Messen von 10 Ampere mit einem Digitalmultimeter – Vor- und Nachteile

Messen von 10 Ampere mit   einem Digitalmultimeter –   Vor- und Nachteile   Bei Messungen in einem Umfeld mit hochenergetischen Wechsel- und/oder Gleichströmen, mit der Gefahr von Störlichtbögen und Lichtbögen, wird empfohlen, das Multimeter nicht in den Stromkreis einzubringen, sondern auf Messmittel nach dem Stromzangenprinzip zurückzugreifen. Auf diese Weise können Ströme ohne Auftrennen des Stromkreises und somit gefahrlos gemessen werden.  ANWENDUNGSBERICHT Vor hundert Jahren wurden  Gleichströme nahezu  ausschließlich mithilfe von  in Reihe in den Stromkreis  eingebrachten Shunts gemessen.  Diese Shunts, und das am Shunt  angeschlossene Messgerät,  wurden üblicherweise fest in  den zu messenden Stromkreis  eingebaut. Am weitesten  verbreitet war der 50-mV-Shunt.  Dieser Shunt wies bei Volllast  einen Spannungsabfall  von 50 mV über seine  Spannungsmessklemmen  auf, d. h. ein für 10 Ampere  vorgesehener Shunt brachte  einen zusätzlichen Widerstand  von 0,005 Ohm in den  Stromkreis ein. Das war keine  große Last, und der Shunt war  permanent da und stellte damit  keinen weiteren Aufwand  und keine Gefahrenquelle für  den Anwender dar. Derartige  Shunts werden auch heute  noch verwendet, sowohl  für Gleichstrom als auch für  Wechselstrom (bis zu ca. 1 kHz). Die in den 1930-er Jahren  aufkommenden portablen  Analogmultimeter boten mit  ihren verschiedenen Buchsen  an der Vorderseite mehrere  Möglichkeiten für das Anschließen  an den Stromkreis. Bei diesen  Geräten waren zwei spezielle  Buchsen mit einem, nicht durch  eine Sicherung geschützten,  10-A-Shunt im Inneren des  Messgeräts verbunden, und  das Messen der Stromstärke  erfolgte nach dem gleichen  Prinzip wie bei einem direkt  in den Stromkreis eingebauten  Shunt. Durch einen Umschalter  konnte der Anwender das  Anzeigeinstrument dem Shunt  zuschalten. Der Shunt selbst  stellte eine niedrige Last für den  Stromkreis dar, die Auswirkungen  waren jedoch letztendlich von  den verwendeten Messleitungen  abhängig. Der zusätzliche  Widerstand der Messleitungen  konnte dazu führen, dass die  mit dem in den Stromkreis  eingebrachten Messgerät  erfassten Werte deutlich niedriger  waren als die Stromstärken, die  ohne Messgerät im Stromkreis  vorlagen. Dieser Effekt wird als  „Bürdenfehler“ bezeichnet. Das erste tragbare  Digitalmultimeter (DMM) von  Fluke, das Fluke 8020A, verfügte  nicht über einen Messbereich  für 10 A. Das Gerät hatte eine  mA-Buchse und konnte Ströme  von bis zu 2.000 mA messen.  Für das Messen von höheren  Wechselströmen wurde ein  Das Echteffektiv-  Digitalmultimeter 3000 FC

2   Fluke Corporation     Messen von 10 Ampere mit einem Digitalmultimeter – Vor- und Nachteile Stromwandler 1.000:1 in  Zangenform an die mA-Buchse  angeschlossen. Wurde der  Wandler um einen 10 A  führenden Leiter gelegt, zeigte  das Messgerät 10 mA an. Für  das Messen von Gleichströmen  gab es ein ähnliches Messmittel  in Stromzangenform. In diesem  Fall erfolgte die Messung jedoch  in mV – 10 A im Leiter ergaben  einen Messwert von 10 mV in  einem Spannungsmessbereich  des DMM. Heute steht eine  Vielzahl derartiger Messmittel  nach dem Stromzangenprinzip  als Zubehör zur Verfügung. Der 10-A-Bereich und die  Sicherheitsproblematik Heute ist die Entwicklung  der Messtechnik für die  Instandhaltung elektrischer  Anlagen an einem Punkt  angelangt, dass DMMs keine  gesonderten 10-A-Messbereiche  für Strommessungen innerhalb  des Strompfads mehr benötigen.   