Viele elektrische Probleme treten nicht dauerhaft auf. Eine Maschine schaltet nur gelegentlich wegen Unterspannung ab, ein Kompressor verursacht morgens eine auffällige Lastspitze oder der Energieverbrauch steigt außerhalb der Produktionszeiten unerwartet an. Eine Momentanmessung mit Multimeter oder Stromzange zeigt in solchen Fällen häufig unauffällige Werte.
Strom- und Spannungsdatenlogger erfassen elektrische Messgrößen über Stunden, Tage oder Wochen. Dadurch werden zeitliche Zusammenhänge sichtbar: Wann steigt der Strom? Fällt gleichzeitig die Spannung? Welche Lasten laufen nachts weiter? Wie lange dauert ein Anlaufvorgang und tritt die Störung immer zur gleichen Uhrzeit auf?
Für belastbare Ergebnisse muss das Messgerät jedoch zur Aufgabe passen. Ein einfacher Stromlogger eignet sich gut für Betriebszustände und längerfristige Lastverläufe. Für genaue Energieverbräuche, dreiphasige Leistungen, sehr kurze Spannungseinbrüche oder Netzqualitätsereignisse ist dagegen ein Leistungs-, Energie- oder Netzanalysator erforderlich.
Inhaltsverzeichnis
- Wann ist eine Langzeitaufzeichnung sinnvoll?
- Welche Messgrößen können aufgezeichnet werden?
- Warum TRMS bei verzerrten Signalen wichtig ist
- Lastprofile mit einem Stromlogger erfassen
- Stromaufnahme und Energieverbrauch unterscheiden
- Spannungseinbrüche richtig aufzeichnen
- Anlaufströme und Lastsprünge erkennen
- Ein- und dreiphasige Systeme messen
- Stromwandler und Stromzangen auswählen
- Messintervall, Abtastrate und Aggregation unterscheiden
- Messdauer, Speicher und Stromversorgung planen
- Sichere Installation im Schaltschrank
- Messdaten systematisch auswerten
- Zeitstempel, Datenexport und Dokumentation
- Datenlogger oder Netzanalysator?
- Empfohlene Messstrategie
- Typische Mess- und Auswahlfehler
- Praxisbeispiel: Sporadische Unterspannung beim Maschinenstart
- Benötigte Angaben für die Geräteauswahl
- Welche Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Wann ist eine Langzeitaufzeichnung sinnvoll?
Ein Datenlogger ist sinnvoll, wenn der relevante Betriebszustand nicht gezielt während einer kurzen Messung erzeugt werden kann oder wenn ein zeitlicher Verlauf bewertet werden soll.
Typische Aufgaben sind:
- Lastprofile von Maschinen und Unterverteilungen erfassen,
- Grundlast während Pausen, nachts oder am Wochenende bestimmen,
- sporadische Überlastungen erkennen,
- Spannungsschwankungen mit Maschinenstörungen vergleichen,
- Stromaufnahme von Pumpen, Motoren und Kompressoren überwachen,
- Schalt- und Anlaufvorgänge zeitlich dokumentieren,
- Verbrauch vor und nach einer Effizienzmaßnahme vergleichen,
- Belege für eine vermutete Versorgungsstörung sammeln,
- mehrere Betriebszustände oder Produktionsschichten vergleichen.
Eine Langzeitmessung ersetzt nicht die fachliche Fehleranalyse. Sie liefert jedoch den zeitlichen Nachweis, der bei sporadischen Problemen häufig fehlt.
Welche Messgrößen können aufgezeichnet werden?
Je nach Geräteart werden unterschiedliche elektrische Größen gespeichert.
| Geräteart | Typische Messgrößen | Geeignete Aufgabe |
|---|---|---|
| Stromdatenlogger | AC-Strom, teilweise Min./Max.-Werte und Mittelwerte | Lastzustände, Betriebszeiten und Überlastungen erkennen |
| Spannungsdatenlogger | AC- oder DC-Spannung über der Zeit | Versorgungsspannung, Batterien, PV-Anlagen und längere Spannungsschwankungen überwachen |
| Leistungs- und Energierecorder | Spannung, Strom, Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie Energie | Lastprofile und Energieverbrauch bewerten |
| Netzqualitätsanalysator | Zusätzlich Frequenz, THD, Oberschwingungen, Flicker, Unsymmetrie und Ereignisse | Netzstörungen und Spannungsqualität untersuchen |
Vor der Auswahl muss daher zuerst die eigentliche Frage geklärt werden. Soll lediglich festgestellt werden, wann ein Motor läuft, kann ein Stromlogger ausreichen. Soll der elektrische Energieverbrauch in kWh bestimmt werden, müssen Spannung, Strom, Zeit und bei Wechselstrom die Phasenbeziehung berücksichtigt werden.
