Stromwandler am Energiezähler: Polarität, Phasenzuordnung und Übersetzungsverhältnis prüfen

→ Produktkategorie: Energiemanagement

 

Ein dreiphasiger Energiezähler wird über drei externe Stromwandler angeschlossen. Die Ströme auf dem Display sehen zunächst plausibel aus, trotzdem zeigt das Messgerät einen ungewöhnlich schlechten Leistungsfaktor, einzelne Phasen besitzen negative Wirkleistung oder die aufsummierte Energie ist deutlich geringer als erwartet.

Ist der Energiezähler defekt?

Häufig nicht.

Bei Energiemessungen mit Stromwandlern gehören Anschluss- und Parametrierfehler zu den typischen Ursachen für scheinbar falsche Messwerte.

Besonders kritisch sind:

• umgekehrte Stromwandlerrichtung,
• vertauschte Sekundäranschlüsse S1/S2 beziehungsweise k/l,
• Stromwandler der falschen Phase am Zählereingang,
• falsche Zuordnung zwischen Strom- und Spannungsphase,
• falsches Stromwandlerverhältnis im Energiezähler,
• Verwechslung von 1-A- und 5-A-Sekundärstrom,
• ungeeignete beziehungsweise zu hohe Bürde des Stromwandlerkreises.

Das Grundproblem ist einfach:

Ein Energiezähler benötigt nicht nur den richtigen Strombetrag. Er muss auch wissen, zu welcher Spannung dieser Strom gehört und in welcher Richtung beziehungsweise Phasenlage er fließt.

Für eine dreiphasige Energiemessung entsteht deshalb eine Messkette:

Leiter L1/L2/L3 → Stromwandler → Sekundärleitungen → Stromkanäle I1/I2/I3 → Spannungen U1/U2/U3 → Phasenwinkel → Leistungsberechnung → Energiezählung

Schon ein einziger Fehler innerhalb dieser Kette kann dazu führen, dass Stromwerte korrekt aussehen, die daraus berechnete Leistung und Energie jedoch falsch sind.

Messgeräte für diese Anwendungen finden Sie bei ICS Schneider unter Energiemanagement. Passende Messwandler finden Sie unter Strom- und Spannungswandler.

Warum Stromwandler für Energiezähler verwendet werden

Viele Energiezähler können hohe Betriebsströme nicht direkt messen.

Ein Stromwandler reduziert deshalb den Primärstrom proportional auf einen standardisierten Sekundärstrom.

Typische Ausführungen sind beispielsweise:

100 A / 5 A

400 A / 5 A

600 A / 1 A

1000 A / 1 A

Bei einem Stromwandler:

400 A / 5 A

entsprechen 400 A Primärstrom idealisiert 5 A Sekundärstrom.

Bei halbem Primärstrom:

Iprim = 200 A

beträgt der Sekundärstrom entsprechend ungefähr:

Isek = 2,5 A

Der Energiezähler misst den Sekundärstrom und rechnet ihn mit dem eingestellten Wandlerverhältnis auf die Primärseite zurück.

Der Stromwandler überträgt jedoch nicht nur den Betrag des Stromes.

Für die Leistungsberechnung ist auch seine Polarität beziehungsweise Phasenlage entscheidend.

P1/P2, S1/S2 und K/L, k/l richtig verstehen

Bei Stromwandlern kommen unterschiedliche Anschlussbezeichnungen vor.

Häufig finden sich:

IEC-orientierte Bezeichnung	Traditionelle Bezeichnung	Bedeutung
P1	K	Primärseite mit definierter Polaritätszuordnung
P2	L	Gegenüberliegende Primärseite
S1	k	Sekundäranschluss mit Zuordnung zu P1/K
S2	l	Sekundäranschluss mit Zuordnung zu P2/L

Bei einem Aufsteckstromwandler ist die Primärwicklung häufig der durch die Öffnung geführte Leiter beziehungsweise die Stromschiene.

Die Primärrichtung wird dann beispielsweise durch:

• P1/P2,
• K/L,
• einen Richtungspfeil,
• oder eine entsprechende Gehäusemarkierung

gekennzeichnet.

Welche Kennzeichnung verwendet wird, hängt vom konkreten Hersteller und Wandler ab.

Die Anschlusskennzeichnung des jeweiligen Datenblatts beziehungsweise Typenschildes ist deshalb immer maßgeblich.

Typischer Energiefluss

Bei einer Verbrauchsmessung kann die vorgesehene Einbaurichtung beispielsweise sein:

Netz → P1/K → Stromwandler → P2/L → Verbraucher

Auf der Sekundärseite ergibt sich entsprechend die definierte Zuordnung:

S1/k → Strommess-Eingang des Zählers → S2/l

Wird der Stromwandler mechanisch um 180° gedreht oder werden S1 und S2 vertauscht, ändert sich die Polarität des Stromsignals.

Warum die Polarität des Stromwandlers wichtig ist

Für eine reine Stromanzeige spielt die Richtung zunächst scheinbar keine Rolle.

Ein Energiezähler kann beispielsweise weiterhin anzeigen:

I = 120 A

obwohl der zugehörige Stromwandler verpolt angeschlossen ist.

Für die Leistungsberechnung benötigt der Zähler jedoch zusätzlich die Phasenlage zwischen Spannung und Strom.

Vereinfacht gilt für eine einzelne Phase:

P = U · I · cos φ

Dabei ist:

• P = Wirkleistung,
• U = Spannung,
• I = Strom,
• φ = Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom.

Wird die Strompolarität umgekehrt, verändert sich der Stromzeiger elektrisch um:

180°

Aus einem Winkel von beispielsweise:

φ = 20°

kann damit aus Sicht des Messgerätes ungefähr:

φ = 200°

beziehungsweise die entsprechende äquivalente Winkelangabe entstehen.

Der Wirkleistungsanteil ändert dadurch sein Vorzeichen.

