Grundgenauigkeit einer Stromzange

Was genau gibt die Grundgenauigkeit einer Stromzange an?

Die Grundgenauigkeit ist eine der zentralen Eigenschaften einer Stromzange.

Bei den Geräten wird häufig für die einzelne Messbereiche eine Genauigkeit wie z.B.
„±1,5% + 3 Digit“ angegeben. Was das im Einzelnen bedeutet zeigt die Beispielrechnung

Beispielrechnung

Messbereich: 200A
Genauigkeit: ±1,5% + 3 Digit
Auflösung: 10mA
Anzeige im Display: 50A

Genauigkeit = ±1,5% vom Messwert + 3 Digit
Genauigkeit = ±1,5 / 100 * 50A + 3*10mA = ±0,78A

Somit liegt der reale Messwert zwischen 49,22V und minimal 50,48A haben.
Typische Messfehler für Stromzangen liegen zwischen 1% (sehr gute Stromzange) und 3% (sehr schlechte Stromzange).

Typische Fehler beim Messen mit Stromzangen

Stromzange zeigt kein Ergebnis an (0A)

Wenn die Stromzange um das ganze Kabel gelegt wird, heben sich die beiden Magnetfelder von Phase und Neutralleiter gegenseitig auf, weil der Strom im beiden Leiter betragsmäßig gleich groß, aber unterschiedliche Vorzeichen haben. Das gilt sowohl für Gleich- als auch für Wechselstrom. Das Einzige was so messbar ist, sind Fehl- bzw. Leckströme.

Welche weiteren typischen Fehler gibt es bei der Nutzung von Stromzangen? Schreib einfach in die Kommentare!

Stromzangen Multimeter

Stromzangen vs Multimeter – ein Vergleich

Sowohl mit Stromzangen als auch mit Multimeter kann man Strom und Spannung (zumindest bei einigen Stromzangen) messen.

Vergleichskriterium Stromzangen Multimeter
primärer Anwendungszweck einfache Strommessung ohne die Zuleitung zum messeden Gerät auftrennen zu müssen, insbesondere bei großen Strömen Strom, Spannungs und Leistungsmessung bei kleinen Strömen
Messbereich Strom bis mehrere 1000A, dafür probleme bei sehr kleinen Strömen genau bei geringen Strömen, dafür deutlich geringerer maximaler Messbereich (bei billigen Multimetern bis 10A)
Messkreis auftrennen nötig ja nein
Gleichstrommessung möglich nicht bei allen Stromzangen: Stromzangen mit Hallsensor können Gleichstrom messen, Zangen mit Spulentechnik nicht. ja
Spannung (AC/DC) in der Regel nicht ja
Widerstand nein ja
Durchgang ja
Kapazitäten manchmal
Leistungsmessung möglich selten, aber bei einigen wenigen Geräten durch zusätzliche Spannungsmessung mithilfe von Kabeln möglich. ja
Anzeige des Messergebnisse Eine Stromzange ist ein reiner Sensor. Die Anzeige efolgt über angeschlossene Geräte, wie z.B. Oszilloskope oder PCs (mit speziellen Zusatzkarten) ja

Hinweis: Es gibt auch „Stromzangen-Aufsätze“ für Multimeter. Wenn man also ein gutes Multimeter hat, kann man auch mit günstigen Stromzangen große Ströme messen.

Leistungsmessung mit einer Stromzange

800px-BNC-Technik[1]

Eine Leistungsmessung mit Hilfe von Stromzangen ist heute technisch problemlos möglich. Zu unterscheiden ist die Ein- und Dreiphasige Leistungsmessung. Die Einphasige Strommessung kann mit nur einer Stromzange erfolgen. Hat man eine Stromzange und ist die Spannung bekannt kann die Scheinleistung ermittelt werden. Ist zusätzlich noch die Phasenverschiebung (cos_phi) bekannt, so kann auch die Wirkleistung berechnet werden.

Zur Messung eines dreiphasigen Leistung sind auch zwingend 3 Stromzangen (meist drei Zangenstromwandler) notwendig. Diese werden in der Regel an ein Zentralgerät angeschlossen, dass die 3 gemessenen Werte plus Spannung zu einer Leistung verrechnet.

Wie funktioniert die Leistungsmessung mit einer Stromzange?

