Stromsensor
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Stromsensoren sind elektrische Bauelemente, mit denen die Stromstärke in Kabeln und Stromschienen galvanisch getrennt (berührungslos) gemessen werden kann.
Dabei sind reine Wechselstromsensoren und Gleichstromsensoren, die zudem auch Wechselströme messen können, zu unterscheiden.
[Bearbeiten] Wechselstromsensoren (Stromwandler)
Wechselstromsensoren sind relativ einfach aufgebaute Vorrichtungen, bei denen das magnetische Wechselfeld eines von einem Wechselstrom durchflossenen Leiters eine Wechselspannung in einer Spule induziert. Diese Wechselspannung ist dem Strom proportional und stellt das Messignal dar. Bei kleinen Strömen durchfliesst der zu messende Wechselstrom eine Wicklung eines Transformators, an dessen Sekundärwicklung die Messspannung entnommen werden kann. Durch geeignete Wahl von Übertragungsverhältnissen der beteiligten Spulen kann ein großer Messbereich abgedeckt werden, ohne die primäre Stromquelle zu belasten. Bei grösseren Strömen reicht es aus, den stromführenden Leiter durch einen Ringkern zu leiten, der nur eine oder wenige Wicklungen aufweist. An den Klemmen dieser Wicklung kann dann ebenfalls eine ausreichend große Messspannung abgegriffen werden. Es gibt für Wechselströme ausgelegte Stromzangen mit großer Öffnung, die über den Stromleiter "geklappt" werden können. Derartige Stromwandler benötigen alle keine eigene Energie zum Betrieb.
[Bearbeiten] Gleichstromsensoren (Gleichstromtaugliche Allstromsensoren)
Auch bei diesen Sensortypen kommt es nicht zu einem Spannungsabfall, wie es bei einem Shuntwiderstand der Fall ist. Bei sehr kleinen Strömen kann der Stromverbrauch der Stromsensoren allerdings so hoch sein daß diese sich wirtschaftlich nicht eignen. Prinzipiell sind alle Stromsensoren die mit Hallsensoren ausgerüstet sind, temperaturempfindlich und müssen gegebenenfalls temperaturkompensiert werden. Sehr hohe Ströme (auch nur kurzzeitige Einschaltströme) können das eingesetzte Kernmaterial dauerhaft magnetisieren was zu Messfehlern durch Remanenz führt. Prinzipiell sind derartige Sensoren weniger präzise als Verfahren die mit Shunts arbeiten, bei sehr hohen Strömen sind andererseits shunts nur mit Nachteilen verwendbar. So können sehr hohe Ströme durch starke Erwärmung (Dauerüberlastung) die Eigenschaften von Shunt-Widerständen derartig verändern dass es zu einem bleibenden Messfehler kommt.
Zur Gleichstrommessung (sowie begleitender Wechselströme) werden zwei Verfahren benutzt, die beide im Betrieb selbst etwas Energie verbrauchen:
- direkt abbildende Stromsensoren mit Hallsensor. Hierbei wird ein geschlitzter Ringkern (Ringkern mit Luftspalt) aus einem geeigneten Material benutzt, der entweder den stromführenden Leiter umschliesst oder auf den eine Primärwicklung mit einigen wenigen Windungen aufgebracht wird. Der Sensor selbst ist im Luftspalt untergebracht. Der Luftspalt begrenzt die Flussdichte und ermöglicht Messungen auch bei sehr hohen Strömen. Das Messsignal des Hallsensors ist proportional zum Gleichstrom. Im Bereich um 0 Ampere, bzw bei sehr kleinen Strömen ist die Abbildung nicht exakt linear. Bei sehr kleinen Strömen kann sich das statische Erdmagnetfeld störend bemerkbar machen. Nach diesem Prinzip arbeitet auch die verbreitete Stromzange, die aus aus einem aufklappbarem Ringkern mit sehr großer Öffnung besteht.
- Kompensationswandler besitzen ebenfalls einen geschlitzten Kern, in dem sich der Sensor befindet. Auf dem Kern ist eine Wicklung aufgebracht die von einem Kompensationsstrom durchflossen wird, die von einer externen Schaltung derart erzeugt wird, dass sich am Sensor die Magnetfelder des Messstromes und der Wicklung (Gegenfeld) aufheben. Ein in die Kompensationswicklung eingeschleifter Messwiderstand erzeugt eine dem Strom proportionale Spannung. Kompensationswandler sind präziser, aber auch teurer und verbrauchen mehr Strom für den Betrieb.
Als Detektor für die zur Messung herangezogenen Magnetfelder, dienen meist Hallsensoren.
siehe auch: shunt (Elektrik)
