Stromwandler sind wichtige Komponenten in Stromversorgungssystemen. Sie wandeln hohe Ströme auf der Hochspannungsseite proportional in kleinere Ströme auf der Niederspannungsseite um. Damit liefern sie genaue und zuverlässige Signale für Messung, Abrechnung und Schutzsysteme. Aufgrund ihrer zentralen Rolle im Netz wirken sich ordnungsgemäßer Betrieb und sorgfältige Wartung unmittelbar auf die Sicherheit und Stabilität des gesamten Stromversorgungssystems aus. Dieser Beitrag erläutert die wichtigsten Grundsätze für Betrieb und Wartung von Stromwandlern.
Stromwandler sind zwar für einen kurzzeitigen oder längerfristigen Betrieb mit dem 1,2-Fachen des Nennstroms ausgelegt. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Risiken einer anhaltenden Überlast vernachlässigt werden dürfen. Ein dauerhafter Überlastbetrieb löst eine Reihe von Problemen aus, die Leistung und Lebensdauer des Geräts erheblich beeinträchtigen.
Verringerte Messgenauigkeit: Eine Überlast kann den linearen Arbeitsbereich von Stromwandlern überschreiten. Steigt der Strom über die normalen Grenzwerte, nehmen Übersetzungsfehler und Phasenwinkelfehler deutlich zu. Dies führt zu ungenauen Messwerten und Abweichungen bei der Energiemessung, sodass die tatsächliche Belastung des Systems nicht mehr zuverlässig erfasst wird.
Kernsättigung und Überhitzung: Bei längerem Überlastbetrieb hält ein zu hoher Primärstrom die magnetische Flussdichte im Kern dauerhaft auf einem hohen Niveau und kann ihn in die Sättigung treiben. Dann steigt der Sekundärstrom nicht mehr proportional an; in schweren Fällen sprechen Schutzeinrichtungen möglicherweise nicht an. Gleichzeitig ist die Wärmeentwicklung nach dem Jouleschen Gesetz (Q=I²Rt) proportional zum Quadrat des Stroms. Bei Überlast steigen die Temperaturen in Primär- und Sekundärwicklung sowie im Kern rasch an.
Beschleunigte Alterung der Isolierung und verkürzte Lebensdauer: Dauerhaft hohe Temperaturen setzen Isolierstoffen stark zu. Die bei Überlast entstehende Wärme beschleunigt Alterung und Versprödung der Wicklungsisolierung und verringert deren elektrische Spannungsfestigkeit. Mit der Zeit verschlechtert sich die Isolierung erheblich. Das kann zu Windungsschlüssen oder einem Isolationsdurchschlag führen, den Stromwandler vollständig zerstören und seine Nutzungsdauer drastisch verkürzen.
Der Sekundärkreis eines Stromwandlers muss stets geschlossen bleiben. Diese grundlegende Sicherheitsregel ist bei Arbeiten an elektrischen Anlagen strikt einzuhalten. Fließt auf der Primärseite Strom und wird der Sekundärkreis unerwartet unterbrochen, entsteht unmittelbar eine äußerst gefährliche Situation.
Entstehung gefährlicher Hochspannung: Im Normalbetrieb hebt die vom Sekundärstrom erzeugte magnetische Durchflutung die des Primärstroms weitgehend auf. Wird der Sekundärkreis geöffnet, entfällt diese Wirkung. Der stark erhöhte magnetische Fluss im Kern kann an der Sekundärwicklung gefährliche Spannungen von mehreren Tausend Volt induzieren. Dies kann die Isolierung des Stromwandlers durchschlagen und für Personen in der Nähe des Sekundärkreises oder bei Berührung lebensgefährlich sein.
Starke Kernerwärmung kann Wicklungen zerstören: Die hohe magnetische Flussdichte erhöht die Hysterese- und Wirbelstromverluste im Kern stark. Dadurch entsteht rasch große Hitze. Der Kern kann so heiß werden, dass die Sekundärwicklung schmilzt oder verbrennt und das Gerät dauerhaft beschädigt wird.
Restmagnetismus beeinträchtigt die Genauigkeit: Selbst wenn der offene Sekundärkreis umgehend behoben wird, kann die starke magnetische Sättigung eine bleibende Remanenz im Kern hinterlassen. Die dadurch veränderten magnetischen Eigenschaften vergrößern bei späterem Betrieb Übersetzungs- und Phasenwinkelfehler und beeinträchtigen die Genauigkeit von Messung und Schutzfunktionen dauerhaft.
Vorgehen im Störfall: Der Sekundärkreis darf während des Betriebs unter keinen Umständen getrennt werden. Bei Anzeichen eines offenen Sekundärkreises, etwa ungewöhnlichen Messwerten, Geräuschen oder Brandgeruch, ist der Laststrom auf der Primärseite unverzüglich zu verringern. Anschließend ist die Unterbrechungsstelle mit geeigneten isolierten Werkzeugen zuverlässig kurzzuschließen.
Bei allen Arbeiten an Sekundärkreisen sind die Sicherheitsverfahren strikt einzuhalten. Der Grundsatz lautet: „Erst kurzschließen, dann arbeiten.“
Unterbrechen des Stromkreises ist strikt verboten: Beim Austausch von Messgeräten oder bei der Prüfung der Verdrahtung darf ein unter Strom stehender Sekundärkreis keinesfalls ohne vorherige Kurzschlussmaßnahme getrennt werden.
Fachgerechtes Kurzschließen: **Spezielle Kurzschlussbrücken oder Kurzschlussleitungen** müssen verwendet werden, um den Sekundärkreis über die geplante Trennstelle hinweg zuverlässig kurzzuschließen und einen durchgehenden Strompfad sicherzustellen. Die Kurzschlussstelle sollte möglichst nahe am Stromwandler liegen.
