Stromwandleranalysator für die normgerechte Stromwandlerprüfung
Wie belastbar eine Strommessung im elektrischen Netz ist, entscheidet sich am Wandler davor, und der Stromwandleranalysator macht diese Qualität messbar. Er vergleicht das Sekundärsignal des Prüflings mit dem Referenzsignal eines Normalwandlers und weist Übersetzungsverhältnis, Winkelfehler und Bürde als belegte Zahlen aus. Erst dieser Vergleich macht aus einer zugesicherten Genauigkeitsklasse ein prüfbares Ergebnis.
Diese Prüftechnik entsteht bei ZERA in Königswinter. Für die Messwandlerprüfung liefern wir die Messbrücken der WM-Serie als Einzelkomponente und mit dem ITTS eco ein transportables System für die Prüfung von Stromwandlern vor Ort. Beide Wege führen zum selben Ziel: reproduzierbare Wandlerparameter, die einer späteren Nachweisführung standhalten.
CT Analyzer und CT-Analysator: die Prüfaufgabe hinter dem Begriff
Ein Stromwandleranalysator bewertet Funktion und Leistung von Stromwandlern. Verwirrung stiftet dabei die Abkürzung CT: Sie steht für den Wandler selbst, nicht für das Prüfgerät. International heißt das Messmittel deshalb CT-Analyzer, in britischer Schreibung CT Analyser. Im deutschen Sprachgebrauch sind CT-Analysator und Stromwandler-Prüfgerät gebräuchlich.
Jeder Stromwandler ist im Kern ein Transformator mit klar definierter Übersetzung. Sein Zweck besteht darin, hohe Betriebsströme auf einen genormten Sekundärstrom von 1 A oder 5 A abzubilden, damit nachgelagerte Messgeräte den Wechselstrom überhaupt erfassen können. Ob das Ausgangssignal stimmt, hängt an der Primärwicklung, an der Sekundärwicklung und an der Last im Sekundärstromkreis. Prüftechnisch trennt die Normung dabei Stromwandler für Schutzzwecke von Wandlern für Messzwecke, weil für Schutz- und Messwandler unterschiedliche Grenzen der zulässigen Abweichung gelten.
Diese Kette prüft ein CT-Analysator nach. Er speist definierte Prüfsignale ein, vergleicht Primär- und Sekundärseite und rechnet daraus die Wandlerparameter. Damit ersetzt eine Messung die Annahme, dass ein Wandler nach zehn Betriebsjahren noch so arbeitet wie am Tag der Abnahme.
Fehler am Wandler wirken bis in die Abrechnung
Die Prüfung beantwortet eine wirtschaftliche Frage: wie viel Fehler in der Messung steckt, auf der abgerechnet wird. Ein Übersetzungsfehler von einem halben Prozent fällt im Betrieb nicht auf und schlägt trotzdem auf jede abgerechnete Kilowattstunde durch.
Vier Größen bestimmen das Ergebnis. Das Übersetzungsverhältnis, der Winkelfehler, der Wicklungswiderstand und die Bürde des Sekundärkreises mit ihrer Bemessungsleistung bei definiertem Leistungsfaktor ergeben zusammen die Genauigkeitsklasse, die ein Wandler im Betrieb wirklich erreicht. Dafür genügt kein einzelner Messwert.
Weil der Wandlerkern im Betrieb magnetisch aufgeladen wird, decken regelmäßige Prüfungen zusätzlich Restmagnetismus auf. Er verschiebt die Übersetzungsdifferenz und erzeugt Messabweichungen, die über Monate unbemerkt bleiben und sich erst im Vergleich zweier Prüfzyklen zeigen. Früh erkannt, lässt sich der Wandler entmagnetisieren, statt ihn zu tauschen.
Für Energieversorgungsunternehmen steht mehr auf dem Spiel. Vor jedem Energiezähler im Verrechnungsbereich sitzt ein Wandler, dessen Fehler sich unverändert auf die Abrechnung überträgt. Abrechnungsrelevante Strommessungen sind damit nie besser als der Wandler davor. Auch der Schutzkreis lebt davon, denn ein Schutzrelais löst nur so zuverlässig aus, wie der Wandler davor den Kurzschlussstrom abbildet. Damit ist die Stromwandlerprüfung eine Frage der Betriebssicherheit.
Wie oft geprüft werden muss, richtet sich nach der Anwendung. Bei abrechnungsrelevanten Messungen liegen die Intervalle enger als bei reinen Schutzwandlern, deren Prüfung meist an der Revisionsplanung der Anlage hängt.
Stromwandlerprüfung nach IEC 61869 und ANSI C57.13
Zwei Regelwerke bestimmen den Prüfablauf. Auf europäischer Seite gibt die IEC 61869 die Genauigkeitsklassen und ihre Fehlergrenzen vor, in Nordamerika übernimmt ANSI C57.13 diese Rolle, ergänzt um ANSI C57.13.1 mit den Vorgaben zur Messung am eingebauten Wandler. Ein normgerechtes Prüfsystem deckt IEC- und ANSI-Vorgaben ab und eignet sich für Wandler mit einem wie mit mehreren Übersetzungsverhältnissen.
Gemessen wird indirekt. Das CT-Prüfgerät speist schwache Prüfsignale in die Sekundärseite des Stromwandlers ein, bestimmt daraus dessen Ersatzschaltbild und leitet Übersetzung und Phasendifferenz ab. Diese Niederspannungsmethode kommt ohne den vollen Betriebsstrom aus, weshalb sie sich für die Prüfung in der Anlage eignet. Nur autorisiertes und qualifiziertes Personal darf diese Prüfung ausführen, weil ein offener Sekundärkreis am Stromwandler Spannungen erzeugt, die lebensgefährlich werden können.
