Ein Elektromotor läuft mit einem unauffälligen Betriebsstrom, beim Einschalten löst jedoch gelegentlich der Leitungsschutzschalter aus. Eine Stromzange zeigt beim normalen Messen nur einen stabilen Wert. Wird die Peak-Funktion aktiviert, erscheint plötzlich ein wesentlich höherer Strom. Die Inrush-Funktion liefert wiederum einen anderen Wert. Welcher davon beschreibt den tatsächlichen Einschaltstrom?
Die Antwort hängt vom Messverfahren ab. Eine Stromzange kann den momentanen Scheitelwert, einen Effektivwert über ein bestimmtes Zeitfenster oder den höchsten während einer laufenden Messung erfassten Wert anzeigen. Diese Größen unterscheiden sich erheblich, insbesondere bei kurzzeitigen, unsymmetrischen oder stark verformten Stromverläufen. Zwei technisch einwandfreie Messgeräte können deshalb beim selben Einschaltvorgang unterschiedliche Ergebnisse liefern.
Für die Fehlersuche an Motoren, Transformatoren, Schaltnetzteilen und anderen elektrischen Verbrauchern müssen Messfunktion, Messfenster, Triggerbedingungen und Stromverlauf zusammenpassen. Dieser Fachbeitrag erklärt die Unterschiede zwischen Peak, Inrush und MAX, zeigt eine beispielhafte Effektivwertberechnung und beschreibt, wie Einschaltströme sicher, reproduzierbar und mit der richtigen Stromzange erfasst werden.
Inhaltsverzeichnis
- Die Messaufgabe vor dem Einschalten festlegen
- Warum beim Einschalten unterschiedliche Stromverläufe entstehen
- Wie eine Stromzange den Strom erfasst
- Peak, Inrush, MAX und True-RMS unterscheiden
- Was der echte Effektivwert beim Einschalten bedeutet
- Peak-Werte und Scheitelfaktor richtig interpretieren
- Das Messfenster und seine zeitliche Wirkung verstehen
- Rechenbeispiel: Derselbe Startvorgang, unterschiedliche Messwerte
- Trigger, Schwellwert und Startzeitpunkt richtig einstellen
- Die Stromzange am richtigen Leiter ansetzen
- Messkategorie und Sicherheit im Schaltschrank beachten
- AC, DC und überlagerte Stromanteile richtig messen
- Anlaufströme von Elektromotoren bewerten
- Einschaltströme von Transformatoren verstehen
- Netzteile und kapazitive Einschaltströme untersuchen
- Einschaltströme im Drehstromsystem vergleichen
- Wann Oszilloskop oder Datenlogger erforderlich sind
- Einen reproduzierbaren Einschaltstromtest durchführen
- Messwerte mit Sicherungen und Schutzorganen richtig bewerten
- Messbereich, Bandbreite und Messunsicherheit berücksichtigen
- Typische Messfehler und Fehlinterpretationen erkennen
- Passende Stromzangen von ICS Schneider
- Fazit: Den Messwert immer zusammen mit seiner Zeitbasis beurteilen
- Häufige Fragen zur Einschaltstrommessung mit Stromzangen
1. Die Messaufgabe vor dem Einschalten festlegen
Bei einer Einschaltstrommessung sollte zunächst geklärt werden, welche technische Frage beantwortet werden soll. Geht es um einen sehr kurzen Stromscheitel unmittelbar beim Zuschalten, um den Effektivwert während des Anlaufens oder um die Zeit, bis der Verbraucher seinen normalen Betriebszustand erreicht?
Diese Unterscheidung ist wichtig, weil verschiedene Messfunktionen unterschiedliche Eigenschaften des Stromverlaufs erfassen. Eine Peak-Messung eignet sich zur Untersuchung kurzzeitiger Scheitelwerte. Eine Inrush-Funktion erfasst je nach Gerät den Strom über ein definiertes Zeitfenster. Eine länger laufende MAX-Aufzeichnung kann dagegen beispielsweise einen ungewöhnlich hohen Strom während des Betriebs sichtbar machen.
Für die Fehlersuche an einem auslösenden Schutzorgan kann sowohl die Höhe als auch die Dauer des Stromstoßes relevant sein. Bei einem Motor kann außerdem die Anlaufzeit entscheidend sein. Für die Untersuchung eines Netzteils ist möglicherweise die erste kurzzeitige Stromspitze wichtiger als der Strom einige hundert Millisekunden später.