Warum ein falsch gepolter Stromwandler negative Leistung erzeugt

Eine häufige Beobachtung bei der Inbetriebnahme lautet:

Strom positiv und plausibel → Wirkleistung negativ

Das ist ein wichtiger Diagnosehinweis.

Bei einer Anlage, die eindeutig elektrische Energie aus dem Netz bezieht, können negative Leistungswerte beispielsweise verursacht werden durch:

• umgekehrte Einbaurichtung des Stromwandlers,
• vertauschte Anschlüsse S1/S2 beziehungsweise k/l,
• falsche Strom-/Spannungsphasenzuordnung,
• tatsächliche Rückspeisung, beispielsweise durch eine PV-Anlage oder einen Generator.

Deshalb darf eine negative Leistung nicht automatisch durch eine Parametrieränderung „korrigiert“ werden.

Zunächst muss geklärt werden:

Ist die negative Leistung physikalisch real oder entsteht sie durch einen Anschlussfehler?

Alle drei Wandler falsch herum

Sind in einer Verbraucheranlage alle drei Stromwandler gleichmäßig verpolt, können:

• alle drei Phasen negative Wirkleistung zeigen,
• die Gesamtwirkleistung negativ sein,
• Import und Export vertauscht erscheinen.

Der Strombetrag selbst kann dabei vollkommen plausibel aussehen.

Nur ein Wandler falsch herum

Ist nur ein Stromwandler verpolt, kann das Ergebnis wesentlich schwerer zu erkennen sein.

Bei einer näherungsweise symmetrischen Last mit einem Leistungsfaktor nahe 1 liefert jede Phase ungefähr den gleichen Wirkleistungsanteil:

PL1 ≈ PL2 ≈ PL3

Sind zwei Phasen korrekt und eine Phase verpolt, ergibt sich vereinfacht:

Pges ≈ P + P - P = P

anstatt:

Pges,richtig ≈ 3P

Der Energiezähler kann dadurch nur ungefähr ein Drittel der tatsächlich vorhandenen Wirkleistung anzeigen.

Das genaue Verhalten hängt von Last, Messgerät und Vorzeichenkonvention ab, das Fehlerbild ist jedoch typisch.

Strom- und Spannungsphasen richtig zuordnen

Bei einem dreiphasigen Energiezähler müssen Strom und Spannung derselben Phase miteinander verrechnet werden.

Die Zuordnung muss beispielsweise lauten:

Spannung	Zugehöriger Stromwandler	Stromeingang
U L1	CT L1	I1
U L2	CT L2	I2
U L3	CT L3	I3

Wird beispielsweise der Strom von L1 mit der Spannung von L2 verrechnet, erhält der Energiezähler zwar weiterhin plausible Einzelwerte für:

• Spannung,
• Strom,
• Frequenz,

aber der Winkel zwischen Spannung und Strom ist falsch.

Dadurch werden insbesondere:

• Wirkleistung,
• Blindleistung,
• Leistungsfaktor,
• Wirkenergie,
• Blindenergie

falsch berechnet.

120° Phasenversatz kann wie eine Rückspeisung aussehen

Bei einem symmetrischen Drehstromsystem liegen die Phasen um jeweils ungefähr 120° auseinander.

Angenommen, eine nahezu ohmsche Last besitzt auf L1:

φ ≈ 0°

Wird der Strom von L1 versehentlich mit der Spannung von L2 ausgewertet, entsteht ein Winkel in der Größenordnung von:

±120°

Da:

cos 120° = -0,5

kann die berechnete Wirkleistung sogar negativ werden.

Der Energiezähler scheint dann eine Rückspeisung zu erkennen, obwohl die Anlage tatsächlich Energie verbraucht.

Phasenfolge und Phasenzuordnung unterscheiden

Die Begriffe Phasenfolge und Phasenzuordnung sollten nicht verwechselt werden.

Phasenfolge

Die Phasenfolge beschreibt die Reihenfolge des Drehstromsystems, beispielsweise:

L1 → L2 → L3

beziehungsweise die umgekehrte Folge.

Phasenzuordnung

Für die Leistungsmessung ist zusätzlich entscheidend, dass jeder Stromkanal der richtigen Spannung zugeordnet wird.

Beispielsweise:

U1 ↔ I1

U2 ↔ I2

U3 ↔ I3

Gemeinsames Vertauschen kann unauffällig bleiben

Werden beispielsweise L2 und L3 sowohl bei den Spannungseingängen als auch bei den Stromwandlern gemeinsam vertauscht, können viele Leistungswerte weiterhin plausibel sein.

Die angezeigte Phasenfolge beziehungsweise Phasenbezeichnung kann jedoch falsch sein.

Wird dagegen nur die Spannungs- oder nur die Stromseite vertauscht, stimmt die Paarung aus U und I nicht mehr.

Dann entstehen typischerweise deutliche Fehler bei Leistung und Leistungsfaktor.

Stromwandler-Übersetzungsverhältnis richtig einstellen

Der Energiezähler misst nur den Sekundärstrom des Stromwandlers.

Damit das Gerät den tatsächlichen Primärstrom und die daraus resultierende Energie anzeigen kann, muss das Stromwandlerverhältnis korrekt hinterlegt sein.

Der Wandlerfaktor ergibt sich aus:

kCT = Iprim,n / Isek,n

Beispiel 400/5 A

Für einen Stromwandler:

400 A / 5 A

beträgt der Faktor:

kCT = 400 / 5 = 80

Misst der Energiezähler sekundär:

2,5 A

entspricht dies primär:

2,5 A · 80 = 200 A

Beispiel 600/1 A

Bei:

600 A / 1 A

beträgt der Faktor:

kCT = 600

Ein Sekundärstrom von:

0,5 A

entspricht damit:

300 A primär

Manche Energiezähler fragen nicht direkt nach dem Faktor

Je nach Messgerät werden beispielsweise separat eingegeben:

• CT primary = 400 A,
• CT secondary = 5 A.

Das Messgerät berechnet daraus intern das Übersetzungsverhältnis.

Andere Geräte verwenden direkt einen Multiplikationsfaktor.

