Stromsensoren Nahezu verlustfreie Erfassung auch hoher Wechselströme

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

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(Bild: Zettler)

Im Gegensatz zu Netztransformatoren arbeiten Stromtransformatoren mit extremen Windungsverhältnissen. Ihre sehr niederohmige Primärwicklung erlaubt die praktisch verlustfreie Erfassung auch von hohen Wechselströmen.

Die Stromsensoren des Typs ACST-200 (AC-Current-Sense-Transformer) von Zettler werden in Regelungs- und Überwachungsanwendungen, bei Schutzbeschaltungen oder Lasterkennungssystemen eingesetzt. Sie detektieren, ob der vorgesehene Strom tatsächlich fließt, oder ob die Stromstärke infolge einer Überlastung, eines Defektes oder eines Beschaltungsfehlers deutlich abweicht. Die Hauptanwendung ist in 50- oder 60-Hz-Systemen. Die Primärwicklung ist im Sensor integriert, das erspart Bestückungszeit und ergibt ein klar definiertes, kompaktes Bauteil mit Außenabmessungen von max. 20,5 mm x 17,5 mm x 16,4 mm. Die Erfassung des Messsignals erfolgt galvanisch getrennt, deshalb kann der Sensor an jeder beliebigen Stelle im Stromkreis implementiert werden. Der Vorzugstyp der ACST-200-Serie, die Ausführung ACST-262, arbeitet mit einem Übersetzungsverhältnis der Wicklungen von 1:1500; er deckt die allermeisten Anwendungen ab. Auf Wunsch sind auch Varianten mit niedrigerem Übersetzungsverhältnis (1:50 … 1:1000) lieferbar. Die Ausgangsspannung am Lastwiderstand hängt vom Primärstrom und dem verwendeten Lastwiderstand ab. In der Ausgangskontrolle der Fertigung erfolgt die Prüfung unter Referenzbedingungen, beim ACST-262 sind dies 10 Aeff/50 Hz/Lastwiderstand 200 Ω; die hierfür spezifizierte Ausgangsspannung beträgt 1233 mVeff bei einer Toleranz von ±5 %. Ausgangsspannung kann in einem weiten Bereich angepasst werden. Bei einem Lastwiderstand von max. 200 Ω ist sie im gesamten Strombereich linear. Die Primärwicklung ist für einen Dauerstrom von bis zu 30 Aeff ausgelegt. Ihr Gleichstromwiderstand beträgt lediglich 600 µΩ und auch ihr Scheinwiderstand im Betrieb bei 50 Hz ist noch typisch <1 mΩ. Damit wird z.B. bei 10 Aeff Primärstrom eine Schein-Verlustleistung von nur etwa 0,1 VA aufgenommen; um an einem Shuntwiderstand einen vergleichbaren Messspannungsabfall zu erzeugen, wäre ein Wert von 100 mΩ nötig – was eine Verlustleistung von 10 VA bedeuten würde! Bei hohen Strömen ist zu berücksichtigen, dass der Sensor nicht mehr im linearen Bereich arbeitet, also das Ausgangssignal stark reduziert sein kann. Aufgrund der nicht zu vernachlässigenden Verlustleistung in der Primärwicklung bei großen Strömen ist der Dauerstrom auf 30 Aeff begrenzt; die maximale Umgebungstemperatur beträgt 85 °C bei Stromstärken von 20 Aeff und 70 °C bei Strömen von > 20 Aeff. Dank des 2-Kammer-Aufbaus und der voll isolierten Primärwicklung weist der ACST eine sehr gute Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung auf. Der Wert für die „feste Isolierung“ ist >1,5 mm. Die Luft- und Kriechstrecken betragen bei der Standardversion 5,5 mm; damit werden die Anforderungen für Basisisolierung nach IEC 60664-1 (VDE 0110-1) auch bei Überspannungskategorie III und Verschmutzungsgrad 3 weit übertroffen.

Eine Ausführung für Anwendungen die 8 mm Luft- und Kriechstrecken fordern, ist ebenfalls lieferbar. Die Prüfspannung zwischen Primär- und Sekundär-wicklung ist mit 4000 Veff bei 60 s Prüfdauer spezifiziert. In der Serienfertigung wird der Test mit 4400 Veff/1 s durchgeführt.

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