Das grundlegende Funktionsprinzip von Stromwandlern und wie sie zur Messung elektrischen Stroms eingesetzt werden

Stromtransformatoren (CTs) sind wichtige Komponenten im Bereich der Elektrotechnik, insbesondere in Energiesystemen und Messanwendungen. Sie sind für die genaue Messung des elektrischen Stroms konzipiert und bieten gleichzeitig elektrische Isolierung und Sicherheit. Das grundlegende Funktionsprinzip von Stromwandlern und ihre Verwendung zur Messung elektrischen Stroms lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Arbeitsprinzip:

Ein Stromwandler arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Es besteht aus einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, die beide um einen Magnetkern gewickelt sind.

Primärwicklung: Die Primärwicklung des Stromwandlers ist in Reihe mit dem Leiter geschaltet, durch den der Strom gemessen werden soll. Wenn elektrischer Strom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er ein Magnetfeld um den Kern.

Magnetkern: Der Kern des Stromwandlers besteht typischerweise aus einem hochpermeablen Material wie Eisen oder Ferrit, um die magnetische Kopplung zwischen den Wicklungen zu verbessern.

Sekundärwicklung: Die Sekundärwicklung ist auf den gleichen Kern gewickelt, aber von der Primärwicklung elektrisch isoliert. Sie besteht aus einer deutlich größeren Windungszahl als die Primärwicklung.

Spannungsinduktion: Gemäß dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion induziert das sich ändernde Magnetfeld, das durch den Primärstrom erzeugt wird, eine Spannung in der Sekundärwicklung. Die induzierte Spannung ist direkt proportional zur Stromänderungsrate in der Primärwicklung.

Hauptmerkmale und Anwendungen:

Stromreduzierung: Stromwandler sind so konzipiert, dass sie den Strom von der Primärwicklung zu Mess- und Schutzzwecken auf ein normales, beherrschbares Niveau reduzieren. Der Sekundärstrom ist typischerweise viel niedriger als der Primärstrom, oft in einem Verhältnis von 100:5 oder 1000:5.

Isolierung: Stromwandler sorgen für eine elektrische Isolierung zwischen dem Hochspannungs-Primärkreis und dem Niederspannungs-Sekundärkreis. Dies gewährleistet die Sicherheit der Mess- und Überwachungsgeräte.

Genauigkeit: Hochpräzise Stromwandler werden hergestellt, um genaue Strommessungen innerhalb einer festgelegten Fehlermarge zu liefern, selbst unter wechselnden Lastbedingungen.

Messgeräte: Der Sekundärstromausgang von Stromwandlern ist mit verschiedenen Mess- und Überwachungsgeräten wie Amperemeter, Voltmeter, Wattmeter, Energiezähler und Schutzrelais verbunden.

Schutzrelais: Stromwandler spielen eine entscheidende Rolle beim Schutz von Stromversorgungssystemen. Sie werden verwendet, um Überstrombedingungen und Fehlerströme zu erkennen, die Schutzrelais auslösen, um fehlerhafte Teile des Systems zu isolieren.

Messung und Abrechnung: Bei Anwendungen zur Strommessung werden Stromwandler eingesetzt, um den aktuellen Verbrauch in Wohn-, Gewerbe- und Industrieumgebungen zu messen. Die Sekundärstromabgabe wird zur Berechnung des Energieverbrauchs für Abrechnungszwecke herangezogen.

Instrumententransformatoren: Stromwandler werden zusammen mit Spannungswandlern (VTs) gemeinsam als Instrumententransformatoren bezeichnet. Spannungswandler erfüllen eine ähnliche Funktion zur Spannungsmessung und -isolierung.