Die Messaufgabe sollte daher mindestens den Verbrauchertyp, den erwarteten Strombereich, die Art der Versorgung, die zeitliche Dauer des Ereignisses und die benötigte Aussage enthalten. Erst danach lässt sich bestimmen, welche Messfunktion und welches Prüfgerät geeignet sind.
2. Warum beim Einschalten unterschiedliche Stromverläufe entstehen
Elektrische Verbraucher nehmen beim Einschalten nicht zwangsläufig denselben Strom auf wie im stationären Betrieb. Die Ursache hängt von ihrer elektrischen und mechanischen Konstruktion ab.
Bei einem direkt am Netz gestarteten Asynchronmotor ist der Rotor zunächst stillstehend. Die elektrischen Verhältnisse unterscheiden sich deshalb wesentlich vom Betrieb bei Nenndrehzahl. Während der Beschleunigung verändern sich Schlupf, Stromaufnahme und Drehmoment. Der erhöhte Strom kann über einen erheblichen Teil der Anlaufphase bestehen bleiben.
Bei Transformatoren entstehen hohe Einschaltströme unter anderem durch den Einschaltzeitpunkt innerhalb der Netzperiode und die vorhandene Remanenz des magnetischen Kerns. Der Stromverlauf kann stark unsymmetrisch sein und deutliche transiente Anteile besitzen.
Bei Schaltnetzteilen und anderen elektronischen Verbrauchern kann das Laden von Zwischenkreiskondensatoren einen kurzen Stromstoß verursachen. Strombegrenzungsschaltungen, Vorladewiderstände oder geeignete aktive Einschaltstrombegrenzungen beeinflussen dessen Höhe und Dauer.
Diese Vorgänge führen zu unterschiedlichen Stromformen. Ein Motor kann über längere Zeit einen erhöhten Effektivstrom aufnehmen, während ein kapazitiver Einschaltvorgang einen sehr hohen, aber wesentlich kürzeren Stromimpuls erzeugt. Deshalb gibt es keinen einzelnen Messwert, der jeden Einschaltvorgang vollständig beschreibt.
3. Wie eine Stromzange den Strom erfasst
Eine Stromzange erfasst das Magnetfeld, das durch den Strom im umschlossenen Leiter entsteht. Je nach Sensortechnik erfolgt die Messung beispielsweise mit einem Stromwandler, einem Hall-Sensor oder einer flexiblen Rogowski-Spule mit geeigneter Auswerteelektronik.
Konventionelle Stromwandler eignen sich für wechselnde Ströme innerhalb ihres spezifizierten Frequenzbereichs, erfassen jedoch keinen dauerhaften Gleichstrom. Hall-basierte Messsysteme können je nach Ausführung Gleich- und Wechselstrom messen. Rogowski-Spulen sind für zeitlich veränderliche Ströme geeignet und benötigen eine passende Signalaufbereitung.
Der Sensortyp und die Elektronik bestimmen unter anderem Messbereich, Messbandbreite, Ansprechverhalten und mögliche Übersteuerung bei hohen Stromspitzen.
Für eine korrekte Messung muss die Stromzange den vorgesehenen Leiter umschließen. Werden Hin- und Rückleiter gemeinsam umfasst, können sich ihre magnetischen Wirkungen weitgehend aufheben. Das ist für eine normale Laststrommessung ungeeignet, wird bei dafür vorgesehenen Differenz- beziehungsweise Fehlerstrommessungen jedoch gezielt verwendet.
Auch die Lage des Leiters innerhalb der Zangenöffnung kann Einfluss auf die Messabweichung haben. Die Zentrierung nach Herstellerangabe, vollständig geschlossene Zangenbacken und ein ausreichender Abstand zu benachbarten stark stromführenden Leitern unterstützen reproduzierbare Ergebnisse.
4. Peak, Inrush, MAX und True-RMS unterscheiden
Die Bezeichnungen auf Stromzangen können ähnlich aussehen, obwohl unterschiedliche Messgrößen oder Erfassungsverfahren dahinterstehen. Besonders wichtig ist die Abgrenzung zwischen momentanen Spitzenwerten und zeitlich gemittelten Effektivwerten.
