Messwandler in Drehstromnetzen (Teil 1)

Info-Brief Nr. 1

Messwandler für Wechselgrößen

Der direkte Anschluss der Messmittel an das Netz ist aus sicherheitstechnischen Gründen beschränkt auf Werte unterhalb von etwa 500 V bis 800 V bei den Spannungen und ≤ 10 A bei den Strömen. Eingangsgrößen mit höheren Betriebswerten werden mit Messwandlern an den Eingangsbereich der Messmittel angepasst.

Messwandler für Wechselgrößen sind Transformatoren kleiner Leistung, die weit unterhalb der Sättigungsgrenze des Eisenkerns betrieben werden. Die hohen Werte einer Netzgröße (Primärgröße X1) werden durch Wandlung und galvanische Trennung auf niedrige Werte (Sekundärgröße X2) herabgesetzt und amplituden- und phasengetreu abgebildet. Dadurch lassen sich die Netzgrößen einfacher und gefahrloser messen.

Nennübersetzung

Für die Auswahl des Messwandlers sind zunächst die Nennwerte X1n der Primärgröße und X2n der Sekundärgröße und die damit gegebene Nennübersetzung Kn maßgebend:

K_{n} = \frac{X_{1n}}{X_{2n}}
K_{nu} = Nennübersetzung\:Spannungswandler
K_{ni} = Nennübersetzung\:Spannungswandler

Beispiel 1.1

Daten des Stromwandlers:

X_{1n} = 1000 A; X_{2n}= 5 A

Nennübersetzung des Stromwandlers:

K_{ni} = 1000 A : 5 A = 200

Umrechnung von Messwerten der Leistung

Der Messwert der Leistung auf der Netzseite ist das Produkt vom Messwert der Leistung im Sekundärkreis und der Nennübersetzung der Strom- und Spannungswandler.

P_{prim} = P_{sek} * K_{nu} * K_{ni}

Dieser Zusammenhang gilt einheitlich für alle Netzarten. Bei Drehstromnetzen müssendie Nennübersetzung aller Spannungswandler und die Nennübersetzung aller Stromwandler gleich sein.

Beispiel 1.2

Daten des Netzes: 300 MW. 110 kV

Daten des Messandlers:

K_{nu} = 110 kV / \sqrt{3} : (100 V / \sqrt{3} )= 1,1 *10^{3}
K_{ni} = 1200A /1A =1,2 *10^{3}

Leistungswert auf der Sekundärseite:

P_{Sek}= (300*10^{6}W):(1,0*10^{3}*1,2*10^{3}) = 300 : 1,2 \newline= 250 W

Stromwandler

Ein Stromwandler ist ein Transformator, dessen Sekundärwicklung nahezu im Kurzschluss betrieben wird. Der Sekundärkreis muss stets geschlossen sein. Ein Betrieb bei unterbrochenem Stromkreis (unbelastete, offene Sekundärwicklung) verursacht, wegen der dann nicht vorhandenen Gegeninduktion und der dadurch bedingten Vervielfachung der Eisenverluste, eine starke Erhitzung des Wandlerkerns und im Extremfall dessen Explosion. Wegen des großen Übersetzungsverhältnisses der Primär-zur Sekundärwicklung entsteht bei diesem Betriebsfall an den Anschlussklemmen der Sekundärwicklung eine hohe, gefährliche Spannung, die auch Überschläge zwischen den Wicklungen verursachen kann. Aus diesen Gründen dürfen im Sekundärstromkreis keine Sicherungen verwendet werden.

Erdung der Sekundärwicklung

Aus sicherheitstechnischen Gründen muss die Sekundärwicklung eines Stromwandlers, der in einem Hochspannungsnetz eingebaut ist, einseitig geerdet werden, um bei einem Durchbruch der Wicklungsisolation eine Gefährdung des Betriebspersonals durch Hochspannung zu verhindern. Diese Forderung ist festgelegt in VDE 0100 für Messwandler ab Reihe 3 (Betriebsspannung 3 kV) aufwärts. Bei den Reihen 0,5 und 1 ist eine Erdung der Sekundärwicklung nicht vorgeschrieben. Oft ist dies jedoch aus messtechnischen Gründen erforderlich, um einen definierten Bezugspunkt in einem Stromkreis zu schaffen und Störspannungen nach Erde abzuleiten.

Nennwerte I2n

Die genormten Nennwerte des Sekundärstromes sind: 1 A, 2 A und 5 A.

Genauigkeitsklassen der Stromwandler

Stromwandler werden in den Klassen 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5 gebaut.

Klemmenbezeichnungen der Stromwandler

Als Klemmenbezeichnung gilt nach DIN 0414 für die Primärwicklung P1 und P2 und für die Sekundärwicklung S1 und S2.
1(P1, S1) auf der Erzeugerseite (früher Kraftwerk),
2 (P2, S2) auf der Verbraucherseite (früher Last).

Klemmenbezeichnungen nach DIN 0414 bei Stromwandlern

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