Entscheidend ist:

Typenschild des Stromwandlers und Parametrierung des Energiezählers müssen exakt zueinander passen.

1 A und 5 A Sekundärstrom nicht verwechseln

Konventionelle Messstromwandler besitzen häufig einen Nennsekundärstrom von:

1 A

oder:

5 A

Der Energiezähler muss für den verwendeten Sekundärstrom geeignet beziehungsweise entsprechend parametriert sein.

Beispiel

Vorhandener Stromwandler:

500 A / 5 A

korrekter Übersetzungsfaktor:

500 / 5 = 100

Wird im Energiezähler versehentlich eine 1-A-Konfiguration mit:

500 A / 1 A

eingestellt, ergibt sich rechnerisch:

k = 500

anstatt:

k = 100

Die Skalierung unterscheidet sich damit um den Faktor:

5

Zusätzlich muss selbstverständlich sichergestellt sein, dass der tatsächliche Stromeingang des Messgerätes für den angeschlossenen Sekundärstrom ausgelegt ist.

Warum gibt es 1-A-Stromwandler?

Ein Vorteil von 1-A-Sekundärkreisen zeigt sich bei längeren Leitungswegen.

Der Verlust in einer resistiven Sekundärleitung kann näherungsweise beschrieben werden mit:

PLeitung = Isek² · RSchleife

Bei gleicher Leitungsresistenz ergibt sich deshalb:

5² / 1² = 25

Ein 5-A-Sekundärkreis erzeugt in derselben Leitungsimpedanz damit theoretisch die 25-fache Verlustleistung beziehungsweise VA-Belastung eines 1-A-Sekundärkreises.

1-A-Stromwandler können deshalb besonders bei größeren Entfernungen zwischen Stromwandler und Messgerät vorteilhaft sein.

Bürde und Leitungslänge berücksichtigen

Ein Stromwandler besitzt eine zulässige beziehungsweise spezifizierte Bürde.

Zur angeschlossenen Gesamtbürde gehören nicht nur die Eingänge des Energiezählers.

Berücksichtigt werden müssen auch:

• Messgeräteeingang,
• Sekundärleitungen,
• Prüfklemmen,
• Steckkontakte,
• weitere in Reihe geschaltete Messgeräte.

Vereinfacht gilt:

Sgesamt ≈ SMessgerät + SLeitung + Sweitere Komponenten

Eine zu hohe Bürde kann den Stromwandler stärker belasten und zu zusätzlichen Betrags- und Phasenfehlern führen.

Gerade für eine präzise Leistungs- und Energiemessung ist der Phasenfehler relevant, weil der Energiezähler den Winkel zwischen Strom und Spannung zur Berechnung der Leistung verwendet.

Genauigkeitsklasse allein genügt nicht

Ein Stromwandler der Klasse 0,5 führt nicht automatisch zu einer Gesamtmessung der Klasse 0,5.

Zur Messkette gehören ebenfalls:

• Energiezähler,
• Wandlerbürde,
• Leitungen,
• Anschlussqualität,
• Parametrierung,
• Spannungsmessung.

Die Gesamtgenauigkeit muss deshalb als komplette Messkette betrachtet werden.

Stromwandler-Sekundärkreis niemals unkontrolliert öffnen

Bei einem klassischen induktiven Stromwandler gilt eine besonders wichtige Sicherheitsregel:

Ein Stromwandler-Sekundärkreis darf bei fließendem Primärstrom nicht unkontrolliert offen betrieben werden.

Wird beispielsweise der Energiezähler ausgebaut, während der Primärleiter weiterhin Strom führt, darf der Sekundärkreis des Stromwandlers nicht einfach abgeklemmt und offen gelassen werden.

Am offenen Sekundärkreis können gefährlich hohe Spannungen entstehen.

Außerdem kann der Stromwandler thermisch und magnetisch stark beansprucht werden.

Kurzschlussklemmen beziehungsweise Prüftrennklemmen verwenden

Für Messanlagen mit Stromwandlern werden deshalb geeignete Prüf- beziehungsweise Kurzschlussklemmen verwendet.

Damit kann beispielsweise:

1. der Stromwandler-Sekundärkreis sicher kurzgeschlossen,
2. anschließend der Energiezähler getrennt,
3. der Zähler geprüft beziehungsweise ausgetauscht,
4. und danach die Messschaltung kontrolliert wieder hergestellt werden.

Die konkrete Schalthandlung richtet sich nach der verwendeten Klemmentechnik und dem betrieblichen Sicherheitsverfahren.

Arbeiten an diesen Messkreisen dürfen nur durch entsprechend qualifiziertes Fachpersonal durchgeführt werden.

Wie der Energiezähler aus Strom und Spannung Leistung berechnet

Ein Energiezähler ermittelt die Leistung nicht allein aus dem Strom.

Für jede Phase werden Spannung und Strom einschließlich ihrer zeitlichen Phasenbeziehung benötigt.

Vereinfacht gilt je Phase:

P1 = U1 · I1 · cos φ1

P2 = U2 · I2 · cos φ2

P3 = U3 · I3 · cos φ3

Die Gesamtwirkleistung ergibt sich aus:

Pges = P1 + P2 + P3

Für einen symmetrischen Drehstromverbraucher kann vereinfacht auch geschrieben werden:

P = √3 · ULL · I · cos φ

Diese Beziehung zeigt, warum ein korrekt gemessener Strom allein nicht genügt.

Ist die Winkelzuordnung falsch, wird auch die daraus berechnete Wirkleistung falsch.

Falscher Leistungsfaktor als Diagnosehinweis

Ein unerwarteter Leistungsfaktor ist häufig einer der besten Hinweise auf eine fehlerhafte Strom-/Spannungszuordnung.

Angenommen, an einem Heizwiderstand oder einer anderen weitgehend ohmschen Last wird erwartet:

PF ≈ 1

Der Energiezähler zeigt jedoch auf einer Phase:

PF ≈ -0,5

oder einen anderen offensichtlich unplausiblen Wert.

