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Rechner für die Bürde von Stromwandlern

Leitung und Messgeräte am Sekundärkreis eines Stromwandlers addieren und mit der Nennbürde vergleichen.

Stromwandler

Sekundärnennstrom

Leitung und Geräte

Ergebnis

6,66VA

Der Sekundärkreis belegt 133 % der Nennbürde von 5 VA. Über der Nennbürde: Die Genauigkeitsklasse ist nicht garantiert. Der größte Teil der Bürde ist Leitung: Ein 1-A-Sekundärkreis hat 25-mal weniger Leitungsbürde.

Leitungswiderstand
0,2064 Ω15 m × 2 Adern, 20 °C
Leitungsbürde
5,16 VAbei 5 A
Gerätebürde
1,5 VAwie eingegeben
Gesamtbürde
6,66 VA133 % von 5 VA
Sekundärimpedanz
0,2664 Ω1,332 V bei Nennstrom
Längste Leitung
10,17 meinfache Länge, bei Nennbürde
Faktor bei tatsächlicher Bürde
—Rct und den Nennfaktor eingeben
Leitungsbürde beim anderen Sekundärstrom
0,2064 VAmit 1-A-Sekundärkreis

Prinzipskizze

CTS1S25 A0,206 Ω0,206 Ω15 m2,5 mm²Geräte1,5 VAGesamt 6,66 VA
Aus den Eingaben oben gezeichnet; nicht maßstäblich.
Formeln und Normen
S = Isn² × (2 ρ L / A) + Sdevices
ALF' = ALF × (Rct + Rrated) / (Rct + Ractual),   R = S / Isn²

Die Bürde eines Stromwandlers ist die Scheinleistung, die sein Sekundärkreis bei Sekundärnennstrom aufnimmt, I² × Z. Die zwei Leitungsadern tragen 2 × ρ × L / A bei, mit dem Kupferwiderstand bei Leitertemperatur; Messgeräte und Relais tragen die Bürde aus ihren Datenblättern bei. Der Rechner addiert Leitung und Geräte arithmetisch als Widerstände, was die Summe bei induktiven Geräten leicht überschätzt.

IEC 61869-2 legt Übersetzungs- und Fehlwinkel der Messklassen für Sekundärbürden zwischen 25 % und 100 % der Nennbürde fest; das Datenblatt des Wandlers nennt den genauen Bereich. Ein überlasteter Wandler misst zu wenig und sättigt früher. Für Schutzkerne und den Überstrom-Begrenzungsfaktor gilt näherungsweise ALF' = ALF × (Rct + Rnenn) / (Rct + Rist): Eine kleinere Bürde erhöht den Faktor, was bei Messgeräten zählt, die vor Fehlerströmen geschützt werden sollen.

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So funktioniert der Rechner für die Bürde von Stromwandlern

Ein Stromwandler bildet den Primärstrom als kleineren Sekundärstrom ab, 1 A oder 5 A, und treibt ihn durch alles, was angeschlossen ist: die Leitung zur Schalttafel und die Messgeräte, Relais oder Messumformer an ihrem Ende. Dieser Kreis ist die Bürde, angegeben in Voltampere bei Sekundärnennstrom. Ein Wandler hält seine Genauigkeitsklasse nur, solange die Bürde in ihrem Nennbereich bleibt.

Der Rechner addiert die Bürde der zwei Leitungsadern, I² × 2 ρ L / A mit dem Kupferwiderstand bei Leitertemperatur, zur Bürde der Geräte und vergleicht die Summe mit der Nennbürde des Wandlers. Er nennt außerdem die längste Leitung für die Nennbürde und den Genauigkeitsgrenzfaktor bei der tatsächlichen Bürde.

Warum meist die Leitung das Problem ist

Bei 5 A kostet jedes Ohm im Sekundärkreis 25 VA. Zwanzig Meter 2,5 mm² Kupfer hin und zurück sind 0,275 Ω oder 6,9 VA, mehr, als ein typischer 5-VA-Wandler tragen kann, bevor ein Messgerät angeschlossen ist. Mit 1 A Sekundärstrom sind es für dieselbe Leitung 0,28 VA. Deshalb haben Wandler mit langen Leitungswegen, von der Schaltanlage zu einer entfernten Tafel, meist 1-A-Sekundärkreise, und 5-A-Sekundärkreise bleiben nahe an ihren Messgeräten.

Der Bereich von 25 bis 100 %

IEC 61869-2 legt Übersetzungs- und Fehlwinkel von Messklassen wie 0,2, 0,5 und 1 für Sekundärbürden zwischen 25 % und 100 % der Nennbürde fest. Darüber misst der Wandler zu wenig und sättigt früher; darunter ist der Fehler nicht durch die Klasse abgedeckt und kann sie überschreiten. Moderne elektronische Zähler nehmen einen Bruchteil eines Voltampere auf, sodass eine zu groß gewählte Nennbürde einen Wandler mit der Leitung allein unter 25 % lassen kann. Das Datenblatt nennt den Bereich, für den ein bestimmter Wandler spezifiziert ist.

Genauigkeitsgrenzfaktor und Überstrom-Begrenzungsfaktor

Schutzwandler haben einen Genauigkeitsgrenzfaktor ALF, das Vielfache des Nennstroms, bis zu dem der Gesamtfehler innerhalb der Klasse bleibt. Messwandler haben einen Überstrom-Begrenzungsfaktor FS, der begrenzt, wie viel Strom bei einem Fehler das Messgerät erreicht. Beide hängen von der tatsächlichen Bürde ab: Die übliche Näherung ist ALF’ = ALF × (Rct + Rnenn) / (Rct + Rist), mit Rct als Sekundärwicklungswiderstand. Eine kleine Bürde erhöht den Faktor, was einem Schutzkern hilft, aber mehr Fehlerstrom zu einem Messgerät durchlässt.

Für den Spannungsfall auf Leitungen, die Feldsensoren versorgen, nutzen Sie den Rechner für den Spannungsfall der Sensorversorgung; um Strom stattdessen mit einem Widerstand zu messen, den Rechner für Strom-Shunts.

Häufige Fragen

Darf ich VA und Ohm direkt addieren?

Erst umrechnen: R = VA / I². Der Rechner behandelt Leitung und Geräte als ohmsch und addiert sie arithmetisch, was die Summe bei induktiven Geräten leicht überschätzt. Das liegt auf der sicheren Seite.

Darf der Sekundärkreis nie geöffnet werden?

Ja. Ein offener Sekundärkreis unter Last treibt den Wandler in die Sättigung und kann gefährliche Spannungen erzeugen. Schließen Sie die Sekundärklemmen kurz, bevor Sie ein Messgerät abklemmen.

Zählt die Leitertemperatur?

Der Widerstand von Kupfer steigt um 0,393 % pro Kelvin. Eine Leitung bei 60 °C hat 16 % mehr Widerstand als bei 20 °C und ebenso viel mehr Leitungsbürde.

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