Bei intelligenten Mittelspannungs-Wiedereinschaltern wie den Rockwill-Einheiten wird der integrierte Stromwandler üblicherweise mit 400/1 A spezifiziert. Der Grund dafür ist nicht, dass "1 A genauer ist". Es liegt daran, dass ein 1-A-Sekundärstrom gut zu einem digitalen Regler passt, die Sekundärbürde reduziert, die langen Kabelstrecken bei mastmontierten Installationen toleriert und den Sekundär-Kurzschlussstrom in einen Bereich komprimiert, in dem die elektronische Abtastung komfortabel ist.
Bei gleicher Sekundärkreisimpedanz beträgt die Nennbürde eines 1-A-Stromwandlers nur 1/25 der eines 5-A-Stromwandlers, da S = I² × Z. Daher kann bei der Verkabelung über große Entfernungen ein kleinerer Kabelquerschnitt verwendet werden, und Schutzkerne sättigen bei hoher Bürde weniger wahrscheinlich vorzeitig.
Rockwill-Wiedereinschalter: Mastmontierte Vor-Ort-Installation
Ein Stromwandler skaliert einen großen Primärstrom auf einen standardmäßigen kleinen Sekundärstrom herunter. Die IEC 61869-2 deckt Stromwandler mit Stromausgang ab, wobei 1 A und 5 A die üblichen Nennsekundärwerte sind; das ältere chinesische GB-System listet ebenfalls 1 A, 2 A und 5 A auf. Ein Übersetzungsverhältnis von 400/1 A bedeutet 1 A auf der Sekundärseite, wenn der Primärstrom 400 A beträgt, während 400/5 A bei gleichem Primärstrom 5 A auf der Sekundärseite bedeutet.
Was nachgeschaltet angeschlossen wird, entscheidet über die Wahl. Digitale Wiedereinschalter-Regler und eigenversorgte Endgeräte bevorzugen einen kleinen Strom und eine leichte Bürde; herkömmliche elektromagnetische Relais und analoge Messgeräte bevorzugen das größere 5-A-Signal.
Die Sekundärbürde des Stromwandlers (in VA) beträgt annähernd S = I_s² × Z, wobei I_s der Nennsekundärstrom und Z die Regler-Eingangsimpedanz plus der Kabelschleifenwiderstand plus der Klemmenkontaktwiderstand ist. Bei gleichem Z zieht ein 400/1-A-Stromwandler 1²Z = Z VA, während ein 400/5-A-Stromwandler 5²Z = 25Z VA zieht.
Mit anderen Worten, eine 5-A-Schaltung benötigt die 25-fache Bürde. Das praktische Ergebnis ist, dass 1 A ein dünneres Sekundärkabel und eine niedrigere Nenn-VA ermöglicht und viel besser zum leichten Bürde-Eingang eines digitalen Reglers passt.
Der folgende Vergleich geht von gleicher Nennbürde und gleichem Kupferquerschnitt aus. Die Werte sind Referenzwerte; in der Praxis sollten sie anhand des tatsächlichen Kabelwiderstands und des Reglereingangs überprüft werden.
| Nennbürde und Sekundär | 1 mm² | 1,5 mm² | 2,5 mm² | 4 mm² |
|---|---|---|---|---|
| 2,5 VA, 1 A | ca. 69 m | ca. 108 m | ca. 178 m | ca. 277 m |
| 2,5 VA, 5 A | ca. 2,8 m | ca. 4,3 m | ca. 7,1 m | ca. 11,1 m |
| 10 VA, 1 A | ca. 276 m | ca. 432 m | ca. 712 m | ca. 1108 m |
| 10 VA, 5 A | ca. 11,4 m | ca. 17 m | ca. 28,5 m | ca. 44,3 m |
Bei einem mastmontierten automatischen Wiedereinschalter kann der Abstand vom Stromwandler am Mast zur Steuerung unterhalb des Mastes mehrere zehn Meter betragen, sodass der Vorteil von 1 A offensichtlich ist. Eine 5-A-Auslegung über dieselbe Distanz würde entweder ein schwereres Kabel oder eine höhere Bemessungsbürde des Stromwandlers erfordern.