| Messfunktion | Erfasste Größe | Typische Anwendung | Wichtige Einschränkung |
|---|---|---|---|
| Normale True-RMS-Messung | Effektivwert des Stroms nach dem jeweiligen Messverfahren | Betriebsstrom und ausreichend stabile Lastzustände | Kurze Einschalttransienten können durch Aktualisierung oder Mittelung unzureichend erfasst werden |
| MAX / MIN | Höchster beziehungsweise niedrigster erfasster Messwert innerhalb der aktiven Funktion | Beobachtung von Laständerungen und länger anhaltenden Überströmen | Erfassungs- und Mittelungszeit sind gerätespezifisch |
| PEAK+ / PEAK− | Positiver beziehungsweise negativer momentaner Scheitelwert | Analyse kurzer Stromspitzen und unsymmetrischer Stromverläufe | Messbandbreite und minimale erfassbare Impulsdauer begrenzen das Ergebnis |
| INRUSH / TrueInrush | Gerätespezifische Ereignismessung, häufig als Effektivwert über ein definiertes Zeitfenster | Einschalt- und Anlaufströme | Trigger, Messfenster und Berechnung unterscheiden sich je nach Gerät |
| Transienten- oder Kurvenaufzeichnung | Zeitlicher Stromverlauf mit definierter Abtastung | Analyse von Stromspitzen, Dauer, Wiederholung und zeitlichem Verlauf | Geeignete Bandbreite, Abtastrate, Speichertiefe und sichere Messtechnik erforderlich |
Ein wichtiger Praxisfehler besteht darin, MAX und PEAK gleichzusetzen. Bei zahlreichen Geräten zeigt MAX den höchsten ermittelten Effektivwert einer Messung. PEAK beschreibt dagegen den höchsten beziehungsweise niedrigsten momentanen Wert des erfassten Signals.
Eine Inrush-Funktion kann zusätzlich beide Informationen liefern. Bei der Chauvin Arnoux F205 beschreibt die Herstelleranleitung beispielsweise eine TrueInrush-Erfassung über 100 ms. Anschließend können sowohl der erfasste Effektivwert als auch PEAK+ und PEAK− abgefragt werden.
Die konkrete Bedeutung einer Messfunktion muss deshalb immer anhand der Geräteanleitung überprüft werden. Die Bezeichnung Inrush allein garantiert weder ein bestimmtes Messfenster noch die Erfassung des absoluten Scheitelwerts des vollständigen Startvorgangs.
5. Was der echte Effektivwert beim Einschalten bedeutet
Der Effektivwert eines Stroms beschreibt seine äquivalente thermische Wirkung im Vergleich zu einem Gleichstrom unter den entsprechenden Bedingungen. Für einen beliebigen Stromverlauf i(t) über das betrachtete Zeitintervall T gilt:
IRMS = √[(1/T) · ∫ i²(t) dt]
Die Integration erstreckt sich über das festgelegte Messfenster T. Entscheidend ist, dass die momentanen Stromwerte zunächst quadriert, zeitlich gemittelt und anschließend die Quadratwurzel gebildet wird.
Bei einer reinen sinusförmigen Wechselstromform ohne Gleichanteil besteht eine einfache Beziehung zwischen Scheitelwert und Effektivwert. Bei Einschalttransienten ist diese Voraussetzung häufig nicht erfüllt.
Ein True-RMS-Messverfahren ist deshalb besonders wichtig, wenn die Stromform von einer idealen Sinusschwingung abweicht. Allerdings beschreibt auch True-RMS stets den Effektivwert unter den definierten Messbedingungen und innerhalb der Bandbreite des Geräts.
Bei einem stark veränderlichen Einschaltvorgang hängt das Ergebnis zusätzlich davon ab, über welchen Zeitraum die Messung erfolgt. Ein Effektivwert über die ersten 20 ms kann deutlich höher sein als ein Effektivwert über 100 ms oder über eine ganze Sekunde.
Die Kennzeichnung True-RMS allein garantiert folglich keine ausreichende Einschaltstromerfassung. Neben der Rechenmethode muss auch das zeitliche Erfassungsverfahren geeignet sein.
6. Peak-Werte und Scheitelfaktor richtig interpretieren
Der Peak-Wert bezeichnet einen momentanen Scheitelwert des Stromverlaufs. Bei entsprechend ausgerüsteten Stromzangen werden positive und negative Spitzenwerte getrennt als PEAK+ und PEAK− angezeigt.
Für einen idealen sinusförmigen Strom ohne Gleichanteil gilt:
IPeak = √2 · IRMS ≈ 1,414 · IRMS
Diese Beziehung gilt jedoch nicht allgemein für Einschaltvorgänge. Wenn der Strom stark verformt ist, einen Gleichanteil besitzt oder nur kurzzeitig hohe Werte erreicht, kann das Verhältnis zwischen Scheitelwert und Effektivwert erheblich davon abweichen.