Arbeitsbereich festlegen: Am Leitungsabschnitt zwischen Stromwandler und Kurzschlussstelle dürfen keine Arbeiten durchgeführt werden. So wird ein versehentlicher Kontakt mit spannungsführenden Teilen vermieden.
Sicherheitsmaßnahmen umsetzen: Während der Arbeiten muss eine Aufsichtsperson anwesend sein. Das Personal muss geeignete isolierte Werkzeuge verwenden und auf Isoliermatten stehen.
Dauerhafte Erdungspunkte beachten: Bei Arbeiten wie der Reinigung von Klemmenleisten ist geeignete Schutzausrüstung zu tragen. Besondere Vorsicht ist geboten, damit dauerhaft installierte Schutzerdungen nicht versehentlich getrennt werden.
Der Austausch von Stromwandlern oder ihren Sekundärleitungen erfordert Sorgfalt. Die Kenndaten des neuen Geräts müssen zum bisherigen Gerät passen, und die Anschlüsse müssen korrekt ausgeführt werden.
Anforderungen beim Austausch von Stromwandlern:
* Übereinstimmung des Modells: Übersetzungsverhältnis, Genauigkeitsklasse, Bemessungsleistung und weitere Kenndaten des neuen Stromwandlers müssen vollständig den ursprünglichen Auslegungsvorgaben entsprechen.
* Richtige Polarität: Bei der Verdrahtung muss die Zuordnung der ursprünglichen Anschlüsse P1 und P2 zu S1 und S2 eingehalten werden. Vertauschte Anschlüsse können Fehlfunktionen der Schutztechnik oder Messfehler verursachen.
* Ähnliche Spannungs-Strom-Kennlinien: Bei Schutzstromwandlern sollten die Spannungs-Strom-Kennlinien denen der anderen Stromwandler derselben Gruppe ähneln, damit die Schutzfunktion genau arbeitet.
* Anschließende Kalibrierung: Nach dem Austausch müssen alle relevanten Schutzeinstellungen und Umrechnungsfaktoren der Messgeräte erneut geprüft und kalibriert werden.
* Austausch von Sekundärleitungen: Beim Austausch von Sekundärleitungen muss der Querschnitt der neuen Leitung die Anforderungen an Strombelastbarkeit und Spannungsabfall erfüllen. Nach dem Austausch ist der Isolationswiderstand zu messen.
* Abschließende Prüfung der Polarität: Nach Abschluss aller Austauscharbeiten und vor der regulären Inbetriebnahme muss die Polarität des gesamten Sekundärkreises erneut geprüft werden. Dies ist die letzte Kontrolle für einen ordnungsgemäßen Systembetrieb.
Vor der Inbetriebnahme neuer Stromwandler oder nach Wartungsarbeiten sind Zustand und Verdrahtung umfassend zu prüfen, bevor die Spannung wieder eingeschaltet wird.
* Äußerer Zustand: Das Gehäuse des Stromwandlers muss sauber und frei von Staub und Ölflecken sein. Öl gefüllte Stromwandler sind auf Undichtigkeiten zu prüfen; bei Niederspannungs-Stromwandlern mit teilbarem Kern sind die Kontaktflächen auf Staub und Rost zu prüfen.
* Isolierteile: Porzellandurchführungen auf Risse, Schäden und Spuren elektrischer Entladungen prüfen.
* Fester Sitz der Anschlüsse: Alle Schrauben an den primär- und sekundärseitigen Anschlussklemmen auf festen Sitz, guten Kontakt und Rostfreiheit prüfen. So wird ein Lösen durch Vibrationen oder thermische Ausdehnung und Schrumpfung vermieden.
* Zuverlässige Erdung: Prüfen, ob das Gehäuse des Stromwandlers zuverlässig geerdet ist. Die Sekundärkreise von Schutzstromwandlern erfordern üblicherweise zusätzlich eine zuverlässige Erdung an genau einem Punkt, etwa an der Klemmenleiste, um gefährliche induzierte Spannungen zu vermeiden. Besonders zu beachten: Die Sekundärkreise von Stromwandlern für Abrechnungsmessungen dürfen gewöhnlich nicht geerdet werden, damit kein Strom abgeleitet und die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird.
Tägliche Sichtprüfungen und regelmäßige Wartung sind entscheidend für einen langfristig stabilen Betrieb von Stromwandlern.
*Vorbeugende Prüfung: Gemäß den geltenden Verfahren sollte alle 1–2 Jahre eine umfassende vorbeugende Prüfung der Stromwandler stattfinden. Dazu gehören unter anderem Messungen des Isolationswiderstands, des Übersetzungsverhältnisses, der Polarität und der Spannungs-Strom-Kennlinie, um mögliche Mängel frühzeitig zu erkennen.
*Unversehrtheit des Stromkreises: Bei täglichen Prüfungen ist besonders auf die Unversehrtheit des Sekundärkreises und mögliche Anzeichen einer Unterbrechung zu achten.
*Prüfung von Anschlüssen und Zustand:
Alle Anschlussklemmen, insbesondere bei Geräten im Außenbereich, regelmäßig auf lockere Verbindungen und Rost prüfen.
Bei der Prüfung aufmerksam auf ungewöhnliche Geräusche achten, etwa auf Anzeichen elektrischer Entladungen im Stromwandler.
Durch Sicht- und Geruchskontrolle sicherstellen, dass keine Anzeichen von Überhitzung oder Brandgeruch am Gerät vorliegen.
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