Sobald die Gesamtbürde des Sekundärkreises die Bemessungsbürde des Stromwandlers überschreitet, nehmen Übersetzungsfehler und Phasenverschiebung zu. Bei Fehlerströmen kann ein Schutzwandlerkern, der mit zu hoher Bürde belastet ist, frühzeitig in die Sättigung gehen und seinen Grenzverbundfehler überschreiten.
Da 1 A die durch denselben Widerstand erzeugte Scheinleistung (VA) um den Faktor 25 reduziert, bleibt die tatsächliche Bürde mit viel höherer Wahrscheinlichkeit unter der Bemessungsbürde, was eine größere Genauigkeitsreserve ermöglicht. Der Kabelwiderstand muss zudem bei der maximalen Betriebstemperatur und nicht bei Raumtemperatur berechnet werden.
Grobe Berechnung basierend auf dem idealen Übersetzungsverhältnis, unter Vernachlässigung von Sättigung und Schutzklassenbegrenzung:
| Primärstrom | 400/1 A sekundär | 400/5 A sekundär |
|---|---|---|
| 10 kA | ca. 25 A | ca. 125 A |
| 16 kA | ca. 40 A | ca. 200 A |
| 20 kA | ca. 50 A | ca. 250 A |
Bei einem 5-A-Sekundärstrom erfordert ein schwerer Fehler Hunderte von Ampere vom Stromwandler, was viel höhere Anforderungen an die Wicklungskapazität, das Kabel, die Klemmen, die Messwiderstände und den Messbereich des Reglers stellt. Der 1-A-Sekundärstrom reduziert den Fehlersekundärstrom um den Faktor fünf, was der Vollwellen-Fourier-Filterung, der Harmonischenidentifikation und der Fehleraufzeichnung erheblich mehr Spielraum gibt.
APG-Epoxyharz-Stützer mit eingebautem Stromwandler
Ein intelligenter Wiedereinschalter kann Energie aus dem Leitungsstromwandler gewinnen, wobei ein mikroprozessorbasierter Regler die Überstrom-, Erdschluss- und Wiedereinschaltlogik unabhängig von einem externen Schutzfeld verarbeitet. Die digitalen Stromeingänge digitaler IEDs verbrauchen typischerweise einen Bruchteil einer VA bis zu einigen VA.
Ein 1-A-Stromwandler, gepaart mit einer kleinen bemessenen Bürde (zum Beispiel 1,5, 2,5, 3 oder 5 VA, abhängig von den Daten des Reglerherstellers), ist wirtschaftlicher als 5 A. Rockwill-Lösungen für die Smart-Grid-Automatisierung legen den Schwerpunkt auf Netzautomatisierung und Fernüberwachung von IEDs, und solche Anwendungen bevorzugen einen kleinen Sekundärstrom.
Wenn ein Messkern, ein Schutzkern und ein Abzweigautomatisierungsterminal aus derselben Quelle gespeist werden, fügt jede Impedanzzunahme ΔZ die Bürde wie folgt hinzu:
Die Automatisierungserweiterung ist daher weitaus toleranter gegenüber Bürdewachstum. Dennoch sollten Messkerne und Schutzkerne wo immer möglich getrennt gehalten werden, damit ihre Bürden nicht in Reihe addiert werden.
Eine Klarstellung. Ein 1-A-Stromwandler ist nicht "sicherer", nur weil sein Nennwert kleiner ist. Ein erregter Stromwandlersekundärkreis darf niemals offen gelassen werden. Die induzierte Spannung über einem offenen Sekundärkreis hängt vom Übersetzungsverhältnis, der Windungszahl, dem Kern und der Schutzklasse ab, und es kann nicht allgemein gesagt werden, dass ein offener 1-A-Sekundärkreis harmloser ist. Die Wahl von 1 A ist eine Bürde- und Abtastentscheidung, keine Sicherheitsentscheidung.
Für eine neue Installation eines intelligenten Wiedereinschalters im Freien gelten keine dieser Einschränkungen, daher ist 400/1 A die bevorzugte Wahl.