In einigen Fällen, z. B. in  explosionsgefährdeten  Umgebungen, sind aus  Sicherheitsgründen derartige  Messgeräte sogar verboten. In einem Umfeld mit hohen  elektrischen Energien  bestehen nicht nur signifikante  Sicherheitsbedenken aufgrund  offen liegender Zuleitungen  zu Messgeräten. Auch sind  aufgrund der notwendigen  Absicherung bei hohen Strömen  beträchtliche Messfehler zu  erwarten, die eine detaillierte  Analyse und eine Berichtigung  der Messwerte anhand von  Korrekturfaktoren erfordern.  Durch als Zubehör erhältliche  Stromzangen für Gleich- und  Wechselströme, die an die   mA- bzw. mV-Eingänge des  DMM angeschlossen werden  können, benötigen für die  industrielle Anwendung  vorgesehene Messgeräte heute  keinen 10-A-Messbereich mehr. Natürlich gibt es für  derartige Messgeräte  Anwendungsmöglichkeiten im  Laborbereich. Vor der Nutzung  dieses Ausstattungsmerkmals  sollten jedoch folgende Punkte  berücksichtigt werden. Der 10-A-Messbereich  mit Sicherung – und  seine Nachteile Im Jahr 1983 stellte Fluke seine  Digitalmultimeter der Serie 70 vor.  Die ersten Modelle verfügten  über einen nicht abgesicherten  10-A-Bereich. Die bei der  Anwendung dieser Messgeräte in  hochenergetischen Energiever- teilungssystemen auftretenden  Sicherheitsbedenken veranlassten  Fluke jedoch, bei späteren  Modellen die Strommesskreise  des DMM mit hochenergie- tauglichen Sicherungen  auszustatten.  Mit Einbringen der in den  DMMs integrierten Shunts  und ihrer Sicherungen in  den Stromkreis konnte dieser  zusätzliche Reihenwiderstand  (Bürdenfehler) nicht mehr  vernachlässigt werden. Im  Milliamperebereich stellt  dieser Fehler normalerweise  kein Problem dar. Im Bereich  von 10 A kann dieser Fehler  jedoch beachtliche Größen  erreichen, insbesondere bei mit  relativ niedrigen Spannungen –  beispielsweise durch einen  6-V-Akku – gespeisten  Stromkreisen. Für dieses und  andere Fluke DMM wird in  den Technischen Daten eine  Angabe mit der Bezeichnung  „Bürdenspannung“ für  Strommessungen aufgeführt.  Diese Bürdenspannung gibt  den Spannungsabfall über  dem Messgerät aufgrund des  Widerstands des integrierten  Shunts und seiner Sicherung an. Die Erfahrungen über die  Jahre haben gezeigt, dass der  10-A-Bereich von den wenigsten  DMM-Anwendern genutzt wurde.  Die meisten Anwender nutzen die  sowohl für Gleichströme als auch  für Wechselströme als Zubehör  erhältlichen Stromzangen an den  mV- bzw. mA-Eingängen und  messen skalierte Werte. Dabei  bedeutet, in Abhängigkeit von  der verwendeten Stromzange, ein  Messwert von 1 mA bzw. 1 mV  eine Stromstärke von 1 A. Wie sieht es mit der  Ungenauigkeit bei der  Gleichstrommessung über  den 10-A-Messbereich  im Vergleich zu einer  Messung mit Stromzange  aus? Zur Erörterung dieser Frage  schauen wir uns das Fluke 87-5  an. Dieses Digitalmultimeter  verfügt über einen abgesicherten  10-A-Bereich und kann  direkt in einen zu messenden  Stromkreis geschaltet werden.  Als Bürdenspannung für diesen  Messbereich sind 0,03 V/A  angegeben. Dies entspricht  einem Widerstandsäquivalent von  0,03 Ohm. Zu diesem Wert addieren wir den  Widerstand der Messleitungen  (ca. 0,1 Ohm), die für das  Anschließen des Messgeräts an  den zu messenden Stromkreis  verwendet werden, und erhalten  einen Reihenwiderstand von  insgesamt 0,13 Ohm. Mit Multimeter-Zubehör wie der Fluke 1000-A-Gleich-/Wechselstromzange i1010 kann  eine 10-A-Messung vorgenommen werden, ohne eine signifikante Bürdenspannung  einzubringen, und ohne den Stromkreis auftrennen zu müssen.