Dann sollte nicht sofort die Last verdächtigt werden.

Zu prüfen sind zunächst:

• CT-Polarität,
• Zuordnung U1/I1, U2/I2 und U3/I3,
• Phasenfolge,
• Spannungsanschlüsse,
• Stromwandleranschlüsse.

Bei Motoren nicht vorschnell urteilen

Bei Motoren, Transformatoren, Frequenzumrichtern und anderen komplexeren Verbrauchern kann der tatsächliche Leistungsfaktor deutlich von 1 abweichen.

Eine Plausibilitätsprüfung muss deshalb immer zur realen Last passen.

Hilfreich ist der Vergleich:

erwartetes Anlagenverhalten ↔ angezeigter Strom ↔ Wirkleistung ↔ Blindleistung ↔ Leistungsfaktor

Auswirkung auf Energie- und Verbrauchswerte

Die Energie ergibt sich aus der Leistung über die Zeit.

Vereinfacht:

E = ∫ P(t) dt

Ein dauerhaft falscher Leistungswert führt deshalb direkt zu einer falschen Energiezählung.

Je nach Messgerät und Parametrierung können Anschlussfehler beispielsweise dazu führen, dass:

• zu wenig Verbrauch gezählt wird,
• Verbrauch als Einspeisung erscheint,
• positive und negative Energie getrennt falsch aufsummiert werden,
• einzelne Phasen gegeneinander verrechnet werden,
• die Blindenergie unplausibel wird.

Besonders problematisch ist dies bei:

• Kostenstellenmessungen,
• Unterzählern,
• Energiemanagementsystemen,
• PV-Anlagen,
• Batteriespeichern,
• Ladeinfrastruktur,
• Maschinenverbrauchsmessungen.

Plausibilitätsprüfung nach der Inbetriebnahme

Nach dem Anschluss eines Energiezählers sollte nicht lediglich geprüft werden, ob Zahlen auf dem Display erscheinen.

Eine strukturierte Plausibilitätsprüfung kann viele Anschlussfehler unmittelbar erkennen.

1. Spannungen prüfen

Kontrollieren:

• U L1-N,
• U L2-N,
• U L3-N,
• gegebenenfalls verkettete Spannungen.

2. Ströme prüfen

Die angezeigten Ströme mit:

• Anlagenlast,
• Typenschildwerten,
• gegebenenfalls einer geeigneten Referenzmessung

vergleichen.

3. Wandlerfaktor prüfen

Typenschild jedes Wandlers kontrollieren.

Beispielsweise:

L1 = 400/5 A

L2 = 400/5 A

L3 = 400/5 A

und mit der Parametrierung des Energiezählers vergleichen.

4. Leistung je Phase prüfen

Bei einer Verbraucheranlage sollte die Vorzeichenrichtung plausibel sein.

Auffällig sind beispielsweise:

L1: +18 kW

L2: -17 kW

L3: +19 kW

bei einer symmetrischen dreiphasigen Verbrauchslast.

5. Leistungsfaktor prüfen

Bei ähnlicher Last auf allen drei Phasen sollten nicht zwei Phasen beispielsweise:

PF = 0,94

und die dritte:

PF = -0,48

anzeigen, sofern das Anlagenverhalten dafür keine technische Erklärung liefert.

6. Phasenfolge kontrollieren

Falls das Messgerät eine Phasenfolge- oder Anschlussdiagnose besitzt, sollte diese ebenfalls geprüft werden.

7. Energiezählrichtung beobachten

Bei einem eindeutig laufenden Verbraucher muss geprüft werden, ob der erwartete Import- beziehungsweise Verbrauchszähler zunimmt.

8. Last gezielt verändern

Wenn betrieblich möglich, kann eine bekannte Last zugeschaltet oder abgeschaltet werden.

Der zugehörige Strom- und Leistungswert sollte daraufhin auf der richtigen Phase reagieren.

Dies ist eine sehr effektive Methode zur Kontrolle der Phasenzuordnung.

Typische Fehlerbilder bei Stromwandler-Energiemessungen

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Alle Ströme plausibel, Gesamtwirkleistung negativ	Alle Stromwandler verpolt oder tatsächliche Rückspeisung	Einbaurichtung, S1/S2 und Energiefluss prüfen
Nur eine Phase zeigt negative Wirkleistung	Ein Stromwandler verpolt	P1/P2 beziehungsweise S1/S2 der betreffenden Phase prüfen
Stromwerte korrekt, Leistungsfaktor völlig unplausibel	Strom und Spannung unterschiedlicher Phasen zugeordnet	U1/I1, U2/I2 und U3/I3 kontrollieren
Eine Phase zeigt ungefähr richtigen Strom, aber negative Leistung	CT-Polarität oder Phasenzuordnung falsch	Phasor-/Leistungsanzeige je Phase prüfen
Alle Werte ungefähr Faktor 5 zu hoch	1-A-/5-A-Konfiguration beziehungsweise CT-Faktor falsch	CT-Typenschild und Zählerparametrierung vergleichen
Alle Werte konstant um gleichen Faktor falsch	Falsches Wandlerverhältnis	Primär-/Sekundärwert im Zähler prüfen
Energie deutlich zu niedrig, eine Phase negativ	Ein Stromwandler verpolt	Leistung je Phase statt nur Gesamtleistung prüfen
Ströme L2 und L3 vertauscht	Sekundärleitungen vertauscht	CT L2/L3 bis zu den Zählereingängen verfolgen
Phasenfolgefehler, Leistung trotzdem teilweise plausibel	Spannungs- und Stromkanäle gemeinsam vertauscht	Phasenbezeichnung und Drehrichtung prüfen
Leistung nach Austausch des Zählers plötzlich falsch	CT-Sekundärstrom oder Wandlerfaktor nicht übernommen	Alte und neue Gerätekonfiguration vergleichen
Messabweichung steigt bei hoher Last	Wandlerbürde, Sättigung oder ungeeigneter Stromwandler	Bürde, Klasse, Nennstrom und Auslegung kontrollieren
Messwerte schwanken nach Arbeiten an Klemmen	Lose Sekundärverbindung	Klemmen entsprechend Arbeitsanweisung kontrollieren
Energie wird als Export statt Import gezählt	Messrichtung vertauscht oder reale Einspeisung	Leistungsfluss und CT-Richtung verifizieren
Zähler zeigt trotz Last nahezu keine Gesamtwirkleistung	Mehrere Phasen gegeneinander verrechnet	Einzelleistungen und Strom-/Spannungszuordnung prüfen

Systematische Fehlersuche bei falschen Energiezählerwerten

Eine strukturierte Vorgehensweise verhindert, dass Anschlussfehler durch nachträgliche Parametrieränderungen lediglich verdeckt werden.