Warum TRMS bei verzerrten Signalen wichtig ist
TRMS steht für True Root Mean Square beziehungsweise den echten Effektivwert. Ein TRMS-Messgerät berechnet den Effektivwert auch bei nicht ideal sinusförmigen Signalen.
Das ist besonders wichtig bei:
- Frequenzumrichtern,
- Schaltnetzteilen,
- LED-Beleuchtung,
- Schweißanlagen,
- geregelten Heizungen,
- USV-Systemen,
- nichtlinearen elektronischen Verbrauchern.
Ein einfach mittelwertbildendes Messgerät kann bei verzerrten Strömen oder Spannungen deutlich abweichende Werte anzeigen. Für eine Last- oder Energieanalyse sollte deshalb geprüft werden, ob Logger und Stromsensor für die vorhandene Signalform, Frequenz und den zu erwartenden Scheitelfaktor geeignet sind.
TRMS allein bedeutet jedoch noch keine Netzqualitätsanalyse. Das Gerät kann einen korrekten Gesamteffektivwert anzeigen, ohne die einzelnen Oberschwingungen oder sehr kurzen Transienten aufzulösen.
Lastprofile mit einem Stromlogger erfassen
Ein Stromlogger zeichnet den Strom über der Zeit auf. Daraus lässt sich erkennen, wann ein Verbraucher aktiv ist und wie sich seine Belastung verändert.
Typische Merkmale eines Stromverlaufs sind:
- Maschinenstart und Maschinenstopp,
- Leerlauf, Teillast und Volllast,
- wiederkehrende Produktionszyklen,
- Kompressor- oder Pumpenlaufzeiten,
- ungewöhnliche Dauerlast,
- Lastspitzen bei gleichzeitig startenden Verbrauchern,
- abweichende Phasenbelastung.
Ein Stromprofil kann bereits wertvolle Hinweise für Instandhaltung und Energieeffizienz geben. Steigt beispielsweise der Motorstrom über mehrere Wochen, können eine zunehmende mechanische Last, verschmutzte Filter, schwergängige Lager oder veränderte Prozessbedingungen die Ursache sein.
Aus dem Stromwert allein darf jedoch nicht ohne Weiteres auf die genaue Wirkleistung geschlossen werden. Spannung, Leistungsfaktor und Signalform können sich ebenfalls verändern.
Stromaufnahme und Energieverbrauch unterscheiden
Strom, Leistung und Energie beschreiben unterschiedliche Größen:
- Strom in A: momentane elektrische Stromaufnahme,
- Leistung in kW: momentaner Energiebedarf,
- Energie in kWh: über einen Zeitraum verbrauchte elektrische Arbeit.
Bei einer ohmschen einphasigen Last kann die Leistung vereinfacht aus Spannung und Strom berechnet werden. Bei Motoren, Frequenzumrichtern und anderen komplexen Verbrauchern muss zusätzlich der Leistungsfaktor berücksichtigt werden.
Im dreiphasigen Netz ist außerdem die korrekte Zuordnung der Spannungs- und Stromkanäle erforderlich. Eine reine Stromaufzeichnung kann deshalb ein Lastprofil darstellen, aber keine belastbare Energieabrechnung ersetzen.
Für eine genaue Energieanalyse sollte ein Leistungs- oder Energierecorder verwendet werden, der Spannung und Strom zeitgleich misst und daraus Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie Energie berechnet.
Spannungseinbrüche richtig aufzeichnen
Ein Spannungseinbruch ist eine zeitlich begrenzte Absenkung der Versorgungsspannung. Mögliche Ursachen sind:
- Start großer Motoren oder Kompressoren,
- hohe Lastsprünge,
- Kurzschlüsse oder Fehler im Netz,
- Netzumschaltungen,
- Schweißanlagen,
- schwache oder lange Zuleitungen,
- Störungen in der vorgelagerten Versorgung.
Die Auswirkung hängt nicht nur von der verbleibenden Spannung ab, sondern auch von der Dauer des Einbruchs. Ein sehr kurzes Ereignis kann bereits ausreichen, damit ein Schütz abfällt, ein Frequenzumrichter eine Unterspannungsmeldung erzeugt oder eine SPS neu startet.
Ein normaler Langzeitlogger mit einem gespeicherten Wert pro Sekunde kann länger andauernde Spannungsabweichungen erkennen. Ein Einbruch von nur wenigen Netzperioden kann jedoch zwischen zwei Messwerten liegen oder durch Mittelwertbildung abgeschwächt werden.
