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Wissenswertes zu Strom- & Spannungsumformern

Stromwandler und Spannungswandler haben einen festen Platz in der Messtechnik. Messwandler kommen beispielsweise dann zum Einsatz, wenn ein Strom zu hoch ist, um direkt verarbeitet zu werden. So finden sich entsprechende Wandler zum Beispiel in jedem Haus direkt vor dem Stromzähler. In unserem Ratgeber erfahren Sie mehr über Einsatzgebiete und die Funktionsweise der Geräte.

Was ist ein Stromwandler?

Als Stromwandler bezeichnet man einen Transformator, der einen standardisierten Primärstrom in einen ebenfalls standardisierten Sekundärstrom umwandelt. Dabei verhält sich der Sekundärstrom gewöhnlich proportional zum Primärstrom. Der so gewandelte Wechselstrom fällt wesentlich kleiner aus als der Primärstrom und ermöglicht so beispielsweise die Messung eines hohen Stroms in einem Niederspannungsnetz. Zudem wird das angeschlossene Messgerät durch die galvanische Trennung zwischen Primär- und Messkreis vor Beschädigungen geschützt.

Aufbau eines Stromwandlers

Ein Stromwandler besitzt in seinem Inneren einen Ringkern mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung. Die Primärwicklung ist mit dem Hauptstromnetz verbunden, während sich an der Sekundärwicklung ein Verbraucher, wie zum Beispiel ein angeschlossenes Messgerät, befindet. Der am Verbraucher anliegende Strom verringert sich umgekehrt proportional zum Verhältnis von Primärwicklung und Sekundärwicklung. Neben den Wickel-Stromwandlern sind Auf- oder Durchsteckwandler gebräuchlich. Bei diesen Modellen wird der stromführende Leiter durch den Ringkern geführt, der auch gleichzeitig die Primärwicklung mit einer Windung darstellt. Der Sekundärstrom fließt wie beim Wickel-Stromwandler über die Sekundärwicklung zum angeschlossenen Verbraucher. Um einer Zerstörung des Stromwandlers vorzubeugen, muss an der Sekundärseite grundsätzlich immer ein Verbraucher oder eine Kurzschlussbrücke angeschlossen werden. Geschieht dies nicht, können an der Sekundärseite hohe Spannungsspitzen auftreten, die eine Gefahr für Menschen, angeschlossene Geräte und den Wandler selbst darstellen.

Genauigkeitsklassen von Spannungs- und Stromwandlern

Unter Berücksichtigung der entsprechenden Bürde geben die Genauigkeitsklassen von Spannungs- und Stromwandlern die maximal zulässigen Fehler im Messwert in Prozent an. Bei einem Stromwandler der Klasse 0,5 liegt die maximale Abweichung vom tatsächlichen Wert bei maximal 0,5 Prozent. Bei einem Modell der Klasse 3 beträgt die Abweichung dagegen bereits maximal 3 Prozent. Die Norm-Genauigkeitsklassen bei Spannungs- und Stromwandlern sind: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 0,1 S; 0,2 S und 0,5 S. Darüber hinaus gibt es noch die Erweiterungen ext 150 und ext 200 für die Klassen 0,1; 0,2; 0,5 und 1.

Temperaturmessumformer

Auch bei der Temperaturmessung durch Thermoelemente können Wandler wertvolle Dienste leisten. In diesem Fall spricht man von Temperaturmessumformern. Bei einem Thermoelement werden zwei aus unterschiedlichen Materialien gefertigte Drähte an einer Seite miteinander verbunden. Wenn sich die Verbindungsstelle der beiden Drähte auf einem anderen Temperaturniveau befindet als die beiden nicht verbundenen Enden, ist eine Spannung messbar. Dieser Strom ist allerdings sehr gering; er liegt bei nur wenigen Millivolt und ist somit entsprechend empfindlich gegenüber Störeinflüssen. Diese Störungen können das Messergebnis negativ beeinflussen. Je länger das Kabel zum angeschlossenen Messgerät, desto höher ist das Risiko, dass die Messwerte verfälscht werden. Ein Temperaturmessumformer greift nun die schwache Spannung des Thermoelements auf und verstärkt sie. Zudem wird ein standardisiertes Signal ausgegeben, das leichter von Messgeräten verarbeitet werden kann.

Wichtiges beim Kauf und der Montage von Stromwandlern und Spannungsumformern

Die Auswahl des passenden Stromwandlers richtet sich danach, welche Geräte Sie anschließen möchten und welche Leistung der Stromwandler bereitstellen soll. Von zentraler Bedeutung für die richtige Auswahl ist natürlich auch, ob Sie einen Messwandler für eine Wandlung von AC (Wechselstrom) nach DC (Gleichstrom) oder einen DC/DC-Wandler benötigen. Beim Kauf sollten Sie zudem darauf achten, dass der Stromwandler über das ECE-Prüfzeichen verfügt.

Unser Praxistipp: Vertauschte Anschlüsse führen zu Messfehlern

Die Anschlüsse eines Stromwandlers sind auf der Sekundärseite mit S1 und S2 gekennzeichnet. Wenn diese beim Anschluss des Messgerätes vertauscht werden, sind fehlerhafte Messergebnisse die Folge.

FAQ – häufig gestellte Fragen zu Strom- und Spannungsumformern

Was ist der Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom?

Wenn eine Spannungsquelle ihre Polarität nicht wechselt, spricht man von Gleichstrom. Ändert sich die Polarität dagegen periodisch und der Spannungswert kontinuierlich, handelt es sich um eine Wechselstromquelle. Dazu kommt, dass bei Wechselstrom eine Frequenz messbar ist, bei Gleichstrom ist das nicht der Fall. Die bekannteste Wechselspannung, die jeder kennt, hat eine Frequenz von 50 Hz und kommt aus der heimischen Steckdose.

 

Welche Arten von Messwandlern gibt es? 

Es gibt Messwandler in zwei verschiedenen Qualitäten. Zum einen sind Wandler erhältlich, die eine reine Sinus-Welle ausgeben, zum anderen gibt es Modelle, die ein Sinus-ähnliches Signal bereitstellen. Stellt man sich beides als Kurve vor, dann ist das reine Sinus-Signal eine glatte Welle. Das Sinus-ähnliche Signal ähnelt einer Sinus-Welle, ist aber nicht glatt, sondern verfügt über unterschiedlich große eckige Abstufungen. Diese zeigen an, dass sich die Spannung nicht kontinuierlich und sanft, sondern abrupt in Stufen ändert. Als Resultat können beispielsweise bei Fernsehern Störungen auftreten. Bei besonders empfindlichen Geräten ist sogar eine Beschädigung elektronischer Bauteile möglich.

Wie funktioniert ein Schutzwandler?

Damit ein Stromkreis geschützt werden kann, ist es nötig, im Falle eines auftretenden Fehlers die Stromversorgung abzuschalten. Ein Schutzstromwandler ist gewöhnlich einem Schutzrelais vorgeschaltet, welches die Aufgabe hat, ihm nachgelagerte Schaltungen bei Überspannung zu trennen. Für eine zuverlässige Funktion dieses Relais ist daher eine proportionale Stromübertragung des Schutzwandlers nötig, die bis zu einem Vielfachen des Nennstromes reicht. Für eine korrekte Dimensionierung des Schutzwandlers sollte eine proportionale Stromübertragung sichergestellt werden, die gewöhnlich das 5-fache des primär anliegenden Stroms umfasst.

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