Analytische Berechnungs- und messtechnische Bewertungsverfahren von Generatorstromwandlern mit erweitertem Frequenzmessbereich
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Zuge des DFG-Projektes wurden mehrere analytische und semi-analytische Berechnungsmethoden für Hochstromwandler entwickelt. Mit Hilfe dieser Modelle lässt sich das frequenzabhängige Übertragungsverhalten von Hochstromwandlern berechnen und eventuell auftretende Resonanzeffekte vorhersagen. Dies ermöglicht es, bereits während des Designs eines Hochstromwandlers abzuschätzen ob, oder unter welchen Umständen mit Resonanzerscheinungen innerhalb des Hochstromwandler-Bürdensystems zu rechnen ist. Zur Verifizierung des Modells wurde ein Messsystem aufgebaut mit dessen Hilfe sich das frequenzabhängige Übertragungsverhalten von Hochstromwandler bis zu einer Frequenz von 40 kHz bestimmen lässt. Messungen an einem 8 kA-Hochstromwandler zeigten nur Resonanzerscheinungen im Frequenzintervall f ∈ [50 Hz, 40 kHz], wenn eine ohmsch-induktive Bürde verwendet wird. Diese Resonanzeffekte stellen dabei aufgrund ihrer geringen Dämpfung einen kritischen Systemzustand dar. Messergebnisse beim Beispielstromwandler zeigen, dass bei Verwendung einer Prüfbürde nach IEC 61869-2 bei ≈ 15 kHz eine Resonanz mit ≈ 800 % Resonanzüberhöhung auftritt. Eine höherfrequente Stromkomponente in Höhe von 2 % des Primär-Bemessungsstroms des Wandlers würde dabei ausreichen um sekundärseitig eine Spannung > 1 kV zu bewirken. Solch eine hohe Spannung an den Sekundärklemmen des Wandlers würde Personen und andere Anlagenkomponenten gefährden. Ein Vergleich der Mess- und Berechnungsergebnisse beim 8 kA-Hochstromwandler zeigen eine gute Übereinstimmung. Die aufgetretenen Resonanzüberhöhungen konnten mit einer Abweichung < 5,5 % und die Resonanzfrequenzen mit einer Abweichung < 4 % bestimmt werden. Untersuchungen zeigten, dass sich das Fremdfeldverhalten bei Hochstromwandlern nicht mit Hilfe vereinfachter Modellierungsansätze beschreiben lässt. FEM-Berechnungen im Zeitbereich mit hinterlegten Magnetisierungskurven sind die praktikabelste Möglichkeit um das Fremdfeldverhalten von Hochstromwandlern zu berechnen. Es wurden messtechnische Untersuchungen an einigen Niederspannungs-Stromwandlern durchgeführt, bei denen ähnliche Probleme wie bei Hochstromwandlern bekannt sind. Es zeigte sich dabei, dass die Fremdfeldsensibilität bei Wandlern mit steigender Bebürdung zunimmt. Durch eine großzügigere Auslegung des Kerns (höhere Leistung als notwendig) lassen sich diese Effekte folglich reduzieren. Alternativ dazu können auch vorsorgliche Schirmungsmaßnahmen eine Reduzierung der Fremdfeldsensibilität von Stromwandlern bewirken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Berechnung der Hauptinduktivität von Stromwandlern unter Berücksichtigung von Wirbelströmen, Dresdener Kreis 2013, Duisburg, 2013
Jäschke, C.
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A measuring system to identify the frequency response of high current instrument transformers, 2015 Modern Electric Power Systems (MEPS), Wroclaw, 2015, pp. 1-6
Jäschke C., Schegner P.
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Analytic Computation of the Magnetizing Inductance of Current Instrument Transformers Under Consideration of Eddy Currents, in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 51, no. 11, pp. 1-4, Nov. 2015
Jäschke C., Schegner P.
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Metrological frequency response analysis of a high current instrument transformer, 9th International Conference on Sensing Technology (ICST), Auckland, 2015, pp. 640-645
Jäschke C., Schegner P.
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Berechnung der Resonanzeffekte bei Hochstromwandlern, Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden, 2016
Jäschke, C; Schegner P.
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Computing the Frequency Dependent Coupling Inductances in the Winding of High Current Instrument Transformers, MMM-Intermag 2016 Joint Conference, San Diego, 2016
Jäschke C., Schegner P.
