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Modellbasierte Prüfung von Stromwandlern

Model-based testing of current transformer

  • Damit eine möglichst ausfallsichere Energieversorgung und Energieübertragung gewährleistet werden kann, werden verschiedene Betriebsmittel benötigt. Diese Betriebsmittel müssen gewisse Genauigkeitsgrenzwerte einhalten. In dieser Masterarbeit wird die Prüfung der Genauigkeit von Stromwandlern diskutiert. Die Ermittlung der Genauigkeit kann durch das Einspeisen eines Primärnennstroms (einige kA) und eine Messung des Sekundärstroms erfolgen. Daraus wird der Übertragungsfehler bestimmt. Die Genauigkeit wird unter anderem durch den Übertragungsfehler beschrieben, welcher sich aus dem Übersetzungsfehler und dem Phasenfehler zusammensetzt. Es wird bei diesem Verfahren von der Primärmethode oder auch Primärstrommethode gesprochen, dies ist die Referenzmessung nach den Normen IEC 61869-2 und IEEE C57.13. Die Firma OMICRON electronics GmbH entwickelte ein modellbasiertes Messverfahren, das den Einsatz eines mobilen und leichten Messgeräts erlaubt. Das Messgerät wird CT Analyzer genannt. Bei Verwendung dieser Methode werden keine hohen Ströme verwendet, was den BenutzerInnen zusätzlich eine höhere Sicherheit für die Bedienung des Geräts bietet. Mit diesem Messverfahren werden die einzelnen Komponenten des elektrischen Ersatzschaltbildes des Transformators bestimmt. Mit den ermittelten Komponenten kann dann der Übertragungsfehler berechnet werden. Das modellbasierte Messverfahren beruht auf Messungen, die von der Sekundärseite des Stromwandlers her durchgeführt werden. Man spricht bei diesem Messverfahren von der Sekundärspannungsmethode, welche inzwischen in der Norm IEC 61869-2 als alternative Messung angeführt ist. Der Vorteil der Primärmethode ist die Hoch-Präzisionsmessung, da die Prüfung unter realen Bedingungen und mit einer direkten Messung durchgeführt wird. Die Genauigkeit dieser Methode wird durch die Messtechnik selbst bestimmt, sie ist sehr genau und daher als Referenz gültig. Das Ziel der Sekundärspannungsmethode ist es, den Vorteil der Hoch- Präzisionsmessung für die Sekundärspannung zu nützen. Da es sich um ein modellbasiertes Messverfahren handelt, wird die Messgenauigkeit bei diesem Verfahren durch das angewandte Modell bestimmt und nicht durch die Messtechnik wie bei der Primärmethode. Daher sind Untersuchungen am Modell notwendig. Es gibt einige wenige Stromwandlertypen, bei denen es größere nicht akzeptable Differenzen zwischen der Primärmethode und der Sekundärspannungsmethode gibt. Diese Masterarbeit befasst sich deshalb mit Untersuchungen von Möglichkeiten und Grenzen der Sekundärspannungsmethode. Zu Beginn wird eine theoretische Sensitivitätsanalyse mathematisch erarbeitet. In diesem Zusammenhang wird der komplexe Fehlervektor eines Stromwandlers eingeführt. Diese Sensitivitätsanalyse dient der Ermittlung des Einflusses auf den komplexen Fehler in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern und zur Auswahl von Stromwandler-Testobjekten. Des Weiteren wird die Sensitivitätsanalyse durch Messungen an verschiedenen Stromwandlern verifiziert. Die Untersuchungen basieren auf MATLAB-Simulationen und Messungen mit dem OMICRON Messgerät CT Analyzer, welches die Sekundärspannungsmethode anwendet. Die Ergebnisse werden mit den Herstellerdaten (Primärmethode) verglichen und analysiert werden.
  • To ensure a reliable power supply and energy transfer, various assets are required. These assets must comply to certain accuracy limits. This master thesis discusses the testing of the accuracy of current transformers. The determination of the accuracy can be achieved by injecting the nominal primary current (in the range of kA) and then measuring the resulting secondary output current. The accuracy is defined by the transmission error which contains the ratio error and the phase displacement. This procedure is called primary method or primary current method, which is the reference measurement as per IEC 61869-2 and IEEE C57.13 standard. The company OMICRON electronics GmbH developed a model-based method which allows the use of a mobile and light weight measurement device. The device is called CT Analyzer. Utilizing this method, high currents are no longer required for test, which provides the user with a higher safety when operating the device. With this measurement method the individual components of the electrical equivalent circuit diagram of the current transformer are determined. When these individual components are all known, the transmission error can be calculated. The model-based method is based on measurements made from the secondary side of the current transformer. This method is called secondary voltage method and is meanwhile part of the IEC 61869-2 standard as an alternative measurement method. The advantage of the primary method is that it is a high-precision measurement as it is done under real condition and performed as a direct measurement. The accuracy of this method is dependent on the measuring technique itself, which is very accurate and therefore valid as a reference. The aim of the secondary voltage method is to take advantage of the high-precision measurement for the secondary voltage method. The measurement accuracy of the secondary voltage method is dependent from the model itself and not by the measurement technique as for the primary method. Therefore, investigations on the model are necessary. There are few current transformer types with larger unacceptable differences when measuring accuracy between the primary current method and secondary voltage method. This master thesis studies potentialities and limits of the secondary voltage method. First a theoretical sensitivity analysis will be mathematically derived. In this context the complex error of a current transformer is introduced. This sensitivity analysis is used to determine the influence on the complex error depending on different parameters and for selecting current transformer test objects. Furthermore, the derived sensitivity is verified by different current transformer measurements. The investigations are based on MATLAB simulations and measurements with the OMICRON CT Analyzer using the secondary voltage method. The results are compared and analyzed with the manufacturer data (primary method).

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Verfasserangaben:Thomas Bischof
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-2775
Betreuer:Robert Hoschek
Dokumentart:Masterarbeit
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2018
Veröffentlichende Institution:FH Vorarlberg
Titel verleihende Institution:FH Vorarlberg
Datum der Freischaltung:11.12.2019
Freies Schlagwort / Tag:Sekundärspannungsmethode; Stromwandler; Stromwandlergenauigkeit; Stromwandlerprüfung
Seitenanzahl:XVI, 113
DDC-Sachgruppen:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau / 621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Open Access?:ja
Studiengänge:Energietechnik und Energiewirtschaft
Lizenz (Deutsch):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz