Was ist ein Niederspannungs-Stromwandler und wie funktioniert er?

Alle Niederspannungs-Stromwandler haben einen gemeinsamen internen Aufbau, es gibt jedoch verschiedene Ausführungen für spezifische Anforderungen. Das Verständnis der Kernkomponenten ist der erste Schritt. Darauf aufbauend können wir die Haupttypen und ihre jeweiligen Eigenschaften untersuchen. Ein Niederspannungs-Stromwandler besteht ausdrei wesentliche Teiledie zusammenarbeiten.

Kern, Wicklungen und Isolierung

Die Funktionsfähigkeit eines Stromwandlers hängt vom harmonischen Zusammenspiel dreier Hauptkomponenten ab. Jede Komponente spielt eine spezifische und entscheidende Rolle für den Betrieb des Transformators.

• Kern:Ein Siliziumstahlkern bildet den magnetischen Pfad. Er konzentriert das vom Primärstrom erzeugte Magnetfeld und gewährleistet so eine effektive Verbindung mit der Sekundärwicklung.
• Wicklungen:Der Stromwandler besitzt zwei Wicklungssätze. Die Primärwicklung führt den zu messenden hohen Strom, während die Sekundärwicklung mit deutlich mehr Windungen den heruntertransformierten, sicheren Strom erzeugt.
• Isolierung:Dieses Material trennt die Wicklungen vom Kern und voneinander. Es verhindert Kurzschlüsse und gewährleistet die Sicherheit und Langlebigkeit des Geräts.

Wundart

Ein gewickelter Stromwandler (CT) besitzt eine Primärwicklung mit einer oder mehreren fest auf dem Kern montierten Windungen. Diese Bauweise ist in sich abgeschlossen. Der Hochstromkreis wird direkt an die Anschlüsse dieser Primärwicklung angeschlossen. Ingenieure verwenden gewickelte Stromwandler für folgende Anwendungen:präzise Messung und Schutz elektrischer SystemeSie werden oft ausgewählt fürHochspannungsanwendungen, bei denen Präzision und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Toroidal (Fenster-) Typ

Der Ringkern- oder Fensterkern ist die gebräuchlichste Bauart. Er besteht aus einem ringförmigen Kern, um den lediglich die Sekundärwicklung gewickelt ist. Der Primärleiter ist nicht Teil des Stromwandlers selbst. Stattdessen verläuft das Hochstromkabel oder die Stromschiene durch die mittlere Öffnung, das sogenannte Fenster, und dient als einwindige Primärwicklung.

Hauptvorteile von toroidalen Stromwandlern:Diese Bauart bietet gegenüber anderen Typen mehrere Vorteile, darunter:

• Höhere Effizienz, oft zwischen95 % und 99 %.
• Eine kompaktere und leichtere Bauweise.
• Verringerte elektromagnetische Störungen (EMI) für nahegelegene Bauteile.
• Sehr geringes mechanisches Brummen, was zu einem leiseren Betrieb führt.

Balkentyp

Ein Stabstromwandler ist eine spezielle Bauart, bei der die Primärwicklung ein integraler Bestandteil des Geräts ist. Dieser Typ umfasst einen Stab, typischerweise aus Kupfer oder Aluminium, der durch die Mitte des Kerns verläuft. Dieser Stab dient als …einwindiger PrimärleiterDie gesamte Baugruppe ist in einem robusten, isolierten Gehäuse untergebracht, wodurch sie eine widerstandsfähige und in sich geschlossene Einheit bildet.

Die Konstruktion eines Stabstromwandlers zielt auf Zuverlässigkeit und Sicherheit ab, insbesondere in Energieverteilungssystemen. Zu seinen Schlüsselelementen gehören:

• Primärleiter:Das Gerät verfügt über einen vollständig isolierten Stab, der als Primärwicklung dient. Diese Isolierung, häufig ein Harzguss oder ein gebackenes Papierrohr, schützt vor Hochspannungen.
• Sekundärwicklung:Eine Sekundärwicklung mit vielen Drahtwindungen ist um einen laminierten Stahlkern gewickelt. Diese Konstruktion minimiert magnetische Verluste und gewährleistet eine präzise Stromumwandlung.
• Kern:Der Kern leitet das Magnetfeld vom Primärstab zur Sekundärwicklung und ermöglicht so den Induktionsprozess.

Installationsvorteil:Ein wesentlicher Vorteil des Niederspannungs-Stromwandlers in Stangenbauweise ist seine einfache Installation. Er ist für die direkte Montage an Stromschienen konzipiert, was die Einrichtung vereinfacht und potenzielle Verdrahtungsfehler reduziert. Einige Modelle verfügen sogar über einegeteilter Kern oder KlemmkonfigurationDadurch können Techniker den Stromwandler um eine vorhandene Sammelschiene herum installieren, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen. Dies macht ihn ideal für Nachrüstungsprojekte.

Durch ihre kompakte und robuste Bauweise eignen sie sich perfekt für die beengten und anspruchsvollen Umgebungen in Schaltanlagen und Stromverteilern.