Dieses Verhältnis wird als Scheitelfaktor beziehungsweise Crest Factor bezeichnet:
CF = IPeak, Betrag / IRMS
Für eine sinnvolle Berechnung müssen Scheitelwert und Effektivwert zum selben betrachteten Signal und Zeitbereich gehören. Bei einem transienten Einschaltvorgang ist diese Zuordnung besonders wichtig.
Ein hoher Scheitelfaktor kann zudem die Messfähigkeit einer Stromzange begrenzen. Selbst wenn der Effektivwert innerhalb des angegebenen Messbereichs liegt, kann der momentane Spitzenwert die zulässige Aussteuerung des Eingangs überschreiten.
Eine Stromzange mit PEAK-Funktion ist daher nur dann für die gewünschte Aufgabe geeignet, wenn Messbereich, Scheitelfaktor, Bandbreite und spezifizierte Erfassungszeit zum erwarteten Ereignis passen.
Der Peak-Wert ist außerdem nicht automatisch diejenige Größe, mit der die thermische Belastung eines Verbrauchers oder die Auslösung eines Schutzorgans vollständig beschrieben werden kann. Dazu müssen Höhe und zeitlicher Verlauf der Strombelastung berücksichtigt werden.
7. Das Messfenster und seine zeitliche Wirkung verstehen
Das Messfenster legt fest, über welchen Zeitraum ein Messgerät den Stromverlauf für einen bestimmten Messwert auswertet. Es ist damit eine der wichtigsten Größen für die Interpretation eines Einschaltstroms.
Bei einer Netzfrequenz von 50 Hz beträgt die Dauer einer vollständigen Periode 20 ms. Ein Messfenster von 100 ms umfasst unter diesen Bedingungen fünf vollständige Netzperioden.
Die Chauvin Arnoux F205 verwendet nach ihrer Bedienungsanleitung für die TrueInrush-Funktion ein Erfassungsintervall von 100 ms nach Auslösung des Triggers. Der Effektivwert dieses Intervalls wird angezeigt; PEAK+ und PEAK− können zusätzlich abgefragt werden. Das ist eine konkrete gerätespezifische Funktion und keine allgemeingültige Festlegung für alle Inrush-Stromzangen.
Kurze Stromspitzen werden in einem längeren Effektivwertfenster zusammen mit den übrigen Stromanteilen bewertet. Ein sehr hoher Strom während weniger Millisekunden kann deshalb zu einem wesentlich niedrigeren Effektivwert über 100 ms führen.
Wird hingegen ein Peak-Wert erfasst, steht die maximale momentane Auslenkung im Vordergrund. Auch hier muss das Gerät schnell genug erfassen, damit der betreffende Impuls nicht übersehen oder unterschätzt wird.
Bei einem Motor, dessen Anlauf mehrere Sekunden dauert, beschreibt ein 100-ms-Fenster nur einen kurzen Ausschnitt der gesamten Startphase. Es liefert keine vollständige Information über die Dauer des erhöhten Stroms.
Deshalb sollten Messfenster und zeitliche Lage der Erfassung immer mit der technischen Fragestellung abgeglichen werden. Für sehr kurze Einschalttransienten sind andere Verfahren erforderlich als für einen längeren Motoranlauf.
8. Rechenbeispiel: Derselbe Startvorgang, unterschiedliche Messwerte
Ein vereinfachtes Modell betrachtet einen Einschaltvorgang innerhalb eines Messfensters von 100 ms. In den ersten 20 ms liegt ein Effektivstrom von 200 A vor. Während der folgenden 80 ms beträgt der Effektivstrom 50 A.
Für dieses Modell werden die beiden Zeitabschnitte durch ihre jeweiligen quadratischen Mittelwerte beschrieben. Der Effektivwert über das gesamte 100-ms-Fenster ergibt sich damit zu:
IRMS,100ms = √[(200² · 0,020 + 50² · 0,080) / 0,100]
IRMS,100ms = 100 A
Obwohl der Strom im ersten Zeitabschnitt einen Effektivwert von 200 A erreicht, ergibt die Auswertung über die vollständigen 100 ms nur 100 A.
Der momentane Peak-Wert ist damit noch nicht bekannt. Dafür müsste zusätzlich die tatsächliche Kurvenform innerhalb der Zeitabschnitte erfasst werden. Bei einer idealen Sinusschwingung mit 200 A Effektivwert läge der zugehörige Scheitelwert bei rund 283 A. Bei einem unsymmetrischen Einschalttransienten kann er deutlich anders ausfallen.
