Stromwandler (CTs)
Ein Stromwandler ist ein Umformer, der in seinem Sekundärstromkreis Strom produziert, der im Verhältnis zu dem Primärstrom steht.
Obwohl es andere Arten von Stromwandlern gibt, wird hier nur der Kabelumbau- oder Ring-Stromwandler erläutert. Dieser erhält seinen Namen von seinem Design, das einen ringförmigen Kern hat. Der ringförmige Kern wird aus einem eng gewickelten Streifen ferromagnetischen Materials geformt.
Ein Stromwandler basiert auf dem Prinzip der Strombalance, wie in Abbildung 13 dargestellt. Wenn die primäre Wicklung bei geöffnetem Sekundärstromkreis spannungsgeladen wird, wird der Transformator zu einem Eisenkern-Induktor. Der Primärstrom erzeugt einen magnetischen Fluss im Kern, wie dargestellt (Flussrichtung kann durch die Rechte-Hand-Regel ermittelt werden). Wenn die sekundäre Wicklung an eine Last angeschlossen oder kurzgeschlossen wird, fließt Strom durch die sekundäre Wicklung und erzeugt magnetischen Fluss im Kern im Gegensatz zu dem magnetisierenden Fluss, der von dem Primärstrom erzeugt wurde. Wenn man Verluste außer Acht lässt, gleicht der Sekundärfluss den Primärfluss genau aus. Dieses Phänomen ist als Lenzsche Regel bekannt.
Drahtlänge
Der sekundäre Leiterwiderstand von Stromwandlern kann nicht ignoriert werden, besonders in Hinblick auf Stromwandler mit niedrigen Voltamperes (VA). Als Beispiel soll hier ein elektronisches Überlastungsrelais betrachtet werden:
Der CT-Eingangswiderstand oder Last (ZB) = 0,01 Ω
Der Maximalstrom (I) = 10 A
CT-Leistung (P) = 5 VA
Jetzt lösen wir dies für die maximale Länge von #14 AWG-Leitern, die zu einer Nenngenauigkeit für einen 10 A Sekundärstrom führt. Lösung für maximalen Gesamtwiderstand (ZT):
P = I²ZT ZT = P / I² = 5 / 10² = 0,05 Ω
Lösung für maximalen Leiterwiderstand (ZW):
ZT = ZW + ZB ZW = 0,05 - 0,01 = 0,04 Ω
Wenn wir den #14 AWG-Widerstand betrachten, sehen wir, dass er 2,6 Ohm / 1000 Fuß entspricht. Daraus ergibt sich Kabellänge = ZW / #14 AWG-Widerstand Kabellänge = (0,04 x 1000) / 2,6 = 15,4 Fuß.
CT-Installation
Ein Stromwandler sollte nicht bei geöffnetem Sekundärstromkreis betrieben werden. Wenn der Sekundärstromkreis geöffnet ist, während der Primärstrom fließt, wird der Sekundärstrom versuchen, weiter zu fließen, um das Flussgleichgewicht zu erhalten. Während der Widerstand des Sekundärstromkreises von einem niedrigen auf einen hohen Wert ansteigt, steigt die Spannung in der sekundären Wicklung auf den Spannungswert, der zum Erhalt des Stromflusses notwendig ist. Wenn die Sekundärspannung die Durchbruchsspannung der sekundären Wicklung erreicht, versagt die Isolierung und der Stromwechsler wird beschädigt. Darüber hinaus verursacht diese Situation eine Elektroschockgefahr für das Personal.
Wenn ein ringförmiger Stromwandler zur Überwachung eines einzelnen oder mehrerer Leiter verwendet wird, sollten die Leiter im CT-Fenster zentriert sein, wie unten dargestellt, und senkrecht zur CT-Öffnung verlaufen.
In einigen Anwendungen ist es schwierig oder unmöglich, den Primärleiter durch das CT-Fenster zu installieren (Beispiel: bestehende Sammelschienenstruktur). Für diese Anwendungen wird manchmal ein Stromwandler mit gespaltenem Kern eingesetzt. Das Leistungsvermögen von Stromwandlern mit gespaltenem Kern liegt oft unter dem von Stromwandlern mit solidem Kern. Eine inkorrekte Installation wird im linken Bild angezeigt, eine korrekte Installation auf der Abbildung rechts.
ABBILDUNG 14
Die Merkmale eines Stromwandlers werden normalerweise als einzelne Frequenzen wie 50 oder 60 Hz angegeben. Daher stellt sich die Frage: Was geschieht, wenn Stromwandler bei variablem Frequenzantrieb (VFD) eingesetzt werden? Für Stromwandler, die linear zu etwa 10x Nennprimärstrom bei 60 Hz sind, ist das Verhältnis Volt/Hertz ungefähr konstant. Das heißt, wenn alle anderen Bedingungen bei 6 Hz gleich gehalten werden, wird der Stromwandler nur linear zu 1x Nennstrom sein, und bei 30 Hz linear zu 5x Nennstrom. Für einen Standard-Stromwandler mit Silikon-Stahl-Kern beträgt die obere Bandbreitenfrequenz etwa 5 kHz.