Was ist ein kapazitiver Spannungswandler (CVT)?

Ein kapazitiver Spannungswandler (CVT) wandelt Spannung durch kapazitive Teilung um. Erfahren Sie, wie CVTs funktionieren und ihre Anwendung in der Energietechnik.

Was ist ein kapazitiver Spannungswandler (CVT)?

Ein kapazitiver Spannungswandler (CVT), auch bekannt als kapazitiver Spannungsteiler, ist ein Gerät, das in der elektrischen Energietechnik verwendet wird, um hohe Wechselspannungen in niedrigere, messbare Spannungen umzuwandeln. CVTs sind besonders in Hochspannungsübertragungssystemen von großer Bedeutung.

Funktionsprinzip

Der grundlegende Aufbau eines CVT besteht aus mehreren Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind. Diese Kondensatoren teilen die Gesamtspannung auf, wobei jeder Kondensator einen Teil der Spannung übernimmt. Die Spannung an einem der Kondensatoren wird dann zur Messung oder zu Schutz- und Steuerungszwecken genutzt.

Primärkondensator: Der Primärkondensator ist direkt mit der Hochspannung verbunden.

Zwischenkondensator: Dieser Kondensator hilft dabei, die Spannung weiter zu reduzieren.

Sekundärkondensator: Die reduzierte Spannung an diesem Kondensator wird zur Messung verwendet.

Mathematische Beschreibung

Die Funktion eines kapazitiven Spannungswandlers kann mathematisch durch die Dielektrizitätskonstante und die Kapazität der Kondensatoren beschrieben werden. Wenn wir zwei Kondensatoren C₁ und C₂ in Reihe haben, dann teilt sich die Gesamtkapazität C_ges folgendermaßen auf:

C_ges = \(\frac{C_1 * C_2}{C_1 + C_2}\)

Die an jedem Kondensator anliegende Spannung kann dann durch:

U_C1 = U_ges * \(\frac{C_2}{C_1 + C_2}\)

U_C2 = U_ges * \(\frac{C_1}{C_1 + C_2}\)

berechnet werden, wobei U_ges die Gesamteingangsspannung ist.

Anwendungsgebiete

Kapazitive Spannungswandler finden in verschiedenen Bereichen Verwendung, unter anderem:

Übertragungs- und Verteilungsnetze: Sie werden verwendet, um die Spannungen in Übertragungsleitungen zu messen.

Schutzsysteme: CVTs liefern die notwendigen Spannungsinformationen für Schutzrelais in Hochspannungssystemen.

Spannungsregelung: Sie werden auch in Spannungsregelungssystemen verwendet, um die Spannung auf einem gewünschten Niveau zu halten.

Vorteile

Genauigkeit: CVTs bieten hohe Messgenauigkeit, insbesondere bei hohen Spannungen.

Sicherheit: Da keine Induktion beteiligt ist, sind CVTs sicherer und weniger anfällig für elektromagnetische Störungen.

Kosteneffizienz: Sie sind kostengünstiger herzustellen und zu warten im Vergleich zu anderen Spannungswandlern wie induktiven Transformatoren.

Fazit

Kapazitive Spannungswandler (CVT) sind unverzichtbare Komponenten in modernen Hochspannungsübertragungssystemen. Ihre Fähigkeit, hohe Spannungen präzise und sicher zu messen, macht sie zu einem essenziellen Werkzeug in der elektrischen Energietechnik. Durch ihre Kosteneffizienz und geringe Anfälligkeit für Störungen sind sie eine optimale Wahl für verschiedene Anwendungen in der Stromübertragung und -verteilung.