1. Anlagenzustand klären: Wird tatsächlich Energie bezogen oder eingespeist?
2. Zählertyp prüfen: Netzform und Anschlussart mit der Anwendung vergleichen.
3. Stromwandler identifizieren: Hersteller, Typ und Übersetzungsverhältnis dokumentieren.
4. Sekundärstrom prüfen: 1 A oder 5 A?
5. Zählerparametrierung prüfen: Primär- und Sekundärwert mit dem Wandler vergleichen.
6. CT L1 identifizieren: Sicherstellen, dass er tatsächlich um Leiter L1 montiert ist.
7. CT L2 identifizieren: Zuordnung kontrollieren.
8. CT L3 identifizieren: Zuordnung kontrollieren.
9. Primärpolarität prüfen: P1/P2 beziehungsweise K/L und Richtungspfeil kontrollieren.
10. Sekundärpolarität prüfen: S1/S2 beziehungsweise k/l bis zum Zähler verfolgen.
11. Spannungszuordnung prüfen: U1, U2 und U3 kontrollieren.
12. Strom-/Spannungspaarung prüfen: U1/I1, U2/I2 und U3/I3 sicherstellen.
13. Phasenfolge prüfen: Drehfeld beziehungsweise Geräteanzeige kontrollieren.
14. Stromwerte plausibilisieren: Mit der tatsächlichen Last vergleichen.
15. Wirkleistung je Phase prüfen: Vorzeichen und Größenordnung betrachten.
16. Blindleistung prüfen: Mit dem erwarteten Lastverhalten vergleichen.
17. Leistungsfaktor je Phase prüfen: Auffällige Phasen gezielt untersuchen.
18. Gesamtleistung prüfen: Summe der Einzelleistungen auf Plausibilität prüfen.
19. Bürde bewerten: Messgerät, Leitungen und Klemmen berücksichtigen.
20. Energiezählrichtung beobachten: Import-/Exportregister kontrollieren.
21. Bekannte Laständerung nutzen: Wenn möglich gezielt eine Last schalten und die Reaktion beobachten.
22. Ergebnisse dokumentieren: Wandlerzuordnung und Zählerparametrierung festhalten.

Praxisbeispiel: Energiezähler zeigt nur ein Drittel der erwarteten Leistung

Eine dreiphasige elektrische Heizung wird über einen Energiezähler mit externen Stromwandlern überwacht.

Die Last ist annähernd symmetrisch.

Die erwartete Wirkleistung beträgt:

Perwartet ≈ 90 kW

Schritt 1: Stromwerte kontrollieren

Der Energiezähler zeigt:

I1 ≈ 130 A

I2 ≈ 129 A

I3 ≈ 131 A

Die Werte erscheinen plausibel.

Schritt 2: Gesamtleistung prüfen

Das Messgerät zeigt jedoch lediglich:

Pges ≈ 30 kW

Der erste Verdacht könnte auf einem falschen Stromwandlerfaktor liegen.

Schritt 3: Leistung je Phase anzeigen

Die Einzelwerte zeigen:

P1 ≈ +30 kW

P2 ≈ -30 kW

P3 ≈ +30 kW

Damit ergibt sich:

Pges ≈ +30 - 30 + 30 = 30 kW

Schritt 4: Stromwandler L2 prüfen

Bei der Sichtkontrolle wird festgestellt, dass der Stromwandler auf L2 gegenüber L1 und L3 in entgegengesetzter Richtung montiert wurde.

Der Strombetrag war deshalb weiterhin richtig.

Die Polarität des Stromsignals war jedoch umgekehrt.

Schritt 5: Anschluss kontrolliert korrigieren

Nach Durchführung der erforderlichen sicheren Schaltmaßnahmen wird die Polarität entsprechend der Herstellerkennzeichnung korrigiert.

Schritt 6: erneute Plausibilitätsprüfung

Danach zeigt das Messgerät beispielsweise:

P1 ≈ +30 kW

P2 ≈ +30 kW

P3 ≈ +30 kW

und damit:

Pges ≈ 90 kW

Ergebnis

Der Energiezähler und das Stromwandler-Übersetzungsverhältnis waren korrekt.

Der Fehler entstand ausschließlich durch die falsche Polarität eines einzigen Stromwandlers.

Die reine Stromanzeige hätte diesen Fehler kaum erkennen lassen. Erst die phasenweise Betrachtung von Wirkleistung und Leistungsfaktor machte die Ursache sichtbar.

Anschluss und Parametrierung dokumentieren

Eine gute Dokumentation erleichtert spätere Wartung und verhindert Fehler beim Austausch eines Energiezählers.

Sinnvolle Angaben sind beispielsweise:

• Zählertyp,
• Seriennummer,
• Messstelle,
• Netzform,
• Nennspannung,
• Stromwandler-Hersteller und Typ,
• Stromwandlerverhältnis je Phase,
• Sekundärstrom 1 A oder 5 A,
• Genauigkeitsklasse,
• Bürde,
• CT L1/L2/L3,
• Einbaurichtung P1/P2 beziehungsweise K/L,
• Sekundäranschluss S1/S2 beziehungsweise k/l,
• Spannungskanal U1/U2/U3,
• eingestelltes CT-Verhältnis,
• gegebenenfalls VT-Verhältnis,
• Phasenfolge,
• Leistung je Phase bei Inbetriebnahme,
• Leistungsfaktor je Phase,
• Gesamtwirkleistung,
• Import-/Export-Richtung.

