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 Betreff des Beitrags: Das Messwandler-Tutorial
BeitragVerfasst: Di 10. Feb 2009, 17:12 
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Registriert: Fr 11. Jul 2008, 19:45
Beiträge: 417
Wohnort: Kiel

Spezialgebiet: Messwandler
Lob, Kritik und Verbesserungsvorschläge sind
herzlich willkommen!


Was sind Messwandler?
Messwandler, in unserem Falle die Spannungswandler,
sind eigentlich nur Transformatoren, die in der Energietechnik
zur Überwachung der Spannung (und auch zum Erdschluss)
an Stromleitungen >1000V Dienen.
Es ist nämlich recht schwer (unmöglich) mit einem
kleinen Dreheisen-Messinstrument 380.000V zu Messen.
Daher werden diese Messwandler zwischen die Hochspannung
und Instrumen geschaltet. Wenn ein Messwandler ein
Übersetzungsverhältis* von z.B. 10.000/100
hat, und auf der Primärseite 10KV eingespiesen wird,
so gibt der Messwandler auf Sekundärseite genau 100V
raus. Dann kann man die Skala auf dem Messinstrument so
einstellen, dass wenn an das Messwerk 100V angelegt
wird, der Zeiger auf "10kV" steht.
Da die Sekundärspannung zur Primärspannung streng linear
ist, würde der Wandler bei 5.000V Eingang auch nur 50V abgeben
und das Messwerk würde auch auf nur "5kV" ausschlagen.
Bei den Wandlern gibt es auch verschiedene Genauigkeitsklassen.

*Das Verhätnis zwischen Primär- und Sekundärspannung.

Wie können wir Messwandler als leistungsstarke Hochspannungsquellen nutzen? :)

Wie jeden Transformator kann man Messwandler auch "andersrum"
betreiben, d.h. dass man in die Sekundärspule 100V einspeist und
auf der Primärseite die Hochspannung entnehmen kann.

Jetzt gibt es noch zwei Probleme:
1. Messwandler dürfen je nach Typ auch nur eine Eingansspannung von bis zu 120V bekommen.
Wenn eine zu hohe Spannnung eingespiesen wird, resultiert eine
sog. magnetische Sättigung des Kerns. Es können nicht mehr genug Elementarmagnete für die zu übertragende Energie umgerichtet werden. Dabei erwärmt sich der Kern unnötig. Außerdem zieht der
Wandler einen hohen Leerlaufstrom und er gibt einen lauten 50Hz-
Ton von sich ab.
Man kommt also an einen Regeltrafo bzw. einen 100V-Trafo
nicht vorbei. Es sei denn, man hat zwei Wandler, dies sprechen wir jedoch später an.
2. Strombegrenzung
Da Messwandler eine sehr niederohmige Primärspule haben,
killen sie ohne Strombegrenzung jede normale Haussicherung.
Wenn man allerdings einen 125A-Industrieanschluss hat, lebt der
Wandler unbegrenzt nicht lange. Wie man eine Strombegrezung
realisieren kann, sprechen wir später an.

Messwandlertypen

Einpolwandler
Sie haben eine geerdete Hochspannungsseite, die mit der Grundplatte verbunden ist - IM BETRIEB ERDEN!!!Oben haben sie folglich nur einen Isolator.
Einpoltypen werden zur Phase-Erde-Messung verwendet.

Dies ist ein Einpolwandler der TuR Dresden mit 15kV
Bild

Ritz, 20kV, ein Besonderheit: Er besitzt VIER Primärwicklungen,
den Wandler kann man theoretisch sogar ohne Probleme an 400V an schließen.
Bild

Zweipolwandler
Sie haben keine geerdet Primärspule. Das heist, dass man mit ihnen
eine erdfreie Hochspannung mit erzeugen kann. Wenn man will,
kann man natürlich ein Ende erden, dies bietet sich besoders bei ziehen von Lichtbögen an, dazu aber später mehr.

Ein Siemens 10kV-Wandler, man sieht die zwei nötigen Isolatoren
Bild

Messwandler sind meiner Meinung nach (aber auch kilovolt´s ;) )
die besten Hochspannungstransformatoren, die man bekommen kann. Durch ihre besonders effektive, robuste Bauweise kann man
ihnen bezogen zu ihrer Größe eine riesige Leistung entlocken.
Messwandler können kurzzeitig bis zu 400mA (und mehr...)
Sekundär leisten. Meine Videos bei YouTube: http://www.youtube.com/user/MrGigavolt

Gießharz und Öl
Messwandler sind mit Gießharz oder Öl isoliert. Die Ölisolierten
sind aber definitiv uralte Teile, die werden schon seit mind.
40 Jahren nicht mehr hergestellt. Außerdem sind Gießhartwandler leichter als Ölwandler gleicher Lestung. Wenn man ein Ölwandler
in die Hände kriegt, muss man mit PCB rechnen!
Wenn das Öl ausläuft, ist es eigentlich nur eine riesengroße,
stinkende Schweinerei. Wenn es jedoch verbrennt (>275°C),
ensteht das hochgiftige, krebserregende Dioxin. Nach ein paar
Atemzügen darf man sein Testament schreiben. Wenn man nicht
schon an der Dioxin-Vergiftung strirbt, stirbt man spätestens am
Krebs. Besoder bei Hochspannung muss man aufpassen, dass sich das Öl nicht enzündet. Es ist also höchste Vorsicht geboten!

Typenschilder
Das Typenschild beinhaltet das Baujahr, Prüfspannung,
Übersetzungsverhältnis, Dauerleistung (Die Leistung, die der Wandler dauernd thermisch aufbringen kann.) und
Genauigkeitsklasse.

