Jul 21, 2020
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Wandler

Fremdfeldkompensierte Stromwandler für hohe Primärströme

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ERZlich Willkommen liebe Freunde der Schutz-, Leit- und Elektrotechnik. In unserem neuen Fachbeitrag erklären uns Roland Bürger und Herwig Schoppig (MBS AG) Hintergründe zur gegenseitigen Beeinflussung von Wandlerkernen und zeigen praktische und in der Anwendung befindliche Lösungen. Viel Spaß beim Lesen, wir übergeben.

Feldkompensierte Stromwandler für hohe Primärströme

Wenn Stromwandler in Hochstromanwendungen ab ca. 2500 A und mehr verwendet werden, kann die Stärke des Magnetfeldes der benachbarten Primärleiter so bedeutend werden, dass dies bei der Auslegung der Stromwandler berücksichtigt werden muss. Magnetfelder benachbarter Phasen oder auch N-Leiter können die magnetische Flussdichte im Stromwandler beeinflussen. Die sich durch Fremdeinflüsse ändernde magnetische Flussdichte kann die Fehlerwerte der Stromwandler teilweise erheblich beeinflussen.

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Abbildung 1: Zeigerdiagramm eines Stromwandlers – der Magnetisierungsstrom (abhängig von der magn. Flussdichte) beeinflusst den Sekundärstrom

Eine hinreichend praxisnahe Abschätzungsmöglichkeit des Einflusses auf die magnetische Flussdichte bietet die folgende Formel:

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Formel zur Abschätzung der Beinflussung

In der folgenden Abbildung wird deutlich, wie das Magnetfeld des Leiters L2 den magnetischen Fluss im Eisenkern des Stromwandlers von Leiter L1 verändern kann. Wie der Strom so suchen sich auch die magnetischen Feldlinien den geringsten Widerstand. Die hochpermeablen Eisenkerne bieten den magnetischen Feldlinien von Leiter L2 trotz des längeren Weges durch den Kern einen kleineren magnetischen Widerstand. Ein montierter Stromwandler um den Leiter L2 könnte den Einfluss des Leiters L2 auf Leiter L1 deutlich minimieren.

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Abbildung 2: modellhafte Darstellung eines fremfeldbeeinflussten Stromwandlers

Um auch in kritischen Hochstrommessungen, die auf dem Leistungsschild angegebene Genauigkeitsklasse garantieren zu können, bieten einige Hersteller fremdfeldkompensierte Stromwandler für Hochstromanwendungen an. Hierzu werden die Stromwandler mit einer speziellen Wickeltechnik gefertigt, die den Fremdfeldeinfluss von Nachbar- bzw. Rückleitern nahezu egalisieren kann.

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Abbildung 3: fremdfeldkompensierende Wickeltechnik

In der ersten Lösung (links in Abbildung 3) werden zusätzlich zu den erforderlichen Sekundärwindungen 4 Segmente auf den bewickelten Kern aufgebracht. Die einzelnen Segmente werden mit den diametral gegenüberliegenden Segmenten querverbunden. Diese Schaltung wirkt durch Fremdfelder hervorgerufenen einseitigen magnetischen Flussdichten entgegen. Ein Einfluss auf die Messgenauigkeit kann verhindert werden. Im Labor konnten Fremdfeldeinflüsse um ca. 80 % abgemildert werden. Ein Nachteil ist der nicht unerhebliche Aufwand in der Fertigung. Auch der zusätzliche Auftrag der Wicklung und damit die Größe des Stromwandlers bringt für den Kunden oft einen entscheidenden Nachteil.

In intensiven Versuchsreihen der MBS AG wurden Sekundärwicklungen in mehreren Segmenten gewickelt und anschließend parallel geschaltet. Mit dieser innovativen Methode konnten Fremdfelder ähnlich gut kompensiert werden. Der Vorteil: Der Wickelauftrag ist deutlich geringer als in der herkömmlichen Technik wodurch weiterhin platzsparende Wandlerbauformen eingesetzt werden können.

Die positiven Ergebnisse konnten in umfangreichen Labortests verifiziert werden, dabei wurden unterschiedlichste Leiteranordnungen überprüft.

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Abbildung 4: Unterschiedliche Leiteranordnungen für die Hochstrom-CT-Tests

Die beschriebenen Tests sind als Worst Case Scenario sehr gut geeignet und genügen der aufwendigen realen Drei-Phasen-Installation einer Kundenanlage. Die fremdfeldkompensierten Stromwandler sind derzeit in folgenden Bauformen verfügbar.

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Abbildung 5: Kompakte Hochstromwandler mit Kompensationswicklung

Autoren: Roland Bürger und Herwig Schoppig (MBS AG)

HERZliche Grüsse

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