Für die Auswahl ist daher zu klären:
- Wie kurz kann das vermutete Ereignis sein?
- Werden Momentan-, Mittel-, Minimal- oder Maximalwerte gespeichert?
- Besitzt das Gerät eine ereignisgesteuerte Aufzeichnung?
- Können Tiefe und Dauer des Einbruchs bestimmt werden?
- Müssen mehrere Phasen gleichzeitig überwacht werden?
Bei kurzen oder normativ zu bewertenden Netzereignissen ist ein Netzqualitätsanalysator mit geeigneter Ereignisaufzeichnung erforderlich.
Anlaufströme und Lastsprünge erkennen
Motoren, Transformatoren, Netzteile und Heizungen können beim Einschalten deutlich höhere Ströme aufnehmen als im späteren Dauerbetrieb.
Für eine aussagekräftige Messung muss zwischen zwei Aufgaben unterschieden werden:
- Lastprofil: Wann startet der Verbraucher und wie lange läuft er?
- Inrush-Messung: Wie hoch ist der kurze Einschaltstrom unmittelbar nach dem Einschalten?
Ein Logger mit einer Messung pro Sekunde kann einen mehrere Sekunden dauernden Motorhochlauf darstellen. Einen sehr kurzen Stromstoß von wenigen Millisekunden kann er dagegen nicht zuverlässig erfassen.
Bei Anlaufproblemen sollten Strom und Spannung möglichst gleichzeitig aufgezeichnet werden. Ein hoher Anlaufstrom kann die Spannung absenken. Die niedrige Spannung verlängert wiederum den Hochlauf, wodurch der erhöhte Strom länger wirkt.
Für sehr kurze Einschaltvorgänge ist ein Gerät mit Inrush-Funktion oder entsprechend schneller Aufzeichnung erforderlich.
Ein- und dreiphasige Systeme messen
Einphasige Verbraucher
Bei einem einphasigen Verbraucher werden für eine vollständige Leistungsmessung normalerweise die Spannung zwischen Phase und Neutralleiter sowie der Strom im Außenleiter erfasst.
Der Stromsensor darf nicht gleichzeitig Phase und Neutralleiter umfassen. Die entgegengesetzten Ströme würden sich magnetisch weitgehend aufheben.
Dreiphasige Verbraucher
Bei einem dreiphasigen System hängt der erforderliche Messaufbau von Netzform, Symmetrie und gewünschter Auswertung ab.
Für eine vollständige dreiphasige Analyse werden typischerweise benötigt:
- Spannung L1, L2 und L3,
- gegebenenfalls Neutralleiterspannung,
- Strom I1, I2 und I3,
- gegebenenfalls Neutralleiterstrom,
- korrekte Zuordnung jedes Stromkanals zur jeweiligen Spannung,
- korrekte Stromrichtung der Sensoren.
Wird beispielsweise der Strom von L1 mit der Spannung von L2 verrechnet, können Leistung und Leistungsfaktor falsch berechnet werden. Ein falsch herum montierter Stromsensor kann eine negative Wirkleistung anzeigen.
Ein zweikanaliger Stromlogger kann zwei Stromkreise vergleichen, ersetzt aber keine vollständige dreiphasige Leistungsanalyse mit drei oder vier Strom- und Spannungskanälen.
Stromwandler und Stromzangen auswählen
Der Stromsensor ist ein wesentlicher Bestandteil der Messkette. Sein Messbereich, Messprinzip und mechanischer Aufbau müssen zur Anlage passen.
| Sensorart | Vorteil | Zu beachten |
|---|---|---|
| Feste Stromzange | Einfache Montage und gute Eignung für viele Standardleiter | Zangenöffnung und Zugänglichkeit prüfen |
| Flexible Rogowski-Spule | Geeignet für große Leiter, Stromschienen und enge Schaltschränke | Misst grundsätzlich Wechselstrom und benötigt eine passende Auswertung |
| Hall-Effekt-Stromzange | Je nach Modell AC- und DC-Messung | Nullpunkt, Versorgung und Messbereich beachten |
| Teilbarer Stromwandler | Nachrüstung ohne Auftrennen des Primärleiters | Übersetzungsverhältnis und nachgeschaltetes Messgerät müssen zusammenpassen |
Ein zu groß gewählter Messbereich kann bei kleinen Betriebsströmen zu einer schlechteren Auflösung führen. Ein zu kleiner Bereich kann bei Anlauf- oder Spitzenströmen übersteuert werden.