Besonders hilfreich ist eine eindeutige Zuordnung wie:

CT-L1 → I1 | CT-L2 → I2 | CT-L3 → I3

Damit kann nach späteren Wartungsarbeiten wesentlich schneller kontrolliert werden, ob die ursprüngliche Messschaltung korrekt wiederhergestellt wurde.

Passende ICS-Produkte für Energiemessung mit Stromwandlern

Conto D4 – Pt MID: Energiezähler für Betrieb über Stromwandler

Der bei ICS angebotene Conto D4 – Pt MID ist ein Energiezähler für Messungen über externe Strom- beziehungsweise Spannungswandler.

Das Gerät erfasst unter anderem:

• positive und negative Wirkenergie,
• Wirk- und Blindenergie,
• Strom,
• Spannung,
• Frequenz,
• Leistungsfaktor,
• Wirkleistung,
• Blindleistung,
• Scheinleistung,
• Wirk- und Scheinleistung je Phase.

Der externe CT-/VT-Wandlerfaktor wird bei der Darstellung der primärseitigen Messgrößen berücksichtigt.

Gerade die Anzeige von positiver und negativer Leistung beziehungsweise Energie macht eine korrekte Polarität und Phasenzuordnung besonders wichtig.

Je nach Ausführung stehen unter anderem Schnittstellen beziehungsweise Ausgänge für:

• Impuls,
• M-Bus,
• RS485 Modbus

zur Verfügung.

Weitere Informationen finden Sie unter Conto D4 – Pt MID bei ICS Schneider.

Nemo 96HD – Netzüberwachung und Energiemessung mit 1-A-/5-A-Stromwandlern

Der Nemo 96HD ist ein Multifunktionsmessgerät für den Schalttafeleinbau.

Das Gerät eignet sich für einphasige sowie dreiphasige 3- und 4-Leiter-Netze und besitzt Stromeingänge für:

1 A und 5 A

über externe Stromwandler.

Das externe Strom- und Spannungswandlerverhältnis ist programmierbar.

Zu den Messgrößen gehören unter anderem:

• Spannung,
• Strom,
• Wirkleistung,
• Blindleistung,
• Scheinleistung,
• Leistungsfaktor,
• Wirkenergie,
• Blindenergie.

Damit eignet sich das Gerät besonders gut für die in diesem Beitrag beschriebene Plausibilitätsprüfung, weil nicht nur Strom und Energie, sondern auch Leistung und Leistungsfaktor bewertet werden können.

Weitere Informationen finden Sie unter Nemo 96HD bei ICS Schneider.

TA 432 – Messstromwandler für Niederspannungsnetze

Der bei ICS angebotene TA 432 ist ein Aufsteckstromwandler für Messungen in Wechselstrom-Niederspannungsnetzen.

Verfügbar sind je nach Ausführung:

• Primärströme von 100 bis 1000 A,
• Sekundärstrom 1 A beziehungsweise 5 A,
• unterschiedliche Bürden,
• Genauigkeitsklassen 0,5 / 1 / 3.

Damit lässt sich der Stromwandler passend zum Primärstrom, Messgerät und erforderlichen Messkreis auswählen.

Bei der Auslegung müssen insbesondere:

• Primärstrom,
• Sekundärstrom,
• Messgeräteingang,
• Bürde,
• Leitungslänge,
• erforderliche Genauigkeitsklasse

aufeinander abgestimmt werden.

Weitere Informationen finden Sie unter TA 432 bei ICS Schneider.

Welche Lösung passt zu welcher Aufgabe?

Anwendung	Sinnvolle Lösung
Wandler-Energiezählung mit Import-/Export-Erfassung	Conto D4 – Pt MID
Netzüberwachung mit Strom, Leistung, PF und Energie	Nemo 96HD
1-A- oder 5-A-Stromwandlermessung	Nemo 96HD mit geeignetem Stromwandler
Messung größerer Niederspannungsströme	TA 432 beziehungsweise geeigneter Stromwandler aus dem ICS-Programm
Energiemanagement und Anlagenüberwachung	Nemo-Serie beziehungsweise Conto-Energiezähler
Nachrüstung bestehender Verteilungen	Passender Aufsteck- oder teilbarer Stromwandler abhängig vom Anlagenaufbau

Weitere Geräte finden Sie unter Energiemanagement bei ICS Schneider.

Eine Übersicht der verfügbaren Messwandler finden Sie unter Strom- und Spannungswandler bei ICS Schneider.

Fazit

Bei einer Energiemessung über Stromwandler reicht es nicht aus, dass der Energiezähler plausible Stromwerte anzeigt.

Für eine korrekte Leistungs- und Energieermittlung müssen gleichzeitig stimmen:

• Stromwandlerverhältnis,
• 1-A-/5-A-Sekundärstrom,
• Einbaurichtung des Stromwandlers,
• P1/P2 beziehungsweise K/L,
• S1/S2 beziehungsweise k/l,
• Zuordnung von CT L1/L2/L3,
• Zuordnung von U1/I1, U2/I2 und U3/I3,
• Phasenfolge,
• Bürde des Sekundärkreises.

Besonders tückisch ist:

Ein verpolter Stromwandler kann weiterhin einen vollkommen plausiblen Strombetrag liefern.

Der Fehler wird häufig erst sichtbar, wenn zusätzlich:

• Wirkleistung je Phase,
• Leistungsfaktor,
• Blindleistung,
• Import-/Export-Richtung

kontrolliert werden.

Ein einziger verpolter Stromwandler kann bei einer symmetrischen dreiphasigen Last dazu führen, dass die aufsummierte Wirkleistung nur noch einen Bruchteil des tatsächlichen Wertes beträgt.