Bild

Bild

Beschaffung von Messwandlern

1. Bei eBay
Ab und zu werden bei http://www.ebay.de Messwandler angeboten.
Sie werden jedoch relativ teuer. Den teuersten, den ich je gesehen
habe, hat 560,1€ gekostet. Na gut, es war ein nagelneuer
Zweipolwandler mit 30kV.

2. Beim Energieunternehmen fragen
Wenn man nett fragt und fachlich kompetent wirkt,
bekommt man meist einen alten Wandler geschenkt.
Wennes qualitativ hochwertige Wandler sind, funktionieren sie
noch 100% so gut wie am ihren Fertigungstag.
So habe ich jedenfalls meinen 10kV-Wandler erstanden.
Hier noch mal vielen Dank an die Eon Hanse!


3. Neu kaufen
Für die Millionäre unter uns ;) Ich hab mal bei Ritz
nachgefragt: 10kV, einpolig, 50VA => 560€!!

Der Betrieb

1. Einspeisung/Verschaltung
Wenn man nur einen Wandler hat, kommt man an einem Trafo nicht
vorbei. Wenn ein zwei Wandler identischer Typen hat,
kann man die Primärspulen in Serie schalten und (nach einer Strombegrenzung) ans 230V-Netz hängen. Die Sekundärspulen können nach belieben in Serie und Paralell geschaltet werden. Es ist
auf Phasengleicheit zu achten!
Dies geht nur mit identischen Wandlern, weil sich sonst bei verschiedenen Wicklungsimperdanzen die 230V nicht gleichmäßig aufteilt und der eine Wander mehr bzw. weniger Spannung bekommt. Bei einpolwandlern ist die Grundblatte zu erden.
Bei den meisten Wandlern ist die 100V-Seite mit der Grundplatte verbunden. Diese Verbindung sollte nach möglichkeit aufgetrennt werden, sie besteht meist nur aus einer Schraube oder einer Klemmbrücke.
Bei unidentischen Wandlern müssen die 100V-Wicklungen
paralell geschaltet werden. Dann muss auch 100V eingespiesen werden.

Die Strombegrenzung
Es ist günstiger, auf der 230V-Seite zu begrenzen, da dot niedrigere
Sröme fließen.
Sie kann auf drei Arten erfolgen:

Ohm´scher Widerstand I=U/R
Dies kann mit einem Hochleistungswiderstand erfolgen.
Das Problem ist, dass der Widerstand viel Leistung im wahrsten
Sinne des Wortes verbrät.
Für den Anfang reicht auch ein Gerät mit einem Ohmschen Widerstand (Heizung), wie z.B. ein Toaster (klasse Zeitschaltuhr ;) )
oder ein Heizlüfter.

Induktiver Wiederstand
mit einer Drossel. Bei geeigneter Drossel mit der effektivste Weg.
Die benötigte Induktivität L der Drossel errechnet sich so:
Xl= U / I L= Xl / 2 x pi x f
Man kann sich soeine Drossel wicklen lassen (teuer)
oder selber bauen (schwierig). Bei Selbstbau ist auf geeignet Drahtstärke und genug großen Kern zu achten.

Kapazitiver Widerstand
mit einem Kondensator. Auch sehr effektiv, bei einem leistungsstarken Kondensator (mehrere kVar).
Man sollte also nicht einen kleinen Folienkondensator damit quälen.
Die benötigte Kapazität errechnet sich so:
Xc= U / I C= 1 / 2 x pi x f
Es ist darauf zu achten, dass der Wandler nicht in Resonanz gerät
und anfängt zu schwingen.

Noch ein Möglichkeit ist zu experimentieren. ;)
Man kann z.B versuchen, einen leistungsstarken Trafo
mit kurzgeschlossener Primärwicklung mit der Sekundärwicklung
in Serie des Wandlers zu schalten, der Phantsie sind dabei keine
Grenzen gesetzt.

Wenn ihr das beachtet habt, kannst ja losgehen
:)

Sicherheit
Messwandler können einen tödlichen Strom liefern Dieser verursach bei Berührung Kammerflimmern, starke Verkohlungen an den Einwirkstellen und innere Verkochungen.
Messwandler sind nichts für absolute Anfänger!
Wenn man Lichbögen per Hand zieht, sollte die "Handelektrode" geerdet sein. Sie muss jedoch isoliert sein, denn wenn der Erdleiter doch mal abrutschen sollte, kann man selber zu Erdleiter werden!

Informationen
Bei Fragen könnt ihr euch gerne an mich oder an andere
Messwandler-Gurus wenden.

Sehr informative Seiten:
http://www.dgebhard.home.solnet.ch (von kilovolt)
http://www.3d-meier.de (von Jürgen)
und http://www.google.de :mrgreen:

Ich hoffe, dieses Tutorial hilft manchen bei ihren Experimenten.
Wie gesagt, für Lob, Kritik und Verbesserungsvorschalge bin
ich jederzeit dankbar!

Liebe Grüße,
Blutegel


Zuletzt geändert von Blutegel am Di 10. Feb 2009, 20:30, insgesamt 1-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Das Messwandler-Tutorial
BeitragVerfasst: Mi 18. Mär 2009, 23:34 
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Registriert: Sa 15. Nov 2008, 23:27
Beiträge: 22
Wohnort: Schweiz

Spezialgebiet: CTs und VTs
Bezüglich Überbelastung bei Kunstharzwandlern kann man sich ca. nach diesen Werten richten.
(Ritz hat diese Werte angegeben, aber ich denke man kann sie auch auf andere Hersteller adaptieren.)

1.5x Thermische Grenzleistung = 30min
3.0x Thermische Grenzleistung = 6min


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