Funktion und Aufbau

Ein Stromwandler ist ein Transformator, der einen Eingangsstrom in ein verarbeitbares Stromsignal am Ausgang transformiert. Überwiegend werden mit einem Stromwandler Ströme großer Stromstärken auf direkt messbare, kleinere Werte im Milliampere oder kleinen Ampere Bereich transformiert. Bei einem klassischen Stromwandler verhält sich der Eingangsstrom proportional zum Ausgangsstrom. Aufgrund des physikalischen Wirkprinzips und dem mechanischen Aufbau wird das Stromsignal galvanisch getrennt zur Auswertelektronik übertragen.

Ein Stromwandler besteht grundsätzlich aus einer geringen Anzahl an Wicklungen auf der Primärseite und einer größeren Anzahl an Wicklungen auf der Sekundärseite. Die Primärseite wird dabei von dem zu wandelnden Strom durchflossen. Die Wicklungen sind meist auf einen wechselmagnetischen Ferrit-Ringkern gewickelt.

Ein typischer Wandlertyp sind die Ringkern- bzw. Durchsteck-Stromwandler. Dabei wird die Stromschiene oder stromdurchflossene Leitung häufig als, durch den Ringkern des Wandlers geführte, Primärwicklung eingesetzt. Dadurch bildet die Schiene bzw. Leitung die Primärwicklung mit einer Windung. Auf dem Ringkern befindet sich die Sekundärwicklung. Die Transformation wird durch das Verhältnis von Primär- und Sekundärwindungszahl bestimmt. Den klassischen Aufbau eines Durchsteck-Stromwandlers ist in der folgenden Abbildung links dargestellt.

Ein weiterer klassischer Typ ist der Wickelstromwandler. Bei diesem Wandlertyp ist die Primärwicklung eine stromdurchflossene Leitung, die auf der Primärseite um den Ringkern gewickelt wird. Die Primärwindungszahl ist dabei > 1, aber kleiner als die Sekundärwindungszahl. Das Prinzip ist in der folgenden Abbildung rechts dargestellt.

Funktion und Aufbau 1:Abb.2: Links: Prinzip eines Durchsteckstromwandlers; Rechts: Prinzip eines Wickelstromwandlers

WARNUNG

Gefährliche Spannungen bei nicht angeschlossener Sekundärseite

Die Sekundärwicklung muss an ein Strommessgerät angeschlossen oder kurzgeschlossen sein, da ansonsten hohe Kernverluste oder gefährliche Spannungen auf der Sekundärseite auftreten können.

  • Vor einem Austausch der Messelektronik im Sekundärkreis ist der Stromwandler also an seinen Sekundäranschlüssen kurzzuschließen.
Funktion und Aufbau 2:

Erdung von Sekundärklemmen

Gemäß DIN VDE 0141 (01/2000) Absatz 5.3.4, sind Strom- und Spannungswandler für Nennspannungen ab Um = 3,6 kV sekundärseitig zu erden. Bei Niederspannung (Um ≤ 1,2 kV) kann eine Erdung entfallen, sofern die Wandlergehäuse über keine großflächig berührbaren Metallflächen verfügen.

Kleinsignalwandler mit Sekundärsignal Spannung

In Kleinsignalwandlern wird der transformierte Sekundärstrom des Stromwandlers über einen niederohmigen Messwiderstand RM in ein Spannungssignal gewandelt. Die Eingangsimpedanz RV der angeschlossenen Spannungselektronik ist dabei hochohmig auszuführen und sorgt damit für eine vernachlässigbar kleine Beeinflussung der Messgenauigkeit.

Funktion und Aufbau 3:Abb.3: Prinzip eines Durchsteckstromwandlers mit sekundärem Spannungssignal

Durch den Niederohmigen Messwiderstand werden gefährliche Offenspannungen vermieden, sodass das Kurzschließen der Sekundäranschlüsse entfällt.