Stromwandler - 3-K-Elektrik

Technische Information Stromwandler
Technical Information Current Transformers
Offenbetrieb von Stromwandlern
Open-Circuit-Operation of Current Transformers
Der Ausgang von Stromwandlern entspricht prinzipiell einer Konstantstromquelle.
Bei zunehmender BŸrde erhšht sich daher die Ausgangsspannung
entsprechend der Beziehung U=R . I, bis SŠttigung
erreicht wird. (Hierin ist auch enthalten, dass sich die Ausgangsspannung
ebenso mit dem PrimŠrstrom entsprechend seinem †bersetzungsverhalten
erhšht!) Diese SŠttigung findet Ihre Ursache in der
SŠttigungsinduktion, also dem Verlauf der B-H-Kennlinie des als
Kernmaterial verwendeten Eisens.
Oberhalb der SŠttigung steigt die Spannung an den SekundŠranschlŸssen
des Stromwandlers bei zunehmender Verzerrung weiter
an und erreicht ihren Maximalwert bei unendlich gro§er BŸrde, also
offenen Klemmen (siehe Bilder 1 bis 3).
Bild 1: Ausgangsspannung eines Stromwandlers
im "normalen" Betriebszustand
Picture 1: Output voltage of a C.T. under normal
conditions
Der Spitzenwert dieser Spannung richtet sich nach der WandlerŸbersetzung
und der Leistung. Bei offenen Wandlern kšnnen somit hohe
Spannungsspitzen auftreten, die eine Gefahr fŸr den Menschen sind
und den Wandler durch SpannungsŸberschlŠge zwischen den
Windungen zerstšren kšnnen.
Wird ein Stromwandler bis in den SŠttigungsbereich ausgesteuert,
treten Ÿberdies nicht unerhebliche Ummagnetisierungsverluste
auf, die zu einer deutlichen ErwŠrmung des Kerns und als Folge zur
Zerstšrung des Wandlers fŸhren kšnnen.
Bei sogenannten offensicheren Wandlern (das ist kein genormter
Begriff) ist die Windungsisolation so bemessen, dass der Wandler
den Offenbetrieb schadlos Ÿbersteht. Das bedeutet aber nicht, dass
die Offenspannung fŸr den Menschen unschŠdliche Werte annimmt.
Die Zerstšrung des Wandlers durch innere SpannungsŸberschlŠge
kann durch Isolationsma§nahmen verhindert werden, nicht jedoch
die Zerstšrung durch die drohende †berhitzung.
Stromwandler mŸssen ohnehin eine WindungsprŸfung bestehen.
Dabei wird bei offenen SekundŠranschlŸssen der PrimŠrstrom soweit
erhšht, bis entweder der Nennstrom erreicht ist oder die Offenspannung
4,5kV betrŠgt. Diese PrŸfung muss eine Minute andauern.
Es ist also gar nicht notwendig, besonders auf die Offensicherheit
von Wandlern hinzuweisen, da diese bis zu 4,5kV ohnehin gegeben
sein muss.
Aber selbst bei ausreichender Isolation ist zu beachten, dass bei
EinschaltvorgŠngen, wie z.B. Motoranlauf, der PrimŠrstrom kurzzeitig
ein Vielfaches des Nennstroms erreichen kann, weshalb auch die
Offenspannung um ein Vielfaches von 4,5kV anwachsen kann.
Der Begriff "offensicher" verleitet also zu der falschen Annahme,
dieser Stromwandler kšnne grundsŠtzlich offen betrieben werden.
Offenbetrieb sollte unbedingt vermieden werden. UnbebŸrdete
Wandler mŸssen folglich immer kurzgeschlossen werden.
0.09
Bild 2: Ausgangsspannung bei beginnender
SŠttigung
Picture 2: Output voltage of a C.T. when saturation
begins
The C.T. output essentially corresponds to a current source
supplying constant current. Increasing the output load will hence
increase the output voltage in accordance with the relation U=R . I
and in addition to the effect resulting from primary current variation
in observance of the C.T. transformation ratio up to the level where
saturation sets in. This saturation is due to the magnetic flux
density saturation of the iron core material used in the C.T., i.e. its
typical graph of B as a function of H.
Operating above the saturation level the C.T. output voltage continues
to increase with an increase in distortion and will reach its maximum
value at infinite load, that is at open output circuit (see pictures 1 to 3).
Bild 3: Ausgangsspannung bei voller SŠttigung
Picture 3: Output voltage of a C.T. fully operated
in saturation
The C.T. output essentially corresponds to a current source
supplying constant current. IThe maximum value of this voltage
depends on the current transformation ratio and the power rating of
the C.T. Open circuited C.T.'s can therefore produce high peak
voltages which constitute a physical danger to the persons and can
destroy the C.T. due to voltage breakthrough between windings.
Driving the C.T. up into the saturation range will cause considerable
reversal magnetization losses leading to a significant heating of
the iron core and possibly destroying the C.T.
So called open circuit safe C.T.'s are manufactured with winding
insulation suficiently dimensioned to withstand open circuit output
operation without suffering damage. The terminology "open circuit
safe" does however not include that the open circuited output voltage
will cause no harm to human beings.
The C.T. destruction by internal breakthrough can be prevented by
the application of suitable insulation techniques, not so however the
C.T. destruction by threatening overheating.
C.T.'s anyway have to withstand a winding test. It consists of applying
to an open circuited C.T. an increasing primary current until either
the nominal primary current value or the open circuited output
voltage of 4.5kV is reached. This test must last one minute.
It is therefore not necessary to separately point out the "open circuit
output safety" of a C.T. as all of them have to withstand the 4.5kV
anyway.
Please not that even with sufficient C.T. insulation short time switching
operations like a motor start-up will result in short duration primary
currents many times the nominal value and hence in brief output
voltages up to multiples of the 4.5kV tested.
The term "open circuit safe" easily leads to the wrong conclusion
that these C.T.'s can generally be operated with an open output circuit.
This should under all circumstances be avoided, meaning that
C.T.'s without load must always be operated with a short circuited output.