So dimensionieren Sie das Übersetzungsverhältnis eines Stromwandlers: Eine praktische Schritt-für-Schritt-Methode

So dimensionieren Sie das Übersetzungsverhältnis eines Stromwandlers: Eine praktische Schritt-für-Schritt-Methode

Die richtige Wahl Stromwandler-Übersetzungsverhältnis klingt einfach, doch „größer ist sicherer“ ist oft falsch. Ein zu großes Stromwandler-Übersetzungsverhältnis kann die Messauflösung verringern und die Empfindlichkeit von Schutzeinrichtungen beeinträchtigen. Ein zu kleines Stromwandler-Übersetzungsverhältnis kann den Stromwandler überlasten oder ihn bei Kurzschlussereignissen in den Sättigungsbereich treiben.

Diese schrittweise Vorgehensweise hilft Ihnen dabei, ein Stromwandler-Übersetzungsverhältnis auszuwählen, das sowohl für Messzwecke als auch für Schutzaufgaben geeignet ist.

Schritt 1: Anwendungsfall definieren (Messung, Schutz oder beides)

Beginnen Sie damit, klarzustellen, wozu die Sekundärseite des Stromwandlers genutzt wird:

• Messung: energiezähler, Leistungszähler, Überwachungssysteme.
• Schutz: überstrom-, Erdschluss- und Differenzschutzeinrichtungen.
• Kombiniert: getrennte Kerne oder separate Stromwandler (CTs) sind möglicherweise erforderlich, um sowohl die Genauigkeits- als auch die Sättigungsanforderungen zu erfüllen.

Schritt 2: Schätzen des normalen Laststroms

Verwenden Sie den erwarteten Betriebsbereich und nicht nur die Typenschildangaben. Berücksichtigen Sie:

• Durchschnittliche Last: typischer Betriebsstrom.
• Spitzenlast: maximaler dauerhafter Laststrom.
• Wachstumspuffer: geplante Erweiterung.

Für die Messgenauigkeit sollte der Normalbetrieb einen aussagekräftigen Teil des CT-Bereichs einnehmen und nicht nahe der unteren Grenze liegen.

Schritt 3: Bestimmung des maximalen Dauerstroms

Berücksichtigen Sie gegebenenfalls mögliche kontinuierliche Überlastszenarien. Bestätigen Sie:

• Thermische Grenzwerte für Leiter/Busbars
• Nennwerte von Transformatoren und Zuleitungen
• Betriebsverfahren (z. B. N-1-Störfall)

Schritt 4: Bewertung des Kurzschlussstroms und der Schutzanforderungen

Die Auswahl des Stromwandler-(CT-)Übersetzungsverhältnisses hängt ebenfalls vom Kurzschlussstrompegel und den Relaiseinstellungen ab. Ist der Systemkurzschlussstrom hoch, muss der CT eine akzeptable Leistung aufrechterhalten, ohne zu früh zu saturieren.

Abstimmung mit der Schutzstudie: Ansprechstrom des Relais, Zeit-Strom-Kennlinien sowie eventuelle Differenzialschutzanforderungen.

Schritt 5: Auswahl der Sekundärnennstromstärke (1 A oder 5 A)

Die Sekundärnennstromstärke beeinflusst die Belastung der Verkabelung. Bei langen Leitungslängen wird häufig 1 A bevorzugt, um die Belastung zu verringern und die Genauigkeit zu verbessern. Bei Altanlagen kann 5 A erforderlich sein, um mit bereits installierten Relais oder Messgeräten kompatibel zu sein.

Schritt 6: Prüfung der Belastbarkeit und Genauigkeitsklasse

Berechnen Sie die Gesamtbelastung (Geräte + Verkabelung). Stellen Sie dann sicher, dass die vom Stromwandler (CT) angegebene Nennbelastung und Genauigkeitsklasse übereinstimmen:

• Messgenauigkeitsklasse: wählen Sie anhand der Messanforderungen aus.
• Schutzklasse/Leistung: wählen Sie anhand der Anforderungen der Schutzeinrichtung und des Kurzschlussstroms aus.

Wenn die tatsächliche Belastung die Nennbelastung des Stromwandlers übersteigt, kann dieser außerhalb seiner spezifizierten Leistungsmerkmale liegen.

Schritt 7: Plausibilitätsprüfung anhand typischer Übersetzungsverhältnisse

Nach Auswahl eines Übersetzungsverhältnisses prüfen Sie folgende praktische Fragen:

• Erzeugt die normale Last stabile Messwerte? Falls nicht, ist das Übersetzungsverhältnis möglicherweise zu hoch.
• Kann die Spitzenlast zu einer Überhitzung führen? Falls ja, ist das Übersetzungsverhältnis möglicherweise zu klein oder die thermische Belastbarkeit des Stromwandlers unzureichend.
• Führt der Kurzschlussstrom frühzeitig zur Sättigung? Falls ja, kann die Schutzstromwandler-Leistung unzureichend sein.

Häufige Fehler bei Stromwandler-Übersetzungsverhältnissen

• Überdimensionierung des Übersetzungsverhältnisses: geringe Messauflösung und verringerte Relaisempfindlichkeit.
• Vernachlässigung der Leitungsbelastung: führt zu Genauigkeitsverlust und frühzeitiger Sättigung.
• Verwendung eines einzigen Stromwandlers für alle Anwendungen: die Messung und der Schutz erfordern möglicherweise unterschiedliche Kerne oder Stromwandler-Ausführungen.
• Nicht abgestimmt mit den Schutzeinstellungen: verhältnis- und Relais-Auslösestrom-Mismatch.

Interne Links

Stromwandlerkategorie: Stromtransformatoren .

Spannungswandler-Kategorie für komplette Mess-/Schutzanlagen: Spannungstransformatoren .

Fazit

Die Auswahl des Stromwandler-Übersetzungsverhältnisses stellt einen Kompromiss zwischen der Genauigkeit der Messung bei Nennlast und den Anforderungen des Kurzschlussstromschutzes dar. Beginnen Sie mit der Anwendung und den Lastdaten und überprüfen Sie anschließend die Belastbarkeit sowie die Schutzleistung unter realen Installationsbedingungen. Dieser Ansatz vermeidet sowohl einen unzureichend dimensionierten Schutz als auch eine minderwertige Messqualität.

Bildvorschläge

• Bild: https://www.enweielectric.com/products/current-transformers
• ALT: „Auswahl des Stromwandler-Übersetzungsverhältnisses für Messung und Schutz“
• Bild: https://www.enweielectric.com/products/voltage-transformers
• ALT: „Spannungswandler in Verbindung mit Stromwandlern in Mittelspannungs-Messfeldern“