Stromwandler

Stromwandler

Im Allgemeinen werden Stromwandler und Amperemeter zusammen als zusammenpassendes Paar verwendet, bei dem die Auslegung des Stromwandlers so ist, dass ein maximaler Sekundärstrom bereitgestellt wird, der einer Vollauslenkung des Strommessers entspricht. Bei den meisten Stromwandlern besteht zwischen den beiden Strömen in der Primär- und der Sekundärwicklung ein ungefähres inverses Windungsverhältnis. Aus diesem Grund ist die Kalibrierung des CT im Allgemeinen für einen bestimmten Amperemeter-Typ.

Die meisten Stromwandler haben eine standardmäßige Sekundärleistung von 5 Ampere, wobei der Primär- und der Sekundärstrom als Verhältnis von 100/5 ausgedrückt werden. Dies bedeutet, dass der Primärstrom 20-mal größer ist als der Sekundärstrom. Wenn also 100 A im Primärleiter fließen, führt dies zu 5 A in der Sekundärwicklung. Ein Stromwandler von beispielsweise 500/5 erzeugt auf der Sekundärseite 5 Ampere, für 500 Ampere im Primärleiter 100-mal mehr.

Durch Erhöhen der Anzahl der Sekundärwicklungen, Ns, kann der Sekundärstrom viel kleiner gemacht werden als der Strom im zu messenden Primärkreis, da mit zunehmendem Ns Is um einen proportionalen Betrag abfällt. Mit anderen Worten, die Anzahl der Windungen und der Strom in den Primär- und Sekundärwicklungen hängen von einem umgekehrten Verhältnis ab.

Ein Stromwandler muss wie jeder andere Transformator die Amp-Turn-Gleichung erfüllen, und wir wissen aus unserem Tutorial über Spannungswandler mit doppelter Wicklung, dass dieses Verhältnis gleich ist: von dem wir erhalten:

Das Stromverhältnis legt das Windungsverhältnis fest, und da die Primärwicklung normalerweise aus einer oder zwei Windungen besteht, während die Sekundärwicklung mehrere hundert Windungen aufweisen kann, kann das Verhältnis zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung recht groß sein. Angenommen, der Nennstrom der Primärwicklung beträgt 100A. Die Sekundärwicklung hat die Standardbewertung von 5A. Dann beträgt das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärstrom 100A bis 5A oder 20: 1. Mit anderen Worten ist der Primärstrom 20-mal größer als der Sekundärstrom.

Es ist jedoch zu beachten, dass ein Stromwandler mit 100/5 nicht mit einem mit 20/1 oder mit Unterteilungen von 100/5 bewertet ist. Dies liegt daran, dass das Verhältnis von 100/5 die "Eingangs- / Ausgangsstromstärke" und nicht das tatsächliche Verhältnis der Primär- zu den Sekundärströmen ausdrückt. Beachten Sie auch, dass die Anzahl der Windungen und der Strom in den Primär- und Sekundärwicklungen durch einen umgekehrten Anteil zusammenhängen.

Es können jedoch relativ große Änderungen in einem Windungsverhältnis der Stromwandler erreicht werden, indem die Primärwindungen durch das Fenster des Stromwandlers modifiziert werden, wobei eine Primärwindung gleich einem Durchgang ist und mehr als ein Durchlauf durch das Fenster dazu führt, dass das elektrische Verhältnis geändert wird.

So kann zum Beispiel ein Stromwandler mit einer Beziehung von beispielsweise 300 / 5A in einen anderen von 150 / 5A oder sogar 100 / 5A umgewandelt werden, indem der Haupthauptleiter zwei- oder dreimal wie gezeigt durch sein Innenfenster geführt wird. Dadurch kann ein Stromwandler mit höherem Wert den maximalen Ausgangsstrom für das Amperemeter liefern, wenn er an kleineren Primärstromleitungen verwendet wird.

Primärwandler-Verhältnis der Stromwandler

Stromwandlerbeispiel Nr. 1

Ein stabförmiger Stromwandler mit 1 Windung auf der Primärseite und 160 Windungen auf der Sekundärseite ist mit einem Standardbereich von Amperemeter mit einem Innenwiderstand von 0,2 Ω zu verwenden. Der Amperemeter ist erforderlich, um eine vollständige Ablenkung zu erreichen, wenn der Primärstrom 800 A beträgt. Berechnen Sie den maximalen Sekundärstrom und die Sekundärspannung über dem Amperemeter.

Sekundärstrom:

Spannung über Amperemeter:

Wir können oben sehen, dass, da die Sekundärseite des Stromwandlers über das Amperemeter mit einem sehr kleinen Widerstand geschaltet ist, der Spannungsabfall an der Sekundärwicklung nur 1,0 Volt bei vollem Primärstrom beträgt.

