Ratgeber
Ströme messen gehört in der Elektrotechnik zu den Standardaufgaben. In der Regel erfolgt die Messung direkt an der Quelle. Dabei entspricht das Instrument allerdings einer Last, die das Messergebnis zwar oft nur leicht, aber dennoch verfälscht. Sind Ströme exakt und in Echtzeit zu überprüfen, gibt es nur einen Weg: Kontaktlose und damit potenzialfreie Messung. Die dafür erforderlichen Prüfgeräte sind der Stromwandler und der Stromsensor. In unserem Ratgeber erfahren Sie alles Wichtige über Funktionen und Beschaffung von Stromsensoren.
Ein Stromsensor ist wie der Stromwandler ein Gerät, das den elektrischen Strom in einem Draht oder in wenigen Primärwindungen über einen Sensor erfasst und ein zu diesem Strom proportionales Signal erzeugt. Das kann zum Beispiel eine analoge Spannung beziehungsweise Stromstärke oder ein digitaler Wert sein. Mit einem Multimeter oder einem ähnlichen Instrument lässt sich dann das erzeugte Signal anzeigen, zur weiteren Analyse in einem Datenerfassungssystem speichern oder direkt zur Steuerung verwenden.
Wie Stromwandler arbeiten auch Stromsensoren mit im Sekundärkreis induzierten Strömen. Die Messung erfolgt nach unterschiedlichsten Methoden, eine der häufigsten ist die Nutzung des Hall-Effekts.
Ein Hall-Effekt-Stromsensor ist ein Gerät zur Messung der Größe eines Magnetfeldes. Seine Ausgangsspannung ist direkt proportional zur Stärke des Magnetfelds, das ihn durchdringt. Als eigentlicher Sensor dient ein dünner Metallstreifen. Bei Vorhandensein eines Magnetfeldes wandern die Elektronen im Sensor-Metallstreifen zu einer der langen Kanten, wodurch ein Spannungsgradient über eine der kurzen Seiten des Streifens senkrecht zum Speisestrom erzeugt wird.
Hall-Effekt-Stromsensoren besitzen einen großen Vorteil gegenüber rein induktiven Sensoren: Während diese auf ein sich änderndes Magnetfeld reagieren, das Strom in einer Drahtspule induziert und am Ausgang eine Spannung erzeugt, können Hall-Effekt-Sensoren auch statische Magnetfelder erkennen.
Wesentlich für die Auswahl von Stromwandlern die Art des zu messenden Stroms. Stromwandler eigenen sich besonders für hohe Stromstärken, entweder als Wandler von Wechselstrom zu Gleichstrom oder als reiner Gleichstromwandler. Wenn es auf die Messgenauigkeit ankommt, ist die Wahl der passenden Genauigkeitsklasse wichtig.
Stromsensoren wiederum gibt es sowohl für Wechsel- als auch für Gleichstrom, einige Geräte bieten auch beiden Messfunktionen an.
FAQ – häufig gestellte Fragen
Worauf ist beim Betrieb eines Stromwandlers besonders zu achten?
Zunächst sollte die angeschlossene Last den angegebenen Maximalwert nicht überschreiten, da sonst der Kern in den nicht linearen Bereich eintreten und schließlich in Sättigung gehen kann. Dies würde die Genauigkeit erheblich beeinträchtigen. Bei der Installation ist außerdem auf den richtigen Anschluss an die Kontakte S1 und S2 zu achten (siehe Abbildung). Eine Verpolung könnte zu Messfehlern führen.
Wichtig!
Die Sekundärseite eines Stromwandlers darf auf keinen Fall von seiner Last getrennt werden, während Strom in der Primärseite fließt. Grund: Die Sekundärseite würde versuchen, den Strom bis zu seiner Isolationsdurchbruchspannung in eine effektive unendliche Impedanz zu treiben und somit die Sicherheit des Bedieners gefährden. Bei bestimmten Stromwandlern kann diese Spannung mehrere Kilovolt erreichen und zu Lichtbogenbildung führen. Das Überschreiten der Sekundärspannung kann auch die Genauigkeit des Wandlers beeinträchtigen oder ihn zerstören.
Gängige Abhilfe: Liegt keine Last an der Sekundärwicklung, ist diese kurzzuschließen!