Das Beispiel zeigt drei unterschiedliche Aussagen: Der höchste abschnittsweise Effektivwert beträgt 200 A, der Effektivwert über 100 ms beträgt 100 A und der tatsächliche Scheitelwert hängt von der nicht näher beschriebenen Signalform ab.
Die Zahlen sind bewusst idealisierte Rechenwerte und keine Gerätespezifikation. In realen Einschaltvorgängen verändern sich Stromhöhe und Kurvenform häufig kontinuierlich.
Ein Vergleich mehrerer Stromzangen ist deshalb nur sinnvoll, wenn bekannt ist, welche Messgröße und welches Messfenster jedes Gerät verwendet.
9. Trigger, Schwellwert und Startzeitpunkt richtig einstellen
Die Inrush-Funktion muss erkennen, wann ein Einschalt- oder Überstromereignis beginnt. Viele Messgeräte verwenden dafür einen Trigger, der bei Überschreiten eines festgelegten Stromschwellwerts die Erfassung startet.
Wenn die Triggerschwelle zu hoch liegt, kann ein relevanter Einschaltvorgang unerkannt bleiben. Eine zu niedrige Schwelle kann dagegen dazu führen, dass das Gerät bereits durch gewöhnliche Lastschwankungen oder elektrische Störungen auslöst.
Ein Beispiel für gerätespezifisches Verhalten ist die Chauvin Arnoux F205. Ihre Bedienungsanleitung beschreibt für eine Anlage, die zunächst keinen Strom führt, einen festen Auslöseschwellwert von 6 A. Bei einer bereits bestehenden Strombelastung wird der hierfür vorgesehene konfigurierte Schwellwert verwendet.
Diese Werte gelten für die beschriebene F205-Funktion. Andere Stromzangen besitzen andere Triggerbedingungen und Grenzwerte.
Auch der zeitliche Bezug ist entscheidend. Wird die Messung erst aktiviert, nachdem der Verbraucher eingeschaltet wurde, kann der relevante Einschalttransient bereits vorüber sein. Das Messgerät muss deshalb vor dem vorgesehenen Schaltvorgang in den geeigneten Bereitschaftszustand gebracht werden.
Bei wiederkehrenden Betriebsereignissen ist außerdem festzulegen, ob nur ein einzelner Start erfasst werden soll oder ob das Messgerät erneut auf einen späteren Überstrom warten muss. Die Art der Speicher- und Rücksetzfunktion kann je nach Modell unterschiedlich sein.
Ein angezeigter Inrush-Wert sollte daher immer zusammen mit dem eingestellten Modus, dem Triggerverhalten und der zugehörigen Zeitbasis dokumentiert werden.
10. Die Stromzange am richtigen Leiter ansetzen
Für eine konventionelle Laststrommessung wird die Stromzange um genau den Leiter gelegt, dessen Strom erfasst werden soll. Bei einer einphasigen Versorgung ist dies typischerweise der zu untersuchende Außenleiter. Bei einem Drehstromsystem kann eine Phase einzeln gemessen werden.
Wird ein komplettes Anschlusskabel mit Außenleiter und Rückleiter gleichzeitig umfasst, kompensieren sich die magnetischen Felder der entgegengesetzt fließenden Ströme weitgehend. Das Ergebnis ist für die normale Einschaltstrommessung deshalb nicht geeignet.
Eine ähnliche Situation entsteht, wenn bei einem symmetrischen Drehstromsystem alle drei Außenleiter gemeinsam umfasst werden. Die vektorielle Summe ihrer Ströme ist unter idealen Bedingungen null. Für die Erfassung des Einschaltstroms einer einzelnen Phase wird daher nur der entsprechende Leiter umschlossen.
Der Leiter sollte innerhalb der Zangenöffnung gemäß den Herstellerangaben positioniert sein. Die Zangenbacken müssen vollständig schließen. Verschmutzte oder beschädigte Kontaktflächen der Zangenbacken können bei bestimmten Messprinzipien zu zusätzlichen Fehlern führen.
Bei beengten Schaltschränken dürfen Leiter nicht allein zum Zweck der Messung unter unzulässiger mechanischer Belastung auseinandergebogen oder aus ihrer sicheren Verlegung gelöst werden.
Für wiederkehrende Messaufgaben kann ein geeigneter fest vorgesehener Messzugang sinnvoll sein. Die Auswahl und Installation solcher Lösungen muss den elektrischen Sicherheitsanforderungen entsprechen.
11. Messkategorie und Sicherheit im Schaltschrank beachten
Einschaltstrommessungen finden häufig an elektrischen Anlagen mit gefährlichen Spannungen und hohen verfügbaren Kurzschlussströmen statt. Die Verwendung einer Stromzange beseitigt diese Gefährdungen nicht.
