Ein Stromwandler (CT) ist ein Transformator, der den Strom eines anderen Stromkreises misst. Es ist mit einem Amperemeter (A im Diagramm) in einem eigenen Stromkreis gekoppelt, um diese Messung durchzuführen. Die direkte Messung von Hochspannungsstrom würde das Einsetzen von Messgeräten in die gemessenen Stromkreis - eine unnötige Schwierigkeit, die den eigentlichen Strom, der sein soll, herunterziehen würde gemessen. Außerdem kann die durch den hohen Strom in den Messgeräten erzeugte Wärme zu falschen Messwerten führen. Die indirekte Strommessung mit einem Stromwandler ist viel praktischer.
Spannungs- und Stromwandlerbeziehungen
Die Funktion eines Stromwandlers (CT) lässt sich besser verstehen, wenn man ihn mit dem bekannteren Spannungswandler (VT) vergleicht. Denken Sie daran, dass in einem Spannungswandler ein Wechselstrom in einem Stromkreis ein magnetisches Wechselfeld in einer Spule im Stromkreis aufbaut. Die Spule ist um einen Eisenkern gewickelt, der das Magnetfeld nahezu unvermindert auf eine andere Spule in einem anderen Stromkreis, also ohne Stromquelle, verteilt.
Im Gegensatz dazu besteht der Unterschied des CT darin, dass der Stromkreis effektiv eine Schleife hat. Der Stromkreis geht nur einmal durch den Eisenkern. Ein Stromwandler ist daher ein Aufwärtstransformator.
CT- und VT-Formeln
Denken Sie auch daran, dass der Strom und die Anzahl der Windungen in den Spulen in einem VT wie folgt zusammenhängen können:
i_1N_1=i_2N_2
Dies liegt daran, für eine Spule (Magnet):
B=\muNi
wobei mu hier die magnetische Permeabilitätskonstante bedeutet. Bei einem guten Eisenkern geht von einer Spule zur anderen nur wenig Intensität von B verloren, sodass die B-Gleichungen für die beiden Spulen effektiv gleich sind, was uns die erste Beziehung gibt.
Jedoch N1 = 1 für die Primärwicklung beim Stromwandler. Entspricht die einzelne Stromleitung effektiv einer Schleife? Reduziert sich die letzte Gleichung auf i1 = ich2 Nein2? Nein, weil es auf Solenoidgleichungen basierte. Für N1 = 1, ist die folgende Formel besser geeignet:
B=\frac{\mu i}{2\pi r}
wobei r der Abstand von der Mitte des Drahtes zu dem Punkt ist, an dem B gemessen oder erfasst wird (der Eisenkern im Transformatorgehäuse). So:
\frac{i}{2\pi r}=i_2N_2
ich1 ist also lediglich proportional zum Amperemeter-Messwert i2, wodurch die Strommessung auf eine einfache Umrechnung reduziert wird.
Allgemeine Verwendungen von Transformatoren
Die zentrale Funktion eines Stromwandlers besteht darin, den Strom in einem Stromkreis zu bestimmen. Dies ist besonders nützlich für die Überwachung von Hochspannungsleitungen im gesamten Stromnetz. Eine weitere allgegenwärtige Verwendung von Stromwandlern ist in Haushaltsstromzählern. Ein Stromwandler ist mit einem Zähler gekoppelt, um zu messen, welchen Stromverbrauch der Kunde aufladen muss.
Sicherheit elektrischer Geräte
Eine weitere Funktion von Stromwandlern ist der Schutz empfindlicher Messgeräte. Durch Erhöhen der Anzahl der (Sekundär-)Wicklungen N2 kann der Strom im Stromwandler viel kleiner gemacht werden als der Strom im gemessenen Primärkreis. Mit anderen Worten, da N2 geht hoch, ich2 sinkt.
Dies ist relevant, da bei hohen Strömen Wärme entsteht, die empfindliche Messgeräte wie den Widerstand in einem Amperemeter beschädigen kann. Die Reduzierung von i2 schützt das Amperemeter. Es verhindert auch, dass Hitze die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt.
Schutzleistungsrelais
Stromwandler, die normalerweise in einem speziellen Gehäuse, einem sogenannten Stromwandlerschrank, installiert sind, schützen auch die Hauptleitungen des Stromnetzes. Ein Überstromrelais ist eine Art Schutzrelais (Schalter), das einen Leistungsschalter auslöst, wenn ein Hochspannungsstrom einen bestimmten voreingestellten Wert überschreitet. Überstromrelais verwenden einen Stromwandler zur Strommessung, da der Strom einer Hochspannungsleitung nicht direkt gemessen werden kann.