Eine falsche Strom-/Spannungsphasenzuordnung kann aufgrund des ungefähr 120° großen Phasenabstands sogar negative Leistungswerte erzeugen.

Ebenso wichtig ist die richtige Parametrierung des Stromwandlerverhältnisses.

Ein:

400/5-A-Stromwandler

besitzt einen anderen Faktor als ein:

400/1-A-Stromwandler

obwohl beide denselben primären Nennstrom besitzen.

Schließlich muss bei jeder Arbeit am Sekundärkreis die Besonderheit des Stromwandlers berücksichtigt werden:

Bei vorhandenem Primärstrom darf der Sekundärkreis nicht unkontrolliert geöffnet werden. Vor dem Trennen eines Energiezählers müssen die dafür vorgesehenen Kurzschluss- beziehungsweise Prüftrenneinrichtungen entsprechend dem Anlagen- und Sicherheitskonzept verwendet werden.

Für die Praxis gilt deshalb:

CT-Typenschild prüfen → 1 A/5 A kontrollieren → Wandlerfaktor einstellen → P1/P2 beziehungsweise K/L kontrollieren → S1/S2 beziehungsweise k/l verfolgen → CT L1/L2/L3 eindeutig zuordnen → Spannungsphasen prüfen → U und I je Phase paaren → Phasenfolge prüfen → Strom plausibilisieren → Leistung und Leistungsfaktor je Phase kontrollieren → Import-/Export-Richtung beobachten → Messung dokumentieren.

FAQ: Stromwandler am Energiezähler richtig anschließen

Warum benötigt ein Energiezähler einen Stromwandler?

Bei größeren Betriebsströmen reduziert ein Stromwandler den Primärstrom proportional auf einen für das Messgerät geeigneten Sekundärstrom, typischerweise 1 A oder 5 A.

Was bedeutet 400/5 A bei einem Stromwandler?

Bei einem Nennprimärstrom von 400 A liefert der Stromwandler bei Nennbedingungen sekundär 5 A. Das Übersetzungsverhältnis beträgt 400/5 = 80.

Was bedeutet 600/1 A?

Bei 600 A Primärstrom beträgt der Nennsekundärstrom 1 A. Der Wandlerfaktor beträgt damit 600.

Was bedeutet P1 und P2 am Stromwandler?

P1 und P2 kennzeichnen die definierte Polarität beziehungsweise Richtung der Primärseite des Stromwandlers. Die konkrete Einbaurichtung ist anhand der Herstellerkennzeichnung beziehungsweise des Anschlussplans festzulegen.

Was bedeuten S1 und S2?

S1 und S2 sind die polaritätsbezogenen Sekundäranschlüsse des Stromwandlers. S1 ist dabei der P1-Seite zugeordnet und S2 der P2-Seite.

Was bedeuten K und L?

K und L sind traditionelle Bezeichnungen für die beiden Seiten des Primärstrompfades. Sie entsprechen funktional der Polaritätskennzeichnung, die bei anderen Stromwandlern als P1 und P2 ausgeführt wird.

Was bedeuten k und l?

k und l sind traditionelle Bezeichnungen für die Sekundäranschlüsse. Sie entsprechen sinngemäß S1 und S2.

Was passiert, wenn ein Stromwandler falsch herum montiert wird?

Der Strombetrag kann weiterhin korrekt erscheinen, die Polarität des Stromsignals ist jedoch umgekehrt. Dadurch kann der Energiezähler insbesondere negative Wirkleistung beziehungsweise eine vertauschte Energieflussrichtung anzeigen.

Kann ich einfach S1 und S2 tauschen, wenn der Stromwandler falsch herum sitzt?

Eine Polaritätsumkehr kann elektrisch über die Sekundärzuordnung wirken. Änderungen am Stromwandlerkreis dürfen jedoch nur entsprechend Schaltplan, Herstellerangaben und Sicherheitsverfahren durchgeführt werden. Bei vorhandenem Primärstrom darf der Sekundärkreis insbesondere nicht unkontrolliert geöffnet werden.

Warum zeigt mein Energiezähler negative Leistung?

Mögliche Ursachen sind eine tatsächliche Einspeisung, ein umgekehrt montierter Stromwandler, vertauschte S1/S2-Anschlüsse oder eine falsche Zuordnung von Strom- und Spannungsphase.

Warum zeigt nur eine Phase negative Leistung?

Häufig ist der Stromwandler dieser Phase verpolt oder der Stromkanal wurde der falschen Spannungsphase zugeordnet.

Warum sehen die Stromwerte richtig aus, obwohl die Leistung falsch ist?

Die Stromanzeige bewertet primär den Betrag. Für die Wirkleistungsberechnung wird zusätzlich die Phasenlage zwischen Strom und Spannung benötigt. Ein Polaritäts- oder Phasenzuordnungsfehler kann deshalb den Strombetrag kaum verändern, aber die Leistung stark verfälschen.

Warum ist die Zuordnung von U1 und I1 wichtig?

Der Energiezähler benötigt Spannung und Strom derselben Phase, um deren Phasenwinkel und damit Wirk- und Blindleistung korrekt zu bestimmen.

Was passiert, wenn I1 mit U2 verrechnet wird?

Zwischen unterschiedlichen Phasen besteht im symmetrischen Drehstromsystem ungefähr ein 120°-Versatz. Dadurch entstehen stark falsche Leistungs- und Leistungsfaktorwerte und je nach Last sogar negative Wirkleistung.

Ist eine falsche Phasenfolge dasselbe wie eine falsche Phasenzuordnung?

Nein. Die Phasenfolge beschreibt die Reihenfolge des Drehstromsystems. Bei der Phasenzuordnung geht es darum, den jeweiligen Stromkanal mit der zugehörigen Spannungsphase zu paaren.

Was passiert, wenn L2 und L3 bei Strom und Spannung gemeinsam vertauscht werden?

Viele Leistungswerte können weiterhin plausibel bleiben, weil Strom und Spannung noch paarweise zusammengehören. Die Phasenbezeichnung beziehungsweise Phasenfolge kann jedoch falsch sein.