Vor der Messung müssen die elektrische Anlage, der Zugang zum Leiter und die Eignung des Messgeräts beurteilt werden. Messungen an unter Spannung stehenden Teilen dürfen nur von entsprechend qualifizierten Personen und nach einem dafür geeigneten sicheren Arbeitsverfahren durchgeführt werden.
Die Messkategorie des Geräts muss zur jeweiligen Messstelle passen. CAT III betrifft typischerweise Messungen innerhalb fester elektrischer Installationen, beispielsweise an Verteilungen und fest installierten Maschinen. CAT IV betrifft den Bereich der Einspeisung beziehungsweise des Ursprungs einer Niederspannungsinstallation.
Die Messkategorie ist immer zusammen mit der zugehörigen Bemessungsspannung zu betrachten. Eine Angabe wie CAT IV 600 V hat eine andere Bedeutung als eine isolierte Angabe von 600 V ohne Messkategorie.
Die IEC 61010-2-032 behandelt besondere Sicherheitsanforderungen an handgeführte Stromsensoren für elektrische Mess- und Prüfaufgaben. Für die konkrete Anwendung sind darüber hinaus die Gerätekennzeichnung, Bedienungsanleitung und die jeweils geltenden Arbeitsschutzanforderungen maßgeblich.
Besonders wichtig sind der Zustand der Stromzange, die zulässige Annäherung an spannungsführende Teile, vorhandene Fingerschutzbereiche und die gegebenenfalls erforderliche persönliche Schutzausrüstung.
Auch Messleitungen und zusätzlich angeschlossene Zubehörteile müssen für die betreffende Spannung und Messkategorie geeignet sein. Ein Zubehörteil mit geringerer zulässiger Kategorie kann den sicheren Einsatzbereich der gesamten Messkombination begrenzen.
Ein elektrischer Schaltschrank darf nicht allein für eine Einschaltstrommessung improvisiert geöffnet oder verändert werden. Die notwendige Messstelle muss mit einem sicheren Zugang und einem geeigneten Arbeitsverfahren vorhanden sein.
12. AC, DC und überlagerte Stromanteile richtig messen
Nicht jede Stromzange kann alle Stromarten messen. Ein Gerät für reine Wechselstrommessung ist nicht automatisch geeignet, Gleichstrom oder einen überlagerten Gleichstromanteil zu erfassen.
Bei einem reinen AC-Messgerät wird ein dauerhafter Gleichanteil nicht als solcher erfasst. Ein DC-fähiges Messgerät mit geeigneter Sensortechnik kann dagegen auch Gleichstrom messen. AC+DC-Funktionen ermöglichen bei dafür ausgelegten Geräten die Bewertung eines Signals mit Wechsel- und Gleichanteilen.
Die tatsächlich verfügbaren Funktionen müssen für die jeweilige Betriebsart überprüft werden. Beispielsweise erlaubt die Chauvin Arnoux F205 laut Bedienungsanleitung TrueInrush-Messungen in AC- oder DC-Betriebsart, jedoch nicht im kombinierten AC+DC-Modus.
Für Gleichstrommessungen kann eine Nullpunktkorrektur erforderlich sein. Hall-basierte Messverfahren reagieren unter anderem auf verbleibende Magnetisierung und Nullpunktverschiebungen. Eine entsprechende Korrektur muss nach dem vorgesehenen Geräteverfahren erfolgen, bevor der zu untersuchende Leiter umschlossen wird.
Bei Netzteilen, Frequenzumrichtern und anderen leistungselektronischen Einrichtungen können Stromformen auftreten, die sich deutlich von einer sinusförmigen Wechselstromform unterscheiden. Die Messbandbreite und zulässigen Frequenzbereiche des Prüfgeräts sind dann besonders wichtig.
Eine Stromzange, die bei 50 Hz zuverlässig den Betriebsstrom misst, erfasst nicht automatisch beliebig schnelle Stromimpulse oder hochfrequente Schaltanteile korrekt.
13. Anlaufströme von Elektromotoren bewerten
Beim Einschalten eines Elektromotors hängt der Stromverlauf wesentlich von Motortyp, Anlaufverfahren, mechanischer Belastung und Versorgungsspannung ab.
Bei einem direkt am Netz gestarteten Asynchronmotor können hohe Ströme auftreten, solange der Rotor noch nicht ausreichend beschleunigt ist. Die Anlaufdauer hängt unter anderem von der Last, der Massenträgheit und dem verfügbaren Beschleunigungsmoment ab.