Bei der Montage gilt:
- nur den vorgesehenen einzelnen Leiter umfassen,
- Stromrichtung beziehungsweise Pfeil beachten,
- Zange oder Spule vollständig schließen,
- Sensor nicht quetschen oder stark verdrehen,
- Zuordnung zum Messkanal dokumentieren,
- zulässige Messkategorie und Spannung zum Erdpotenzial beachten.
Passende Lösungen finden sich in der Kategorie Stromzangen / Flexible Stromwandler.
Messintervall, Abtastrate und Aggregation unterscheiden
Die Begriffe Messrate, Speicherintervall und Aggregation werden häufig verwechselt.
- Abtast- oder Erfassungsrate: Wie oft das Gerät intern einen Messwert bestimmt.
- Speicherintervall: Wie häufig ein Wert dauerhaft gespeichert wird.
- Aggregation: Zusammenfassung mehrerer Messwerte zu einem Mittel-, Minimal- oder Maximalwert.
Ein Gerät kann beispielsweise jede Sekunde messen, aber nur alle 15 Minuten einen Mittelwert speichern. Damit entsteht ein übersichtliches Langzeitprofil, kurze Lastspitzen sind im Mittelwert jedoch kaum sichtbar.
| Messaufgabe | Sinnvolle Aufzeichnung | Hinweis |
|---|---|---|
| Grundlast über mehrere Wochen | Minutenwerte oder 15-Minuten-Aggregation | Schicht- und Wochenendverläufe stehen im Vordergrund |
| Maschinenzyklen | Eine Sekunde oder schneller | Intervall muss kürzer als der relevante Zyklus sein |
| Motorhochlauf über mehrere Sekunden | Hohe zeitliche Auflösung | Strom und Spannung möglichst gemeinsam erfassen |
| Sehr kurzer Einschaltstrom | Inrush- oder schnelle Ereignisfunktion | Normaler Langzeitlogger kann zu langsam sein |
| Kurzer Spannungseinbruch | Ereignisaufzeichnung mit geeigneter Abtastrate | Tiefe und Dauer müssen erfasst werden |
Das Intervall sollte so kurz wie nötig, aber nicht pauschal so kurz wie technisch möglich gewählt werden. Eine unnötig hohe Datenmenge erschwert die Auswertung und belastet Speicher und Energieversorgung.
Messdauer, Speicher und Stromversorgung planen
Die Messdauer sollte mindestens einen vollständigen repräsentativen Betriebszyklus umfassen.
Je nach Fragestellung kann dies bedeuten:
- mehrere Maschinenzyklen,
- eine vollständige Schicht,
- Tag- und Nachtbetrieb,
- eine komplette Arbeitswoche,
- Wochenende und Produktionsstillstand,
- einen saisonalen oder monatlichen Betriebsabschnitt.
Vor Beginn der Messung sind zu prüfen:
- Anzahl der Kanäle,
- Erfassungs- und Speicherintervall,
- verfügbarer Speicher,
- Batterielaufzeit,
- mögliche Versorgung über USB oder Netz,
- Verhalten bei einem Stromausfall,
- automatischer oder manueller Start,
- korrekte Uhrzeit.
Eine Messkampagne darf nicht allein anhand der theoretischen Speicherkapazität geplant werden. Auch Batterien, drahtlose Kommunikation, Umgebungstemperatur und Displaybetrieb beeinflussen die mögliche Aufzeichnungsdauer.
Sichere Installation im Schaltschrank
Messungen an Niederspannungsverteilungen können gefährliche Berührungsspannungen und hohe Kurzschlussenergien beinhalten. Installation und Demontage dürfen nur durch entsprechend qualifizierte Personen und nach dem für die Anlage festgelegten Verfahren erfolgen.
Zu beachten sind insbesondere:
- Messkategorie und maximale Spannung des Geräts,
- geeignete und unbeschädigte Messleitungen,
- abgesicherte Spannungseingänge,
- persönliche Schutzausrüstung,
- Berührungsschutz nach dem Einbau,
- sichere Befestigung des Loggers,
- keine losen Leitungen in der Nähe beweglicher oder heißer Teile,
- ausreichender Abstand zu blanken aktiven Teilen,
- sichere Durchführung der Schaltschranktür oder vollständig geschlossene Tür.
Flexible Stromsensoren erleichtern die Nachrüstung, beseitigen aber nicht die elektrischen Gefahren im Schaltschrank. Auch eine berührungslose Strommessung kann das Öffnen einer aktiven Verteilung erforderlich machen.
Messdaten systematisch auswerten
Eine lange Kurve ist erst dann hilfreich, wenn sie mit den Betriebsabläufen verglichen wird.
Bei der Auswertung sollten mindestens betrachtet werden:
- Zeitpunkt von Maximal- und Minimalwerten,
- Grundlast in produktionsfreien Zeiten,
- Unterschiede zwischen Schichten und Wochentagen,
- wiederkehrende Lastzyklen,
- gleichzeitige Stromspitzen mehrerer Verbraucher,
- Zusammenhang zwischen Spannungseinbruch und Lastanstieg,
- Abweichungen zwischen vergleichbaren Maschinen,
- Veränderungen vor und nach einer Wartung.
Hilfreich ist der Abgleich mit:
- Maschinen- und SPS-Protokollen,
- Schichtplänen,
- Störmeldungen,
- Produktionsdaten,
- Wartungsarbeiten,
- Kompressor- oder Pumpensteuerungen,
- Energiezählerständen.
Ein hoher Stromwert ist nicht automatisch ein Fehler. Er kann durch eine höhere reale Prozesslast verursacht werden. Ebenso beweist ein zeitgleich auftretender Spannungseinbruch noch nicht, dass dieser die Störung verursacht hat. Die Messwerte müssen technisch plausibilisiert werden.
Zeitstempel, Datenexport und Dokumentation
Für die spätere Auswertung sind genaue Zeitstempel besonders wichtig. Bereits eine Abweichung von einigen Minuten kann den Vergleich mit Maschinenmeldungen erschweren.
Vor dem Start sollten daher Datum, Uhrzeit und Zeitzone geprüft werden. Bei mehreren Loggern müssen alle Geräte möglichst synchron laufen.
Eine nachvollziehbare Dokumentation enthält:
- Messaufgabe und vermutetes Fehlerbild,
- Messgerät und Seriennummer,
- verwendete Stromsensoren und Messbereiche,
- Netzform,
- Anschlussplan und Kanalzuordnung,
- Messintervall und Aggregation,
- Start- und Endzeit,
- Betriebszustand der Anlage,
- besondere Ereignisse während der Messung,
- exportierte Rohdaten und Auswertebericht.
CSV-Dateien eignen sich gut für weitere Auswertungen in Tabellen- oder Analysesoftware. Für einen vollständigen Prüfbericht sollten jedoch auch Geräteeinstellungen und Anschlussbedingungen gespeichert werden.
Datenlogger oder Netzanalysator?
| Anforderung | Geeignetes Gerät |
|---|---|
| Laufzeit eines einzelnen Verbrauchers erkennen | Einkanaliger Stromlogger |
| Zwei Stromkreise miteinander vergleichen | Zweikanaliger Stromlogger |
| AC- oder DC-Spannung über längere Zeit beobachten | Spannungsdatenlogger |
| Wirkleistung und Energieverbrauch erfassen | Leistungs- und Energierecorder |
| Dreiphasige Lastprofile messen | Dreiphasiger Leistungs- und Energierecorder |
| Oberschwingungen und THD bewerten | Netz- oder Leistungsanalysator |
| Kurze Spannungseinbrüche und Unterbrechungen erfassen | Netzqualitätsanalysator mit Ereignisaufzeichnung |
| Sehr kurze Transienten untersuchen | Geeigneter Netzqualitätsanalysator oder Oszilloskop |
Die einfachste Geräteausführung ist wirtschaftlich sinnvoll, wenn sie die gestellte Frage sicher beantworten kann. Ein komplexer Netzanalysator ist nicht für jede Betriebsstundenaufzeichnung erforderlich. Umgekehrt darf ein einfacher Langzeitlogger nicht für Ereignisse eingesetzt werden, die schneller sind als seine Erfassung.
Empfohlene Messstrategie
- Fehlerbild definieren: Lastprofil, Energieverbrauch, Spannungseinbruch oder Anlaufstrom eindeutig unterscheiden.
- Erforderliche Messgrößen festlegen: Nur Strom oder zusätzlich Spannung, Leistung und Netzqualität?
- Zeitraum bestimmen: Der relevante Betriebszustand muss sicher enthalten sein.
- Gerät und Sensoren auswählen: Messbereich, Kanalzahl, Messkategorie und Signalform berücksichtigen.
- Messintervall festlegen: Schneller als der kürzeste relevante Vorgang wählen.
- Anschluss planen: Netzform, Phasenzuordnung und Stromrichtung dokumentieren.
- Plausibilitätsprüfung durchführen: Momentanwerte vor dem Start mit bekannten Anlagenwerten vergleichen.
- Aufzeichnung starten: Uhrzeit, Speicher und Stromversorgung kontrollieren.
- Betriebsereignisse dokumentieren: Maschinenstarts, Störungen und Wartungen zeitlich festhalten.
- Daten auswerten: Strom, Spannung und Anlagenzustand gemeinsam betrachten.
- Maßnahme prüfen: Nach einer Änderung eine Vergleichsmessung durchführen.
Typische Mess- und Auswahlfehler
Ein Stromlogger wird zur genauen Energiemessung verwendet
Spannung, Leistungsfaktor und Phasenlage bleiben unberücksichtigt. Das Ergebnis ist höchstens eine Näherung.
Das Messintervall ist zu lang
Kurze Maschinenstarts, Spannungseinbrüche oder Stromspitzen liegen zwischen den gespeicherten Werten.
Nur Mittelwerte werden gespeichert
Kurze Minimal- und Maximalwerte werden durch die Aggregation verdeckt.
Ein zu großer Strommessbereich wird gewählt
Kleine Veränderungen im normalen Betriebsbereich werden nur unzureichend aufgelöst.
Phase und Neutralleiter werden gemeinsam umfasst
Die Magnetfelder heben sich weitgehend auf und der angezeigte Strom ist viel zu niedrig.
Stromsensoren sind falsch zugeordnet
Bei dreiphasiger Leistungsmessung werden Strom und Spannung unterschiedlicher Phasen miteinander verrechnet.
Die Stromrichtung ist falsch
Die berechnete Wirkleistung erscheint negativ, obwohl die Anlage Energie bezieht.
Die Uhrzeit des Loggers ist falsch
Messwerte lassen sich nicht zuverlässig mit Maschinen- und Störmeldungen vergleichen.
Der Logger wird im Schaltschrank lose abgelegt
Leitungen können sich lösen, die Tür schließt nicht sicher oder das Gerät gerät in die Nähe aktiver Teile.
Ein einfacher Spannungslogger soll sehr kurze Einbrüche erfassen
Das Ereignis ist schneller als Messrate oder Speicherintervall und bleibt unsichtbar.
Praxisbeispiel: Sporadische Unterspannung beim Maschinenstart
Eine Produktionsmaschine meldet unregelmäßig eine Unterspannung am Frequenzumrichter. Während normaler Kontrollmessungen liegt die Versorgung stabil bei etwa 400 V. Der Fehler tritt nur einige Male pro Woche auf.
Zunächst wird vermutet, dass ein großer Motor in derselben Unterverteilung den Spannungseinbruch verursacht. Für die Untersuchung werden Strom und Spannung über mehrere Produktionstage gleichzeitig aufgezeichnet.
Die Messung erfasst:
- die drei Außenleiterspannungen,
- die drei Phasenströme der verdächtigen Maschine,
- Zeitpunkt und Dauer der Maschinenstarts,
- Störmeldungen des Frequenzumrichters.
Bei der Auswertung zeigt sich ein wiederkehrender Zusammenhang:
- Ein großer Kompressor startet.
- Der Gesamtstrom der Unterverteilung steigt stark an.
- Die Spannung fällt für kurze Zeit deutlich ab.
- Der Frequenzumrichter der Produktionsmaschine meldet Unterspannung.
Zusätzlich wird festgestellt, dass der Kompressor und eine Absauganlage häufig gleichzeitig starten. Durch eine zeitlich versetzte Startfreigabe wird die gemeinsame Lastspitze reduziert.
Eine anschließende Vergleichsmessung zeigt einen geringeren Spannungseinbruch. Die Unterspannungsmeldung tritt im beobachteten Zeitraum nicht erneut auf.
Das Beispiel zeigt gleichzeitig die Grenzen eines reinen Stromloggers: Der Stromverlauf hätte den Lastsprung sichtbar gemacht, aber nicht bewiesen, dass dabei die Versorgungsspannung tatsächlich einbricht.
Benötigte Angaben für die Geräteauswahl
Für die Auswahl eines Strom- oder Spannungsdatenloggers werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- Messaufgabe: Lastprofil, Energieverbrauch, Spannungseinbruch oder Anlaufstrom,
- AC oder DC,
- einphasiges oder dreiphasiges Netz,
- Nennspannung und maximal mögliche Spannung,
- normaler Strom und möglicher Spitzenstrom,
- Anzahl der benötigten Kanäle,
- Leiterdurchmesser oder Abmessungen der Stromschiene,
- gewünschte Messdauer,
- kürzestes relevantes Ereignis,
- erforderliches Mess- und Speicherintervall,
- TRMS-Anforderung und vorhandene Signalform,
- Min./Max.- oder Ereignisaufzeichnung,
- benötigte Leistungs-, Energie- oder Netzqualitätswerte,
- Messkategorie und Einsatzort,
- USB-, WLAN- oder Fernzugriff,
- Datenexport und Berichtserstellung,
- Batterie- oder externe Versorgung.
Eine aussagekräftige Anfrage könnte beispielsweise lauten:
Temporäre Langzeitmessung an einer dreiphasigen 400-V-Unterverteilung, Ströme bis 800 A AC, flexible Stromsensoren für große Stromschienen, Aufzeichnung von Spannung, Strom, Wirk- und Scheinleistung sowie Energie über sieben Tage, Messintervall maximal eine Sekunde, zusätzliche Erkennung von Spannungseinbrüchen und Datenexport zur Auswertung am PC.
Welche Produkte eignen sich?
Strom- und Spannungsdatenlogger
Die Kategorie Strom und Spannung (Datenlogger) umfasst Geräte für zeitlich begrenzte und längerfristige Aufzeichnungen elektrischer Messgrößen.
Je nach Ausführung stehen zur Verfügung:
- ein- und mehrkanalige Stromlogger,
- AC- und DC-Spannungslogger,
- Leistungs- und Energierecorder,
- Logger mit flexiblen Stromwandlern,
- USB-, WLAN- und Fernzugriff,
- Software für Analyse und Berichtserstellung.
LOGGER L411 Stromdatenlogger
Der LOGGER L411 ist ein einkanaliger Stromdatenlogger für langfristige AC-Stromaufzeichnungen.
Wesentliche Eigenschaften sind:
- ein Strommesskanal,
- Messbereiche bis 3.000 A AC abhängig von der Ausführung,
- Erfassung mit bis zu einem Messwert pro Sekunde,
- Aggregation von 1 bis 60 Minuten,
- 8 GB Speicher,
- USB- und WLAN-Kommunikation,
- Software zur Analyse und Berichtserstellung,
- elektrische Sicherheit bis 600 V CAT IV beziehungsweise 1.000 V CAT III.
Der L411 eignet sich besonders zur Überwachung einzelner Verbraucher, Leitungen oder Maschinen über längere Zeiträume.
LOGGER L412 Stromdatenlogger
Der LOGGER L412 besitzt zwei Strommesskanäle.
Damit können beispielsweise:
- zwei Verbraucher miteinander verglichen,
- Ein- und Ausgang eines Anlagenteils überwacht,
- zwei Phasen oder Stromkreise gleichzeitig aufgezeichnet,
- Haupt- und Nebenverbraucher zeitlich gegenübergestellt
werden.
Der Strommessbereich hängt vom gewählten Stromsensor ab. Das Gerät erfasst bis zu einen Messwert pro Sekunde und unterstützt ebenfalls Aggregationszeiten von 1 bis 60 Minuten.
LOGGER L461 Spannungsdatenlogger
Der LOGGER L461 ist ein einkanaliger Spannungsdatenlogger für AC- und DC-Anwendungen.
Zu seinen Eigenschaften gehören:
- Messung von 10 bis 1.200 V AC,
- Messung von 10 bis 1.700 V DC,
- Eignung für Photovoltaikanwendungen bis 1.500 V DC Nennspannung,
- Erfassung mit bis zu einem Messwert pro Sekunde,
- Aggregation von 1 bis 60 Minuten,
- USB-, WLAN- und Webserver-Kommunikation,
- 8 GB Speicher.
Der L461 eignet sich für Langzeitverläufe und länger andauernde Spannungsabweichungen. Für sehr kurze Spannungseinbrüche muss geprüft werden, ob seine zeitliche Auflösung für das erwartete Ereignis ausreicht.
PQA 820 Leistungs- und Netzanalysator
Der PQA 820 eignet sich für umfassendere ein- und dreiphasige Leistungs-, Energie- und Netzanalysen.
Das Gerät bietet unter anderem:
- vier Stromkanäle,
- vier Spannungseingänge,
- TRMS-Messung von Strom und Spannung,
- Wirk-, Blind- und Scheinleistungsmessung,
- Wirk-, Blind- und Scheinenergiemessung,
- Messung von Leistungsfaktor und Frequenz,
- THD- und Oberschwingungsanalyse bis zur 50. Ordnung,
- USB- und WLAN-Kommunikation,
- Einsatz in einphasigen und dreiphasigen Netzen.