Wenn das Amperemeter jedoch entfernt wurde, wird die Sekundärwicklung effektiv unterbrochen, und der Transformator wirkt somit als Aufwärtstransformator. Dies ist zum Teil auf den sehr starken Anstieg des Magnetisierungsflusses im Sekundärkern zurückzuführen, da die Sekundärreaktanz die induzierte Sekundärspannung beeinflusst, da in der Sekundärwicklung kein Gegenstrom vorhanden ist, um dies zu verhindern.

Das Ergebnis ist eine sehr hohe Spannung, die in der Sekundärwicklung induziert wird und gleich dem Verhältnis von: Vp (Ns / Np) ist, das sich über der Sekundärwicklung entwickelt. Nehmen wir an, unser Stromwandler von oben wird an einer 480-Volt-Erde-Dreiphasenleitung verwendet. Deshalb:

Diese hohe Spannung ist darauf zurückzuführen, dass das Verhältnis von Volt pro Windung in den Primär- und Sekundärwicklungen nahezu konstant ist, und da Vs = Ns * Vp die Werte von Ns und Vp hohe Werte sind, ist Vs also extrem hoch.

Aus diesem Grund sollte ein Stromwandler niemals geöffnet bleiben oder mit angeschlossenem Leerlauf betrieben werden, wenn der Hauptprimärstrom so durchfließt, wie es bei einem Spannungswandler niemals zu einem Kurzschluss kommen sollte. Wenn das Amperemeter (oder die Last) entfernt werden soll, muss zuerst ein Kurzschluss an den Sekundärklemmen angebracht werden, um die Gefahr eines Schocks zu vermeiden.

Diese hohe Spannung ist darauf zurückzuführen, dass der Eisenkern des Transformators bei offenem Sekundärkreis mit einem hohen Sättigungsgrad arbeitet und nichts aufhält, um eine ungewöhnlich hohe Sekundärspannung zu erzeugen. In unserem einfachen Beispiel wurde diese berechnet bei 76,8 kV! Diese hohe Sekundärspannung kann die Isolierung beschädigen oder einen elektrischen Schlag verursachen, wenn die Anschlüsse des Stromwandlers versehentlich berührt werden.

Handstromwandler

Es gibt viele spezialisierte Arten von Stromwandlern. Ein beliebter und tragbarer Typ, der zum Messen der Schaltungsbelastung verwendet werden kann, wird wie dargestellt „Zangenmessgeräte“ genannt.

Klemmenzähler öffnen und schließen sich um einen stromführenden Leiter und messen ihren Strom, indem sie das Magnetfeld um ihn herum bestimmen, und liefern in der Regel auf einer Digitalanzeige einen schnellen Messwert, ohne den Stromkreis zu trennen oder zu öffnen.

Neben dem handgehaltenen Stromwandler sind Stromwandler mit geteiltem Kern erhältlich, deren eines Ende abnehmbar ist, so dass der Lastleiter oder die Stromschiene zur Installation nicht abgeklemmt werden muss. Diese sind für die Messung von Strömen von 100 bis 5000 Ampere mit quadratischen Fenstergrößen von 1 Zoll bis über 12 Zoll (25 bis 300 mm) verfügbar.

Zusammenfassend ist der Stromwandler (CT) eine Art Instrumententransformator, der zum Umwandeln eines Primärstroms in einen Sekundärstrom durch ein magnetisches Medium verwendet wird. Seine Sekundärwicklung liefert dann einen stark reduzierten Strom, der zur Erfassung von Überstrom-, Unterstrom-, Spitzenstrom- oder Durchschnittsstromzuständen verwendet werden kann.

Die Primärspule eines Stromwandlers ist immer in Reihe geschaltet, so dass der Hauptleiter auch als Serientransformator bezeichnet wird. Der sekundäre Nennstrom ist für eine einfache Messung auf 1A oder 5A ausgelegt. Die Konstruktion kann aus einer einzigen Primärwindung bestehen, wie bei den Toroid-, Donut- oder Bar-Typen, oder aus einigen Primärwicklungen, die normalerweise für niedrige Stromverhältnisse verwendet werden.

Stromwandler sind als Proportionalstromgeräte vorgesehen. Daher sollte die Sekundärwicklung eines Stromwandlers niemals in einem offenen Stromkreis betrieben werden, genau wie ein Spannungswandler niemals in einem Kurzschluss betrieben werden sollte.

Sehr hohe Spannungen ergeben sich aus einem offenen Stromkreis des Sekundärkreises eines unter Spannung stehenden Stromwandlers. Daher müssen die Anschlüsse kurzgeschlossen werden, wenn das Amperemeter entfernt werden soll oder wenn ein Stromwandler vor dem Einschalten des Systems nicht verwendet wird.

Im nächsten Tutorial über Transformatoren werden wir uns ansehen, was passiert, wenn wir drei einzelne Transformatoren in Stern- oder Deltakonfiguration miteinander verbinden, um einen größeren Leistungstransformator herzustellen, der als Dreiphasentransformator zur Versorgung von 3-Phasen-Stromversorgungen bezeichnet wird.

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