Eine Inrush-Messung kann den Strom unmittelbar nach dem Zuschalten erfassen. Für die Diagnose einer schwergängigen Maschine oder eines Motors mit ungewöhnlich langer Anlaufzeit kann jedoch eine zusätzliche zeitliche Aufzeichnung erforderlich sein.
Ein hoher Anfangsstrom allein beweist keinen Motorschaden. Entscheidend ist, ob Höhe und Dauer des Anlaufstroms unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen plausibel sind.
Auch das Anlaufverfahren verändert die Stromkurve. Ein Stern-Dreieck-Anlauf kann gegenüber einem Direktanlauf andere Stromverhältnisse erzeugen. Beim Umschalten zwischen den Betriebsarten können zusätzliche Transienten auftreten.
Sanftanlasser reduzieren beziehungsweise steuern die Spannung während des Starts und beeinflussen dadurch Strom und Drehmoment. Frequenzumrichter erzeugen wiederum andere Stromverläufe, deren Bewertung von der Messstelle und dem verwendeten Messverfahren abhängt.
Für eine aussagekräftige Diagnose sollten deshalb Anlaufverfahren, Lastzustand, Versorgungsspannung, gemessene Phase und Startdauer dokumentiert werden.
14. Einschaltströme von Transformatoren verstehen
Beim Einschalten eines Transformators kann der Magnetisierungsstrom kurzfristig sehr hohe Werte erreichen. Der zeitliche Verlauf hängt unter anderem vom Schaltzeitpunkt innerhalb der Spannungsschwingung und vom magnetischen Restzustand des Kerns ab.
Unter bestimmten Bedingungen kann der Strom stark unsymmetrisch verlaufen und über mehrere Perioden einen erheblichen transienten Anteil besitzen. Die erste Stromspitze kann dann deutlich von einem stationären sinusförmigen Strom abweichen.
Für diese Untersuchung kann die Peak-Funktion eine wichtige ergänzende Information liefern. Eine Inrush-Messung beschreibt dagegen den Effektivwert beziehungsweise die gerätespezifisch erfasste Größe im betreffenden Zeitfenster.
Ein einmaliger Schaltvorgang ist bei Transformatoren nicht zwangsläufig repräsentativ. Nach dem Ausschalten kann sich der magnetische Zustand verändern. Beim nächsten Zuschalten können deshalb andere Stromspitzen auftreten.
Für reproduzierbare Untersuchungen ist eine definierte Messfolge erforderlich. Dabei müssen Schaltzustand, Versorgung, Einschaltbedingungen und mögliche Schutzmaßnahmen berücksichtigt werden.
Wenn der genaue zeitliche Verlauf oder die Wechselwirkung mit einem Schutzorgan untersucht werden soll, kann eine Kurvenaufzeichnung notwendig sein. Ein einzelner Peak- oder Inrush-Wert reicht dann nicht zur vollständigen Beurteilung aus.
15. Netzteile und kapazitive Einschaltströme untersuchen
Bei Schaltnetzteilen, elektronischen Steuergeräten und anderen Verbrauchern mit Zwischenkreiskondensatoren können beim Einschalten sehr kurze Stromspitzen auftreten. Ursache ist unter anderem der Ladevorgang zunächst entladener Kondensatoren.
Die Höhe der Stromspitze hängt von der Netzimpedanz, dem Einschaltzeitpunkt, der internen Strombegrenzung und dem momentanen Ladezustand ab.
Ein kurzzeitiger hoher Peak-Wert muss deshalb nicht bedeuten, dass auch der Effektivstrom über 100 ms oder über eine Sekunde entsprechend hoch ist.
Besonders bei Schaltnetzteilen können mehrere unmittelbar aufeinanderfolgende Einschaltungen unterschiedliche Messwerte erzeugen. Bauteile zur Einschaltstrombegrenzung, etwa bestimmte temperaturabhängige Widerstände, können zwischen den Startvorgängen noch erwärmt sein.
Für eine belastbare Vergleichsmessung sollten daher die Zeit seit dem letzten Abschalten, der thermische Zustand und die Schaltbedingungen festgehalten werden.
Wenn beispielsweise mehrere Netzteile gleichzeitig zugeschaltet werden, können sich die Einschaltströme überlagern. Eine gestaffelte Zuschaltung kann die Belastung verändern, muss aber mit den elektrischen und funktionalen Anforderungen der Anlage vereinbar sein.
