemäß DIN VDE 0141 (01/2000) Absatz 5.3.4, sind Strom- und Spannungswandler für Nennspannungen ab Um = 3,6 kV sekundärseitig zu erden. Bei Niederspannung (Um  1,2 kV) kann eine Erdung entfallen, sofern die Wandlergehäuse über keine großflächig berührbaren Metallflächen verfügen.

Primärschienenquerschnitte:  Die geometrischen Abmessungen der Primärleiteröffnungen unserer Stromwandler sind nur bedingt für die tatsächliche Auslegung der Nennstrombereiche maßgebend. Der Sammelschienenquerschnitt darf im Bereich der Primärleiterdurchführung des Wandlers kleiner bemessen werden, wenn sichergestellt ist, dass die hiervon verursachte Übertemperatur sicher über die Anschlussquerschnitte der angrenzenden Sammelschienen abgeführt wird.

Sonderausführungen:  auf Anfrage

 

 

stromwandler

Stromwandler

Stromwandler

Die Anschlüsse der Primärwicklung sind mit “K” und “L” oder “P1” und “P2” bezeichnet und die Anschlüsse der Sekundärwicklung mit “k” und “l ” oder”s1″ und “s2”. Die Polung hat dabei so zu erfolgen, dass die “Energieflussrichtung” von K nach L verläuft.

Schienen-Stromwandler und Rohrstab-Stromwandler

Erstere sind Aufsteck-Stromwandler, die mit einem Primärschienenstück geliefert werden. Rohrstab-Stromwandler sind eine Sonderform der Aufsteck-Stromwandler. In der Primärschienen-Durchführung befindet sich ein rohrförmiger Kupfereinsatz (Cu-Hülse). Diese Ausführung erlaubt es, den Wandler unmittelbar zwischen der Überlappung von Stromschienen, zwischen Stromschienen und Trenn- oder Sicherungsleisten u.s.w. einzusetzen.

Durchfädel-Stromwandler

Bei der Übersetzung kleiner Ströme kann eine Kostenersparnis erzielt werden, indem man anstelle von Wickel-Stromwandlern Aufsteck-Stromwandler für höhere Primärströme verwendet. Man erreicht die erforderliche Durchflutung (n · I), indem der Primärleiter mehrmals durch die Primärschienen-Durchführung gewickelt (gefädelt) wird. Z.B. entsteht aus einem Aufsteckwandler 150/5A durch dreimaliges fädeln des Primärleiters ein Stromwandler mit der Übersetzung 50/5A

Summen-Stromwandler

sind Sonderformen von Wickelwandlern mit mehreren, untereinander getrennten Primärwicklungen und dienen der Addition von Strömen eines gleichen Strangs. (weitere Informationen unter Kapitel “Summen-Stromwandler”)

 

Schutzwandler

Während Messwandler oberhalb ihres Gebrauchs-Strombereiches möglichst rasch in die Sättigung gehen sollen (ausgedrückt durch den Überstromfaktor FS) um ein anwachsen des Sekundärstroms im Fehlerfall (z.B. Kurzschluss) zu vermeiden und die angeschlossenen Geräte dadurch zu schützen, verlangt man bei Schutzwandlern eine möglichst weit außerhalb liegende Sättigung. Schutzwandler werden zum Anlagenschutz in Verbindung mit den entsprechenden Schaltgeräten eingesetzt. Norm-Genauigkeitsklassen für Schutzwandler sind 5P und 10P. “P” steht hier für “protection”. Der Nenn-Überstromfaktor wird (in %) hinter die Schutzklassen– bezeichnung gesetzt. So bedeutet z.B. 10P5, dass beim fünffachen Nennstrom die negative sekundärseitige Abweichung vom entsprechend der Übersetzung (linear) zu erwartenden Wert höchstens 10% beträgt.

Sättigungswandler

werden hauptsächlich in der Mittelspannungstechnik im Sekundärkreis von Schutzwandlern eingesetzt, wenn diese gleichzeitig für Messaufgaben verwendet werden sollen, da Schutzwandler aufgrund ihrer Bestimmung die den Sekundär– kreis schützende Sättigung erst bei höheren Strömen erreichen.

Sekundär umschaltbare Stromwandler

haben sekundär eine oder mehrere Anzapfungen, um durch beschalten dieser ver-schiedene Übersetzungen realisieren zu können. Die nicht benutzten Anschlüsse müssen offen bleiben. Die Anzapfungen sind dabei grundsätzlich auf die l -Seite zu legen. Das Wicklungsende erhält dann den Index “1” und die Anzapfungen mit abnehmender Windungszahl die fortlaufende, aufsteigende Bezifferung.

Eichfähige Stromwandler

haben eine Bauartzulassung durch die PTB Braunschweig und sind für den Einsatz zu Verrechnungszwecken zugelassen.

Stromwandler mit Gießharzverguss

Durch zusätzliches Vergießen wird Tropenfestigkeit erziehlt oder eine höhere Schock- und Rüttelfestigkeit bei extremer mechanischer Beanspruchung (IEC 68).

Umbau-Stromwandler

haben einen teilbaren Kern und werden hauptsächlich zum nachträglichen Einbau verwendet, um das Auftrennen des Primärleiters zu vermeiden. (weitere Informationen unter Kapitel “Umbau-Stromwandler“)