 

Wichtiger Sicherheitshinweis: Sekundärkreis niemals öffnen

Eine grundlegende Regel regelt den sicheren Umgang mit Stromwandlern. Techniker und Ingenieure dürfen niemals zulassen, dass die Sekundärwicklung offen ist, während Strom durch den Primärleiter fließt. Die Sekundäranschlüsse müssen stets an eine Last (die Bürde) angeschlossen oder kurzgeschlossen sein. Die Missachtung dieser Regel führt zu einer extrem gefährlichen Situation.

Die goldene Regel der CTs:Stellen Sie stets sicher, dass der Sekundärkreis geschlossen ist, bevor Sie den Primärkreis einschalten. Wenn Sie ein Messgerät oder Relais aus einem aktiven Stromkreis entfernen müssen, überbrücken Sie vorher die Sekundäranschlüsse des Stromwandlers.

Das Verständnis der physikalischen Grundlagen dieser Warnung verdeutlicht die Schwere der Gefahr. Im Normalbetrieb erzeugt der Sekundärstrom ein Gegenmagnetfeld, das dem Magnetfeld des Primärstroms entgegenwirkt. Diese Gegenwirkung hält den magnetischen Fluss im Kern auf einem niedrigen, sicheren Niveau.

Wenn ein Bediener die Sekundärwicklung von ihrer Last trennt, wird der Stromkreis unterbrochen. Die Sekundärwicklung versucht nun, ihren Strom in einen effektiv geschlossenen Stromkreis zu treiben.unendliche Impedanzoder Widerstand. Diese Aktion führt zum Zusammenbruch des entgegenwirkenden Magnetfelds. Der magnetische Fluss des Primärstroms wird nicht mehr aufgehoben und baut sich im Kern rasch auf, was zu einer starken Sättigung des Kerns führt.

Dieser Vorgang erzeugt eine gefährlich hohe Spannung in der Sekundärwicklung. Das Phänomen läuft während jedes Wechselstromzyklus in einzelnen Schritten ab:

1. Der ungehinderte Primärstrom erzeugt einen massiven magnetischen Fluss im Kern, der zu dessen Sättigung führt.
2. Da der Wechselstrom der Primärebene zweimal pro Zyklus den Nullpunkt durchläuft, muss sich der magnetische Fluss schnell von der Sättigung in der einen Richtung zur Sättigung in der entgegengesetzten Richtung ändern.
3. Diese unglaublich schnelle Änderung des magnetischen Flusses induziert einen extrem hohen Spannungsstoß in der Sekundärwicklung.

Die induzierte Spannung ist keine gleichmäßige Hochspannung, sondern eine Reihe scharfer Spitzen oder Maxima. Diese Spannungsspitzen können leicht einen bestimmten Wert erreichen.mehrere tausend VoltEin solch hohes Potenzial birgt zahlreiche schwerwiegende Risiken.

• Extrem hohe Stromschlaggefahr:Direkter Kontakt mit den sekundären Anschlüssen kann einen tödlichen Stromschlag verursachen.
• Isolationsversagen:Die hohe Spannung kann die Isolierung im Stromwandler zerstören, was zu einem dauerhaften Ausfall führt.
• Instrumentenschaden:Jegliche angeschlossene Überwachungseinrichtung, die nicht für solch hohe Spannungen ausgelegt ist, wird sofort beschädigt.
• Lichtbogen und Feuer:Die Spannung kann einen Lichtbogen zwischen den Sekundäranschlüssen verursachen, wodurch ein erhebliches Brand- und Explosionsrisiko entsteht.

Um diese Gefahren zu vermeiden, müssen die Mitarbeiter beim Umgang mit Niederspannungs-Stromwandlern strenge Sicherheitsvorkehrungen treffen.

Sicherheitsvorkehrungen für den Umgang mit dem Fahrzeug:

1. Bestätigen Sie, dass der Stromkreis geschlossen ist:Vor dem Einschalten eines Primärstromkreises muss stets überprüft werden, ob die Sekundärwicklung des Stromwandlers mit ihrer Last (Zähler, Relais) verbunden oder sicher kurzgeschlossen ist.
2. Kurzschlussblöcke verwenden:Viele Installationen verfügen über Klemmenblöcke mit integrierten Kurzschlussschaltern. Diese Geräte bieten eine sichere und zuverlässige Möglichkeit, die Sekundärseite vor der Wartung angeschlossener Geräte kurzzuschließen.
3. Kurz vor der Trennung:Wenn Sie ein Messgerät aus einem unter Spannung stehenden Stromkreis entfernen müssen, verwenden Sie eine Drahtbrücke, um die Sekundäranschlüsse des Stromwandlers zu überbrücken.vorDas Gerät wird vom Stromnetz getrennt.
4. Kurzschluss nach Wiederverbindung beseitigen:Entfernen Sie nur die Kurzschlussbrücke.nachDas Instrument ist wieder vollständig an den Sekundärkreis angeschlossen.

Die Einhaltung dieser Protokolle ist nicht optional. Sie ist unerlässlich, um das Personal zu schützen, Geräteschäden zu vermeiden und die allgemeine Sicherheit der elektrischen Anlage zu gewährleisten.

Bewerbungen und Auswahlkriterien