Da die Leistung P=U*I*cos(phi) ist, braucht man für deren Berechnung zwingend zeitsynchron den Strom I und Spannung U. Der Strom dafür wird ganz normal durch das Umschließen des Leiters mit den Zangenarmen der Stromzange gemessen. Die Spannung wird in der Regel über 2 extern angeschlossene Kabel gemessen, die parallel zur Messenden Leitung geschaltet werden. Strom und Spannung können dann mithilfe eines Oszilloskopen zu einer Leistung verrechnet werden.

Es gibt auch spezielle Leistungsstrommesszangen, wie z.B. Voltcraft VC 609 TRUE RMS (siehe Bild), mit denen man neben Schein-, Wirk- und Blindleistung sogar den Phasenverschiebungswinkel cos_phi direkt ermitteln und anzeigen kann. Auch hier wird die Spannung zusätzlich gemessen und Spannung und Strom direkt in der Stromzange verrechnet.

Stromzangen mit analogem Ausgang (BNC)

800px-BNCAnaloge Stromzangen wandeln den Strom (Ampere) in eine Spannung (Volt) um. Diese Spannung kann mithilfe eines analogen Anzeigegeräts (z.B. einem Oszilloskop oder einer analogen Erweiterungskarte im PC) visualisiert werden. Typischerweise haben Stromzangen mit analogem Ausgang einen BNC-Stecker.
Der Messbereich (z.B. 200A) einer analogen Stromzange wird in einen Spannungsbereiche umgewandelt, der mit einem Oszilloskop darstellbar ist. Typische Oszilloskop-Spannungsbereiche sind +-2,5V oder +-5V.

Hersteller für analoge Stromzangen

Praktisch alle Hersteller von Stromzangen haben mindestens eine analoge Stromzange im Portfolio. Der eigentlich korrekte Begriff ist nicht analoge Stromzange sondern Zangenstromwandler. Digitale Stromzangen sind meist analoge Stromzangen, in die zusätzlich ein Analog-Digital-Wandler eingebaut wurde.

Genauigkeit einer analogen Stromzange

Einer der wichtigsten Qualitätskriterien einer analogen Stromzange ist ihre Genauigkeit. Die meisten Hersteller geben eine Grundgenauigkeit (Fehler) an. Diese liegt in der Regel zwischen 1% (sehr gute Stromzange) bis 3%. Diese Grundgenauigkeit wird aber oft nur in bestimmten Strombereichen erreicht. Das Magnetfeld des Leiters ist bei sehr geringen Strömen oft so klein, dass der verbaute Hallsensor diesen nicht genau messen kann. Bei sehr großen Strömen kommt es häufig zum Phänomen der Sättigung im Eisenkreis. Das heißt die verbauten Eisenteile keinen größeren magnetischen Fluss übertragen können. Dadurch wird eine geringere Stromstärke angezeigt, als sie in Wirklichkeit vorhanden ist.

Bildquelle

„BNC-Technik“. Lizenziert unter Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 über Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BNC-Technik.jpg#mediaviewer/File:BNC-Technik.jpg

Funktionen einer Stromzange

Vor vielen Jahren konnte man mit einer Stromzange ausschließlich Wechselstrom (AC) messen. Mehr war einfach nicht möglich. Doch welche Funktionen einer Stromzange sind inzwischen dazugekommen? Die folgende Liste beschreibt die Funktionen einer Stromzange von heute. Natürlich verfügen nicht alle Stromzangen über alle Funktionen.

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Ruhestrommessung am Kfz

Die Ursache für entladene Batterien im Auto sind häufig heimliche Verbraucher, wie z.B. Handschuhfach- oder Kofferraumleuchte, die sich nicht von selber abschalten, wenn das Auto abgestellt wird. Der einzige Weg diese Verbraucher zu identifizieren ist eine Ruhestrommessung am Kfz. Eine Ruhestrommessung am Kfz ist eine Strommessung mit abgeschaltetem Motor, d.h. eigentlich sollte hier (fast) kein Strom zu messen sein, falls doch wird sich Batterie im Laufe der Zeit von selber leeren.

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Wie funktioniert Strommessung mit einer Stromzange?

Auch wenn eine Strommessung mit einer Strommesszange verhältnismäßig sicher ist, folgt die obligatorische Warnung: Strom ist gefährlich! – Nur das machen, was man darf und kann – für alles andere gibt es Experten!

Eine Strommesszange zu benutzen ist recht leicht, eine korrekte Strommessung mit einer Strommesszange ist für den Laien dann aber doch nicht ganz so einfach. Zuerst sollte man sich im Klaren sein, ob der zu messende Strom Gleich- oder Wechselstrom ist.

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