Der PQA 820 ist sinnvoll, wenn ein einfacher Strom- oder Spannungsverlauf nicht ausreicht und Leistung, Energie, Phasenzuordnung oder Oberschwingungen gemeinsam bewertet werden sollen.
Fazit: Die zeitliche Auflösung muss zum Fehler passen
Strom- und Spannungsdatenlogger machen elektrische Zustände sichtbar, die bei einer kurzen Momentanmessung unentdeckt bleiben. Sie eignen sich für Lastprofile, Betriebszeiten, Grundlasten, längerfristige Spannungsschwankungen und die Analyse sporadischer Anlagenprobleme.
Ein Stromlogger zeigt, wann und wie stark ein Verbraucher belastet wird. Für die genaue Bestimmung von Wirkleistung und Energieverbrauch müssen jedoch Spannung, Strom und Phasenbeziehung gemeinsam erfasst werden.
Entscheidend ist die zeitliche Auflösung. Ein Messwert pro Sekunde kann Maschinenzyklen und längere Startvorgänge erfassen, aber sehr kurze Spannungseinbrüche oder Einschaltströme verpassen. Für solche Ereignisse sind schnelle oder ereignisgesteuerte Messgeräte erforderlich.
Bei dreiphasigen Messungen müssen Netzform, Phasenzuordnung und Stromrichtung korrekt eingestellt sein. Fehler an dieser Stelle können trotz plausibler Einzelwerte zu falschen Leistungs- und Energiedaten führen.
Der beste Messaufbau ist deshalb nicht automatisch der mit der größten Datenmenge, sondern derjenige, der Messgröße, Kanalzahl, Messbereich, Zeitauflösung und Messdauer exakt an die zu beantwortende Frage anpasst.
Häufige Fragen zu Strom- und Spannungsdatenloggern
Was zeigt ein Stromdatenlogger?
Er zeichnet die Stromaufnahme über der Zeit auf. Dadurch werden Betriebszeiten, Lastwechsel, Überlastungen und wiederkehrende Maschinenzyklen sichtbar.
Kann ich mit einem Stromlogger den Energieverbrauch in kWh messen?
Nicht genau, wenn nur der Strom erfasst wird. Für eine korrekte Energiemessung müssen zusätzlich Spannung, Leistungsfaktor beziehungsweise Phasenlage und Zeit berücksichtigt werden.
Wie erkenne ich einen Spannungseinbruch?
Die Spannung muss mit ausreichender zeitlicher Auflösung aufgezeichnet werden. Für sehr kurze Einbrüche ist ein Gerät mit Ereignisaufzeichnung oder ein Netzqualitätsanalysator erforderlich.
Reicht ein Messwert pro Sekunde für einen Motorstart?
Für einen mehrere Sekunden dauernden Hochlauf kann dies ausreichend sein. Sehr kurze Einschaltstromspitzen werden damit jedoch möglicherweise nicht erfasst.
Kann eine Rogowski-Spule Gleichstrom messen?
Nein. Eine klassische Rogowski-Spule reagiert auf zeitlich veränderliche Ströme und eignet sich daher für Wechselstrom. Für Gleichstrom ist beispielsweise ein geeigneter Hall-Effekt-Sensor erforderlich.
Warum muss die Stromzange nur einen Leiter umfassen?
Werden Hin- und Rückleiter gemeinsam umfasst, erzeugen sie entgegengesetzte Magnetfelder. Der angezeigte Strom ist dadurch stark reduziert oder nahezu null.
Wie lange sollte ein Lastprofil aufgezeichnet werden?
Die Messung sollte mindestens einen vollständigen repräsentativen Betriebszyklus umfassen. Für Schicht-, Nacht- und Wochenendverläufe ist häufig eine vollständige Woche sinnvoll.
Wann brauche ich einen Netzanalysator statt eines Datenloggers?
Ein Netzanalysator ist erforderlich, wenn zusätzlich Oberschwingungen, THD, Flicker, Unsymmetrie, kurze Spannungseinbrüche oder andere Netzqualitätsereignisse bewertet werden sollen.
Kann ein zweikanaliger Stromlogger ein Drehstromsystem vollständig analysieren?
Nein. Er kann zwei Ströme vergleichen, erfasst aber nicht automatisch alle drei Phasen, Spannungen, Phasenwinkel und Leistungswerte eines Drehstromsystems.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden Messaufgabe, Netzart, AC oder DC, Spannung, normaler und maximaler Strom, Kanalzahl, Leiterabmessungen, Messdauer, kürzestes relevantes Ereignis, erforderliche Zeitauflösung, Messkategorie, Stromsensorbauform und gewünschte Auswertung.