Was ist der Stromwandlerfaktor?

Der Stromwandlerfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis des primären zum sekundären Nennstrom: kCT = Iprim,n / Isek,n.

Wie lautet der Wandlerfaktor bei 500/5 A?

500 / 5 = 100.

Wie lautet der Wandlerfaktor bei 500/1 A?

500 / 1 = 500.

Was passiert bei einem falsch eingestellten Wandlerfaktor?

Die angezeigten primären Strom-, Leistungs- und Energiewerte werden entsprechend falsch skaliert. Bei einem konstant falschen Faktor sind die Werte häufig proportional zu hoch oder zu niedrig.

Kann ich einen 5-A-Stromwandler an einen 1-A-Eingang anschließen?

Der Stromwandler und der Messgeräteeingang müssen hinsichtlich Nennsekundärstrom und zulässiger Eingangsdaten zusammenpassen. Eine reine Änderung des Skalierungsfaktors ersetzt diese elektrische Kompatibilität nicht.

Was ist besser, 1 A oder 5 A?

Das hängt von der Anwendung ab. 1-A-Sekundärkreise besitzen bei gleicher Leitungsresistenz deutlich geringere Leitungsverluste und sind deshalb insbesondere bei längeren Leitungswegen vorteilhaft. Stromwandler und Messgerät müssen jedoch gemeinsam für 1 A ausgelegt sein.

Was bedeutet Bürde bei einem Stromwandler?

Die Bürde beschreibt die Belastung des Sekundärkreises. Sie setzt sich aus Messgeräteeingang, Leitungen, Klemmen und gegebenenfalls weiteren angeschlossenen Komponenten zusammen.

Warum ist eine zu hohe Bürde problematisch?

Eine zu hohe Belastung kann zusätzliche Übersetzungs- und Phasenfehler verursachen und den Stromwandler außerhalb seines vorgesehenen Arbeitsbereichs betreiben.

Darf der Sekundärkreis eines Stromwandlers offen sein?

Nicht bei fließendem Primärstrom. Ein offener Sekundärkreis eines konventionellen induktiven Stromwandlers kann gefährlich hohe Spannungen erzeugen.

Was muss ich tun, bevor ein Energiezähler aus einem Stromwandlerkreis ausgebaut wird?

Der Stromwandlerkreis muss entsprechend dem vorgesehenen Anlagen- und Sicherheitsverfahren behandelt werden. Üblicherweise werden dafür geeignete Prüf- beziehungsweise Kurzschlussklemmen verwendet, bevor das Messgerät getrennt wird.

Warum gibt es Kurzschlussklemmen für Stromwandler?

Sie ermöglichen es, den Stromwandler-Sekundärkreis geschlossen zu halten, wenn ein angeschlossenes Messgerät geprüft, getrennt oder ausgetauscht werden muss.

Kann eine lose Klemme die Energiemessung beeinflussen?

Ja. Kontaktprobleme im Stromwandlerkreis können die Messung beeinflussen und stellen aufgrund der Besonderheiten von Stromwandler-Sekundärkreisen zusätzlich ein sicherheitsrelevantes Problem dar.

Wie erkenne ich einen falsch gepolten Stromwandler am schnellsten?

Sehr hilfreich ist die phasenweise Anzeige von Wirkleistung und Leistungsfaktor. Ein plausibler Strom bei gleichzeitig negativer Wirkleistung auf nur einer Phase ist ein typischer Hinweis auf einen Polaritäts- oder Phasenzuordnungsfehler.

Warum sollte ich die Leistung je Phase anzeigen lassen?

Eine falsche Phase kann in der Gesamtleistung teilweise durch die beiden anderen Phasen verdeckt werden. Die Einzelwerte machen solche Fehler deutlich leichter sichtbar.

Kann ein falsch angeschlossener Stromwandler zu zu geringer Energiezählung führen?

Ja. Wird beispielsweise eine Phase mit negativem Vorzeichen verrechnet, kann sie die positiven Leistungsanteile anderer Phasen teilweise kompensieren.

Kann ein Energiezähler Verbrauch und Einspeisung unterscheiden?

Viele moderne Energiezähler können positive und negative Energie beziehungsweise mehrere Energieflussrichtungen getrennt erfassen. Die konkrete Funktion hängt vom jeweiligen Gerät ab.

Welche Rolle spielt der Leistungsfaktor bei der Fehlersuche?

Ein im Verhältnis zur bekannten Last unplausibler Leistungsfaktor kann auf eine falsche Phasenpaarung oder Polarität hinweisen.

Warum sollte ich nach der Installation eine bekannte Last schalten?

Eine gezielte Laständerung ermöglicht eine einfache Plausibilitätsprüfung. Der zugehörige Strom- und Leistungswert sollte auf dem erwarteten Messkanal reagieren.

Welcher ICS-Energiezähler eignet sich für Messungen über externe Stromwandler?

Der Conto D4 – Pt MID ist für die Messung über externe Stromwandler ausgelegt und erfasst unter anderem positive und negative Wirkenergie sowie weitere Netzgrößen.

Welches ICS-Multifunktionsmessgerät unterstützt 1-A- und 5-A-Stromwandler?

Der Nemo 96HD besitzt Stromeingänge für 1 A und 5 A über externe Stromwandler und ein programmierbares externes Wandlerverhältnis.

Welcher ICS-Stromwandler eignet sich beispielsweise für 100 bis 1000 A?

Der TA 432 ist je nach Ausführung für Primärströme von 100 bis 1000 A erhältlich und kann mit 1-A- beziehungsweise 5-A-Sekundärstrom geliefert werden.

Wo finde ich Energiemanagement-Geräte bei ICS Schneider?

Eine Übersicht finden Sie unter Energiemanagement bei ICS Schneider.

Wo finde ich Strom- und Spannungswandler bei ICS Schneider?

Eine Übersicht finden Sie unter Strom- und Spannungswandler bei ICS Schneider.