3   Fluke Corporation     Messen von 10 Ampere mit einem Digitalmultimeter – Vor- und Nachteile Fluke Deutschland GmbH In den Engematten 14 79286 Glottertal Telefon: (07684) 8009 420  Telefax: (07684) 8009 410 E-Mail: [email protected] Web: www.fluke.deTechnischer Beratung: Beratung zu Produkteigenschaften,  Spezifikationen, Messgeräte und  Anwendungsfragen  Tel.: +49 (0) 7684 8 00 95 45  E-Mail: [email protected] Vertriebsgesellschaft m.b.H. Liebermannstraße F01 A-2345 Brunn am Gebirge Telefon: (01) 928 95 00 Telefax: (01) 928 95 01 E-Mail: [email protected] Web: www.fluke.atFluke (Switzerland) GmbH Industrial Division Hardstrasse 20 CH-8303 Bassersdorf Telefon: 044 580 75 00 Telefax: 044 580 75 01 E-Mail: [email protected] Web: www.fluke.ch ©2015 Fluke Corporation. Alle Rechte vorbehalten.   Anderungen vorbehalten. 10/2015 6006568A_DE Dieses Dokument darf nicht ohne die schriftliche  Genehmigung der Fluke Corporation geändert werden. Fluke.  Damit Ihre Welt    intakt bleibt. ® Nehmen wir an, dass ein  Stromkreis durch einen Akku  ohne Lastregelung gespeist wird  und dass 8,0 A fließen. Aus der  oben aufgeführten Angabe für die  Bürdenspannung ergibt sich ein  Spannungsabfall von etwa 0,24 V  (0,3 V/A   8,0 A = 0,24 V) über  die Klemmen des Messgeräts.  Dabei sind jedoch noch die  0,1 Ohm der Messleitungen zu  berücksichtigen. Durch diesen  zusätzlichen Spannungsabfall  von 0,8 V kommen wir auf  insgesamt 1,04 V. Das sind  ca. 16 % unserer verfügbaren  Quellenspannung. Das größte  Problem daran ist, dass die  Stromstärke möglicherweise  bis zu ca. 10 A ansteigen wird,  nachdem wir das Messgerät  und die Messleitungen aus dem  Stromkreis genommen haben. Im Vergleich dazu kann  mit der Fluke Gleich-/ Wechselstromzange i1010  diese Messung vorgenommen  werden, ohne eine signifikante  Last einzubringen und ohne  den Stromkreis auftrennen zu  müssen. Der Messfehler wird bei  diesem niedrigen Pegel unter  7 % liegen, und die Stromstärke  ändert sich nicht, nachdem wir  die Zange entfernt haben. Anwendern, die Stromstärke  direkt messen müssen,  empfehlen wir, den am Anfang  dieses Artikels beschriebenen,  kalibrierten Shunt dauerhaft  in den Stromkreis einzubauen.  Derartige Shunts sind heute  noch erhältlich, und der  Spannungsabfall über einen  solchen Shunt kann mit dem  Millivolt-Bereich eines DMM  problemlos (und genau)  gemessen werden. Zusammenfassung Entwickler und Techniker,  die Fehler in elektronischen  Schaltungen mit Gleich- oder  Wechselströmen unter 10 A  suchen müssen, benötigen  auch heute noch Multimeter  mit 10-A-Bereich, die zur  Messung in den Stromkreis  geschaltet werden. Messungen  auf diese Weise werden auch an  Niederspannungskreisen und in  solchen Fällen vorgenommen,  in denen keine Bedenken  hinsichtlich Störlichtbögen oder  Lichtbögen vorliegen.  Für Messungen in einem Umfeld  mit hohen Wechsel- und/oder  Gleichspannungen und/oder  -strömen, mit der Gefahr von Stör- lichtbögen und Lichtbögen, wird  jedoch empfohlen, das Multimeter  nicht in den Stromkreis einzu- bringen, sondern auf Messmittel  nach dem Stromzangenprinzip  zurückzugreifen. Auf diese Weise  können Ströme ohne Eingriff  in den Stromkreis und somit  gefahrlos gemessen werden.  Strommessungen ohne Eingriff  in den Stromkreis weisen ein  deutlich niedrigeres Gefahrenpo- tenzial für den Ausführenden auf  als Strommessungen, bei denen  das Messgerät in den Strom- kreis eingebracht wird. In einem  Umfeld mit Wechsel- und/oder  Gleichströmen hoher Energie stel- len Strommessungen, bei denen  das Messgerät in den Stromkreis  eingebracht wird, hinsichtlich  Arbeitsschutz keine angemessene  Arbeitsweise dar. Für gefahrlose  Strommessungen können heute  besser Stromzangen, die an  Multimeter angeschlossen werden  können, oder Strommesszangen  verwendet werden. Fall Sie in Bereichen mit Wechsel-  und/oder Gleichströmen hoher  Energie tätig sind und Stromstärken  messen müssen, sollten Sie ein  Multimeter ohne Eingang für hohe  Ströme in Betracht ziehen. Schließlich  stehen vielseitige Möglichkeiten für  die Strommessung zur Verfügung,  durch die sich Fehlersuche und  Prüfabläufe deutlich gefahrloser  gestalten lassen als bei Messungen  mit in den Stromkreis eingebrachten  Messmitteln.