Während der Prüfung gemessene Schlüsselparameter
Eine vollständige Prüfung erfasst mehr als das Verhältnis. Neben dem Übersetzungsverhältnis nimmt der Stromwandler-Analysator die Erregungskurve mit dem Kniepunkt auf, misst den Wicklungswiderstand, prüft die Polarität und erfasst die Bürde des angeschlossenen Kreises.
Jede dieser Größen beantwortet eine eigene Frage. Die Erregungskurve verrät den Sättigungspunkt, ab dem der Wandler den Primärstrom nicht mehr proportional abbildet. Der Wicklungswiderstand deutet auf Windungsschlüsse hin, und eine vertauschte Polarität fällt so vor der Inbetriebnahme auf statt erst beim Auslösen des Schutzes. Das Prüfprotokoll führt diese Größen zusammen und dokumentiert für jeden Prüfling, unter welchen Bedingungen gemessen wurde.
Der Stromwandleranalysator von ZERA im Prüffeld
Die Messbrücken der WM-Serie tragen bei ZERA die eigentliche Messaufgabe des CT-Analysators. Als Stromwandler-Messbrücke für alle Wandlertypen deckt die WM3000I konventionelle ebenso wie elektronische und digitale Prüflinge ab, während die WM1000I bei konventionellen Wandlern bleibt. Beide arbeiten mit einem Prüfstrom von 1 mA bis 15 A, werden über ein 10,1 Zoll großes Farb-Touchdisplay bedient und laufen als autarkes System ohne angeschlossenen PC. Ohne Rechner am Prüfplatz entfällt eine Fehlerquelle; die Messwerte lesen Sie direkt am Gerät ab.
Als Referenz dient ein hochpräziser Normalstromwandler. Die Messbrücke misst die Differenz zwischen beiden Sekundärsignalen. Wie stabil dieses Normal über Temperatur und Zeit bleibt, entscheidet über die erreichbare Messgenauigkeit. Damit diese Referenz belegt bleibt, weist unser DAkkS-akkreditiertes Labor die Messunsicherheit zu jeder Kalibrierung einzeln aus.
Prüfung von Stromwandlern vor Ort mit dem ITTS eco
Nicht jeder Wandler lässt sich ausbauen. Wo das Bauteil verbaut ist, wird in Umspannwerken und in der Wandlerfertigung deshalb auch gemessen. Unser ITTS eco (CT-16) ist als mobiles und transportables CT-Prüfsystem genau dafür gebaut: 16 kVA Prüfleistung, ein Primärstrom bis 2.000 A und ein Sekundärstrom von 1 A oder 5 A.
Zum System gehören der Hochstromwandler HCT eco, der Normalstromwandler SCT eco, die Messeinheit MU eco mit Messbrücke und Bürde sowie ein Stelltrafo mit Messteil. Reicht diese Leistung nicht, deckt das stationäre ITTS (CT-80) mit 80 kVA Primärströme bis 10.000 A ab und ergänzt die Genauigkeitsprüfung um Entmagnetisierung und Windungsprüfung. Vor Ort zu prüfen erspart Ausbau, Transport und eine zweite Abschaltung der Anlage.
Strom- und Spannungswandler in einem Aufbau decken die Komplettsysteme CT/VT ab, deren einzelne Baugruppen Sie im Bereich Prüfung von Strommesswandlern finden.
Wie das CT-Analysegerät Genauigkeit und Zuverlässigkeit sichert
Messgenauigkeit im Vergleich zum Normal
Wie genau ein Stromwandleranalysator misst, hängt am Abstand zwischen Prüfling und Normal. Für das Stromverhältnis gibt ZERA eine Prüfgenauigkeit von 0,05 % an, typisch 0,02 %. Weil die Reserve zu den gängigen Messklassen groß genug bleibt, überdeckt die Prüfeinrichtung den Fehler des Prüflings nicht.
Zuverlässigkeit im wiederkehrenden Prüfbetrieb
Zuverlässig heißt in diesem Zusammenhang: dasselbe Ergebnis nach Monaten und unter anderen Umgebungsbedingungen. Damit ein Trend über mehrere Prüfzyklen überhaupt aussagekräftig wird, muss er auf vergleichbaren Messergebnissen beruhen; genau dafür sind unsere CT- und VT-Prüfgeräte auf Wiederholbarkeit ausgelegt. Erst eine reproduzierbare Messreihe zeigt, ob ein Wandler altert oder ob nur die Prüfbedingungen geschwankt haben.
Technologie und Methodik hinter der Stromwandleranalyse
Methodisch folgt ZERA den Verfahren, die IEC und ANSI für die Bewertung von Wandlerfehlern beschreiben: Vergleich gegen ein Normal, definierte Lastpunkte und dokumentierte Prüfbedingungen. Ob dabei eine Messbrücke im Prüffeld oder das ITTS eco in der Anlage arbeitet, ändert an diesem Vorgehen nichts. Den normativen Rahmen dahinter vertieft unser Beitrag zur Wandlerprüfung.
Welches Messwandler-Prüfgerät zu Ihrem Bestand passt, hängt an der Stückzahl, an den geforderten Klassen und daran, wie viele Prüflinge in der Anlage bleiben müssen. Schicken Sie uns eine kurze Übersicht Ihres Wandlerbestands. Auf dieser Basis stimmen wir Messbrücke, Normal und Prüfleistung auf Ihren Anwendungsfall ab.
