Stromwandler sind auf die besonderen Erfordernisse der Messtechnik konzipierte Sonderformen von Transformatoren. Sie werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo Ströme aufgrund ihrer Größe nicht direkt gemessen werden können. Sie haben die Aufgabe, den Primärstrom in einen meist kleineren, besser handhabbaren Sekundärstrom zu übersetzen, Primär- und Sekundärkreis galvanisch voneinander zu trennen und so den Primärstrom der indirekten Messung zugänglich zu machen. Der Ausgang eines Stromwandlers ist als Konstantstromquelle anzusehen. Die Größe des Sekundärstroms hängt dabei idealerweise nur vom Primärstrom ab und wird daher auch durch die vom Sekundärkreis gebildeten Widerstände (Leitungswiderstand, Innenwiderstand der angeschlossenen Messgeräte usw.) nicht beeinflusst. Die Summe der im Sekundärkreis befindlichen Widerstände wird in der Terminologie der Stromwandler auch Bürde genannt.
Offenspannung: Gefahr für Mensch und Technik
Damit ein Stromwandler dieser Aufgabe gerecht werden kann, muss er seine Ausgangsspannung gemäß dem Ohmschen Gesetz der angeschlossenen Bürde anpassen, sodass der geforderte Strom fließen kann. Hier zeichnet sich schon die Problematik ab, dass die Klemmenspannung mit steigender Bürde ebenfalls steigt und im Extremfall bei offenen Sekundärklemmen (unendlich hoher Widerstand) einen gefährlich hohen Wert, die sogenannte Offenspannung, annimmt. Diese Offenspannung ist einerseits für den Menschen äußerst gefährlich, kann aber auch durch interne Spannungsüberschläge den Wandler zerstören. Bei Austausch von Messgeräten oder Stromzählern im Betrieb müssen Stromwandler daher immer kurzgeschlossen werden. Oft wird aber nach erfolgter Montage das Entfernen des Kurzschlusses vergessen. Da der Widerstand der Kurzschlussbrücke und der des niederohmigen Messkreises ungefähr in der gleichen Größenordnung sein können, wird trotz Kurzschluss ein Sekundärstrom gemessen, wodurch die noch vorhandene Kurzschlussbrücke lange unbemerkt bleiben kann. Das führt zu großen Fehlmessungen und, wenn der Stromwandler zur Regelung verwendet wird, möglicherweise noch zu deutlich tragischeren Folgen.
Lösungskonzepte mit gewissen Nachteilen
Zu den Lösungskonzepten gehören die Wandlerklemmen. Dabei werden die Sekundärleitungen oft auf ungünstigen Umwegen zu den Wandlerklemmen geführt. Im Anschluss daran folgt dann der eigentliche Messkreis. Die Wandlerklemme bietet die Möglichkeit, den Wandler sekundärseitig kurzzuschließen, um anschließend am Messkreis manipulieren zu können. Unter den verschiedenen Ausführungen zählen zu den komfortabelsten die Wandlertrennklemme, die bei Bedarf den Wandler kurzschließt und gleichzeitig den Messkreis vom Wandler trennt. Beim Einsatz vom Wandlerklemmen oder Wandlertrennklemmen, die nicht gerade kostengünstig sind, entsteht ein zusätzlicher Verdrahtungsaufwand. Elektronische Kurzschlussschaltungen bieten den Vorteil, dass der Offenbetrieb automatisch erkannt wird. Durchlass- oder Schwellspannungen der kurzschließenden Halbleiterbauelemente, sowie weitere ohmsche Bauteile können jedoch zu einer nicht unerheblichen Wärmeentwicklung beitragen. Man beachte, dass ein Widerstand von nur 40 bei 5A bereits eine Verlustleistung von 1W abgibt. Außerdem ist im Falle von Kurzschlüssen auf der Primärseite, Einschalt- oder Anlaufströmen mit einer deutlich höheren Belastung der elektronischen Bauteile zu rechnen, weshalb diese Lösungen bisher im Markt so gut wie nicht zu finden sind. Eine tragbare Lösung ist ein mechanischer Kurzschluss durch eine ausreichend bemessene Kurzschlussbrücke. Hier entstehen, außer dem geringen Widerstand der Brücke selbst, keine Durchlassspannungen oder andere Spannungen an weiteren Bauteilen, wie bei einer elektronischen Lösung. Die Kurzschlussbrücke kann auch den Anforderungen entsprechen, die bei den vorher erwähnten Überströmen entstehen.
Lösung durch Stromwandler mit integrierter Kurzschlussbrücke
Seit über 80 Jahren spielt Celsa aus Römerberg eine entscheidende Rolle auf dem Gebiet der Erfassung, Messung, Speicherung und Auswertung elektrischer Größen, wobei der Kundennutzen stets im Blick behalten wird. So ist es nur konsequent, dass ein Team von Entwicklern und Anwendungstechnikern die neuen Stromwandler der Alo-Serie kreiert und diese kürzlich vorgestellt hat. Diese vielseitigen Stromwandler zeichnen sich jedoch besonders durch ihre integrierte Kurzschlussbrücke aus. Bei diesen Wandlern ist die Sekundärklemmenabdeckung drehbar ausgestaltet. Durch eine Drehbewegung um 90° gibt die Klemmenabdeckung die Sekundärklemmen frei, um hier bequem die Sekundärleitungen anschließen zu können. Gleichzeitig betätigt die Drehbewegung im Inneren der Wandler einen Mechanismus, der die Sekundärklemmen kurzschließt. So ist gewährleistet, dass die Wandler bei offenliegenden Sekundärklemmen stets kurzgeschlossen sind. Durch die Querstellung der Abdeckung wird außerdem deutlich signalisiert, dass sich die Wandler im kurzgeschlossenen Modus befinden. Denis Eckstädt, der CEO bei Celsa Messgeräte, ist überzeugt: „Ich bin sicher, dass die neue Alo-Wandlerserie Anwendern einen großen Nutzen und Mehrwert aufgrund ihrer Vielseitigkeit, aber hauptsächlich wegen der integrierten Kurzschlussbrücke bietet.“
Buchtipp:
Leserinnen und Leser, die mehr über Stromwandler erfahren möchten, empfehlen wir das Buch „Stromwandler, Informationen für Anwender“ von Alois Bröder und Stefan Bauschke. ISBN 978-3-8440-6233-5