Eine reine Messung des Stromscheitels erlaubt noch keine Aussage darüber, ob eine bestehende Schutzkomponente korrekt dimensioniert ist. Dafür werden weitere Angaben zum Zeitverlauf, zur Energiebelastung und zum Schutzkonzept benötigt.
16. Einschaltströme im Drehstromsystem vergleichen
Bei einem dreiphasigen Verbraucher können die Stromverläufe der einzelnen Außenleiter während des Einschaltens unterschiedlich sein. Das gilt insbesondere für unsymmetrische transiente Vorgänge oder besondere Schaltbedingungen.
Eine einzelne Stromzange erfasst normalerweise nur den Strom des gerade umschlossenen Leiters. Wird zunächst L1 und anschließend L2 gemessen, handelt es sich um zwei unterschiedliche Startvorgänge.
Gerade bei Transformatoren oder anderen einschaltwinkelabhängigen Verbrauchern können die Bedingungen zwischen diesen Starts abweichen. Aus nacheinander gemessenen Einzelwerten darf deshalb nicht ohne Weiteres eine zeitgleiche dreiphasige Stromverteilung abgeleitet werden.
Für eine einfache Diagnose kann es trotzdem sinnvoll sein, die drei Außenleiter nacheinander unter möglichst vergleichbaren Bedingungen zu untersuchen. Die Aussagekraft der Ergebnisse muss dann entsprechend eingeordnet werden.
Soll dagegen die tatsächliche Unsymmetrie während desselben Schaltvorgangs analysiert werden, ist eine geeignete mehrkanalige und zeitlich synchronisierte Messung erforderlich.
Auch der Neutralleiterstrom kann je nach Anschlusskonzept und Last eine Rolle spielen. Dabei muss aber klar sein, welche Stromgröße untersucht wird. Die Summe mehrerer gemeinsam umschlossener Leiter ist nicht dasselbe wie der Einschaltstrom eines einzelnen Außenleiters.
17. Wann Oszilloskop oder Datenlogger erforderlich sind
Eine Stromzange mit Inrush-Funktion ist für viele Serviceaufgaben ausreichend. Sie zeigt einen definierten Messwert für den Einschaltvorgang und kann dadurch bei der Fehlersuche sehr hilfreich sein.
Wenn jedoch der genaue zeitliche Stromverlauf benötigt wird, kann eine weitergehende Aufzeichnung erforderlich sein. Das betrifft beispielsweise die Untersuchung mehrerer aufeinanderfolgender Stromspitzen, einer langen Beschleunigungsphase oder der zeitlichen Wechselwirkung zwischen Strom und Spannung.
Ein geeignetes Oszilloskop mit dafür zugelassenem Stromsensor oder ein entsprechender Transientenrekorder kann den Verlauf mit definierter zeitlicher Auflösung erfassen. Die Auswahl muss zu Stromhöhe, Frequenzanteilen, erforderlicher Aufzeichnungsdauer und elektrischer Sicherheit passen.
Ein herkömmlicher Datenlogger besitzt dagegen häufig wesentlich längere Aufzeichnungsintervalle. Ein Messintervall von einer Sekunde bildet einen Einschaltvorgang von wenigen Millisekunden nicht vollständig ab.
Auch bei einem Messgerät mit integrierter Datenloggerfunktion muss daher zwischen der normalen Langzeitaufzeichnung und einer besonderen Ereignis- oder Inrush-Erfassung unterschieden werden.
Ein Beispiel ist die bei ICS angebotene HT9023 von HT Instruments. Sie kombiniert unter anderem eine Dynamic-INRUSH-Funktion mit einer Datenloggerfunktion. Die reguläre Aufzeichnung mit wählbarem Integrationsintervall darf jedoch nicht mit der zeitlichen Auflösung der gesonderten Einschaltstromfunktion gleichgesetzt werden.
Für die Auswahl eines Messgeräts muss deshalb feststehen, ob ein einzelner Einschaltstromwert, ein Zeitverlauf oder eine synchronisierte Aufzeichnung mehrerer elektrischer Größen benötigt wird.
18. Einen reproduzierbaren Einschaltstromtest durchführen
Ein systematischer Prüfablauf verbessert die Vergleichbarkeit der Messwerte. Entscheidend ist, dass derselbe Verbraucher unter nachvollziehbaren Bedingungen untersucht wird und die Stromzange vor dem Einschaltvorgang korrekt vorbereitet ist.
Die folgende Vorgehensweise setzt einen geeigneten, sicher zugänglichen Messpunkt und die Durchführung durch qualifiziertes Fachpersonal voraus.
- