Strom-/Spannungswandler

Stromwandler (CTs) und Spannungswandler (VTs, auch bekannt als Potenzialtransformatoren, PTs) sind Instrumententransformatoren, die in Energiesystemen weit verbreitet sind. Sie reduzieren einen hohen Primärstrom oder eine hohe Primärspannung auf niedrige, standardmäßige Sekundärwerte für Messung, Schutz und Steuerung. Obwohl beide Geräte Niederspannungsgeräte von Hochspannungsstromkreisen isolieren, unterscheiden sie sich grundsätzlich in ihren Funktionsprinzipien, Anschlussregeln und Lastanforderungen.

Ein Stromwandler dient dazu, große Lastströme herunterzutransformieren. Seine Primärwicklung hat meist nur wenige Windungen und ist in Reihe mit der Stromleitung geschaltet. Die Sekundärwicklung führt einen proportionalen, kleineren Strom, üblicherweise 5 A oder 1 A. Das Kernprinzip ist das Amperesche Gesetz: Die primäre magnetomotorische Kraft gleicht die sekundäre magnetomotorische Kraft im Normalbetrieb aus. Eine wichtige Sicherheitsregel besteht darin, dass die Sekundärseite niemals offen gelassen werden darf. Eine offene Sekundärseite erzeugt eine extrem hohe induzierte Spannung, die Geräte beschädigen und Bediener gefährden kann. CT-Sekundärkreise werden immer durch Messgeräte oder Relais kurzgeschlossen und die angeschlossene Bürde muss innerhalb des Nennbereichs bleiben. Typische Anwendungen sind Überstromschutz, Energiemessung und Stromüberwachung in Schaltanlagen.

Im Gegensatz dazu wandelt ein Spannungstransformator die hohe Systemspannung auf eine standardmäßig niedrige Sekundärspannung wie 100 V herunter. Seine Primärwicklung hat viele Windungen und ist parallel zur Phasen- oder Phase-Erde-Spannung geschaltet. Er funktioniert wie ein herkömmlicher Leistungstransformator, der auf dem Faradayschen Induktionsgesetz basiert und ein genaues Spannungsverhältnis aufrechterhält. Die Sekundärseite darf nicht kurzgeschlossen werden. Ein Kurzschluss erzeugt einen enormen Sekundärstrom, der Wicklungen durchbrennt und den Transformator zerstört. Spannungswandler liefern Referenzspannung für Schutzrelais, Voltmeter, Leistungsfaktormesser und Energiezähler.

Auch die Belastungsdefinition trennt die beiden Typen. Die CT-Bürde bezieht sich auf die Impedanz der Sekundärschleife, einschließlich Kabelwiderstand und Geräteeingangsimpedanz. Die VT-Bürde beschreibt die Gesamtleistung der angeschlossenen Lasten, gemessen in Voltampere. Genauigkeitsklassen werden für unterschiedliche Zwecke ausgewählt: Für die Umsatzmessung sind hohe Genauigkeitsklassen erforderlich, während für den Schutz etwas niedrigere Genauigkeitsklassen verwendet werden können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Stromwandler den Reihenstrom messen und offene Sekundärkreise verbieten, während Spannungswandler die Parallelspannung messen und kurzgeschlossene Sekundärkreise verbieten. Beide sorgen für eine galvanische Trennung zwischen Hochspannungsnetzen und Niederspannungsschalttafeln. Die richtige Auswahl und Verkabelung verhindert katastrophale Ausfälle und gewährleistet eine zuverlässige Leistungsmessung und Relaisfunktion in industriellen und elektrischen Anlagen.