Stromzange

Aus den Grundlagen der Elektrotechnik ist bekannt, dass Strom immer in Reihe zu einem Verbraucher gemessen werden muss, da sich der maximale Strom durch den kleinsten Widerstand im elektrischen Netzwerk bestimmt. Doch häufig ist es nicht möglich den Stromkreis zur Messung des Stromes mit einem Multimeter aufzutrennen oder der Strom im Wechselstromnetz ist sehr hoch, sodass eine kontaktierende Strommessung nicht möglich ist. Hier kommt eine Stromzange ins Spiel.

Wie misst eine Stromzange den elektrischen Strom?

Um jeden elektrischen Leiter durch den ein Strom fließt breitet sich ein Magnetfeld linear zum fließenden Strom aus. Bei Gleichstrom ist dies ein DC-Magnetfeld und bei Wechselstrom ein Wechselmagnetfeld. Stromzangen machen sich diesen Effekt zu nutzen und messen je nach Stromart den Strom über einen Hallsensor (Gleichstrom) oder über eine Art Trafo (Wechselstrom).

Welche Stromzange sollte verwendet werden?

Die Wahl der Stromzange richtet sich nach verschiedenen Faktoren. Der erste Faktor ist die Art des Stromes. Am weitest verbreitet ist die Stromzange für Wechselstrom. Für Anwendungen bei denen auch Gleichstrom mit Hilfe einer Stromzange gemessen werden soll um zum Beispiel den Strom von einem Anlasser beim KFZ zu messen wird eine Stromzange benötigt, die Gleichstrom messen kann. Häufig messen Stromzangen, welche Gleichstrom messen können auch Wechselstrom.

Eine weitere Frage zur Wahl der richtigen Stromzange ist die Stromstärke. Generell kann man sagen, je höher der Strom, der gemessen werden soll umso größer ist auch die Bauform der Stromzange. Eine besondere Bauart eine Stromzange ist die Rogowski Spule. Diese Art der Stromzange wird häufig für sehr hohe Wechselströme verwendet, da hier extrem große Baugrößen erreicht werden können. Aber auch im Bereich der Messung im Schaltschrank werden flexible Stromzangen häufig verwendet.

Stromzangen werden außerdem häufig auch zur Messung der elektrischen Leistung eingesetzt. Diese besondere Form der Stromzange ist weit verbreitet in der elektrischen Messtechnik. Hier muss folgendes beachtet werden. Die Messung mit Hilfe von einer Stromzange ist immer nur dann möglich, wenn in einem 3-Phasennetz alle Leiter gleich, also symmetrisch, belastet sind. Bei unsymmetrisch belasteten Phasen müssen 3 Stromzangen verwendet werden. Hier bietet PCE Instruments entsprechende Stromzangen mit Leitstungsmessfunktionen.

Eine besondere Messfunktion an einer Stromzange ist die sog. Inrushfunktion. Diese Funktion wird immer dann verwendet, wenn der Anlaufstrom von Maschinen oder Motoren gemessen werden muss. Die Stromzange befindet sich nach der Aktivierung in einer Art Bereitschaftsmodus. Sobald ein Strom durch die Zange erkannt wird, wird dieser mit einer sehr hohen Samplingrate erkannt und auf dem Display angezeigt. Auch wenn der Strom nach dem Einschalten wieder auf einem anderen Level ist.

Weitere Sonderfunktionen wie Spannungsmessung oder auch Widerstandsmessung und Temperaturmessungen komplettieren den Leistungsumfang einer Stromzange.

Eine Stromzange dient der indirekten Messung von elektrischem Strom in stromdurchflossenen Leitern. Im Gegensatz zur direkten Strommessung, welche die Auftrennung des zu untersuchenden Stromkreises erfordert, misst eine Stromzange kontaktlos. Dabei nutzen die Geräte das grundlegende physikalische Prinzip der magnetischen Induktion, bei dem stromführende Leitungen ein messbares elektrisches Feld induzieren. Die kontaktlose Messung birgt mehrere Vorteile. Zum einen können Messungen auch an isolierten Leitern durchgeführt werden, ohne den laufenden Betrieb von elektrischen Geräten und Maschinen unterbrechen zu müssen. Zum anderen verzichtet dieses Verfahren auf die Potentialkopplung von Messgröße und Messsignal, wodurch messtechnische Ungenauigkeiten vermieden werden.

Durch die Ermittlung der Stärke des elektrischen Feldes, das einen elektrischen Wechselstromleiter umgibt, kann die Stromzange sehr präzise Stromstärken von Wechselstrom bestimmen. Eine Stromzange für Gleichstrom bestimmt den Strom mit Hilfe von einem Hallsensor. Dieser misst das magnetische Feld das es um einen Leiter gibt, der mit DC-Strom durchflossen wird. Dazu wird der stromführende Leiter durch einen geblechten, isolierten und teilbaren Kern an der Vorderseite der Stromzange geführt. Moderne Stromzangen übertragen das entstehende Magnetfeld über die Zangen in die elektronischen Schaltungen und Verstärker im Inneren der Stromzange und übersetzten das E-Feld bzw. die Magnetfeldstärke, je nach Einstellung und Ausführung, Gleichstrom bzw. Wechselstrom. Dargestellt wird der Messwert auf der Stromzange in der Regel auf einem LC-Display. Je nach Ausführung und Größe der Stromzange kann dieses Display auf grafische Verläufe visualisieren.

Auf einer Digitalanzeige können die entsprechenden Messwerte dann abgelesen werden. Der Messbereich dieser indirekten und praktischen Messmethode ist allerdings durch zwei Parameter begrenzt. Einerseits sind sehr kleine Ströme mit Stromzangen kaum zu messen, da die induzierten Magnetfelder nicht mehr detektiert werden können. Andererseits begrenzen die für große Ströme notwendigen Leiterquerschnitte sowie die dementsprechend dimensionierten Zangenkerne die Handhabbarkeit dieser Messgeräte. Auch wenn eine Stromzange für besonders kleine Ströme sowie extrem große Leiterquerschnitte und für die Messung an unzugänglichen Stellen nicht das ideale Messgerät ist, genügt das Leistungsspektrum dieses praktischen und schnellen Messinstrumentes einer Vielzahl von Anwendungen.

Beispielhaft hierfür sei die KFZ-Technik genannt. Hier kann mit Hilfe von Stromzangen eine defekte Fahrzeugelektronik untersucht werden, auch bei der Suche nach Leckströmen innerhalb eines Fahrzeuges ist eine Stromzange ein nützlicher Helfer. Von der einfachen privaten Nutzung im Hobbybereich, über die Werkstattnutzung, bis hin zur großtechnischen Analyse und Auswertung von elektrischen Größen durch Techniker und Ingenieure finden diese Geräte somit in vielen Bereichen Anwendung.