Intelligente Wiedereinschalter der Rockwill-Klasse verwenden aus den folgenden Hauptgründen einen integralen 400/1 A-Stromwandler statt 400/5 A. Bei einem niedrigen VA-Eingang der elektronischen Steuerung beträgt die Nennlast nur 1/25 des 5 A-Wertes, gemäß S = I² × Z. Bei langen, an Masten montierten Kabelstrecken ist der Spannungsabfall gering, und ein dünnerer Leiter kann verwendet werden. Die tatsächliche Last kann leicht unter der Nenn-VA bleiben, sodass ein Schutzkern bei einem Fehler weniger wahrscheinlich durch eine übermäßige Last in Sättigung gerät. Ein Fehler von 10 bis 25 kA ergibt einen idealen Sekundärstrom von etwa 25 bis 62,5 A, was viel besser für die digitale Abtastung und eigenversorgte Endgeräte geeignet ist als die 125 bis 312,5 A eines 5 A-Systems. Wenn mehrere IEDs parallel geschaltet sind, ist die zusätzliche Last gering. Wenn Kompatibilität mit herkömmlichen 5 A-Schutzrelais erforderlich ist, oder wenn analoge Schalttafelmessgeräte in der Nähe in der Schaltanlage untergebracht sind, oder wenn der Eigentümer 5 A vorschreibt, kann eine 400/5 A-Version auf Bestellung geliefert werden. Für neue Automatisierungs-Wiedereinschalter für den Außenbereich wird 400/1 A empfohlen.
Serienproduktion von Rockwill-Wiedereinschaltern
F: Ist ein 400/1 A-Stromwandler genauer als ein 400/5 A-Stromwandler?
A: Nicht unbedingt. Die Genauigkeit hängt von der Genauigkeitsklasse, der Nennlast, der tatsächlichen Last und der Temperatur ab. Der Vorteil von 1 A besteht darin, dass es bei gleichem Kabelwiderstand eine geringere Last erzeugt, sodass über eine lange Strecke die tatsächliche Last leichter unter der Nenn-VA gehalten werden kann und die Genauigkeit weniger wahrscheinlich verloren geht. Das Übersetzungsverhältnis selbst ist nicht von Natur aus genauer.
F: Sollte ich für einen mastmontierten Wiedereinschalter mit einer 50 m langen Strecke 1 A oder 5 A verwenden?
A: Bei einer digitalen Steuerung und einem kleinen VA-Eingang wird 1 A bevorzugt. Für das gleiche 2,5 mm²-Kabel und 2,5 VA kann ein 1 A-Sekundärkreis theoretisch weit über hundert Meter erreichen, während ein 5 A-Sekundärkreis nur etwa 7 m erreicht. Bei einer 50 m-Anwendung würde ein 5 A-Entwurf in der Regel eine wesentlich höhere VA oder ein schwereres Kabel erfordern.
F: Ist ein offener Stromkreis bei einem 1 A-Stromwandler sicherer?
A: Das kann man nicht so beurteilen. Die Gefahr einer offenen Sekundärseite hängt vom Primärstrom, dem Übersetzungsverhältnis, der Windungszahl, dem Kern und der Schutzklasse ab. Unabhängig davon, ob die Sekundärseite 1 A oder 5 A beträgt, muss sie kurzgeschlossen werden, während der Stromwandler unter Spannung steht, und ein offener Stromkreis ist niemals erlaubt.
F: Kann eine Umspannstation, die vollständig auf 5 A ausgelegt ist, auf einen Rockwill 1 A-Wiedereinschalter umgerüstet werden?
A: Ja, aber wenn die nachgeschalteten Relais oder Messgeräte nur 5 A akzeptieren, benötigen Sie Hilfsstromwandler, Signalumformer oder eine 5 A-Version des Wiedereinschalters. Für ein neues, vollständig digitales System ist 1 A die wirtschaftlichere Wahl.
F: Schreibt die IEC 1 A oder 5 A zwingend vor?
A: Nein, es gibt keine zwingende Wahl zwischen den beiden. Die IEC 61869-2 deckt die Anforderungen an Genauigkeit, Last und Schutzklasse für Stromwandler mit Stromausgang ab, die für 1 A und 5 A ausgelegt sind. Die Wahl hängt von der Kabellänge, den nachgeschalteten Geräten und der Sättigungsprüfung ab.
Bearbeitet von: Garca
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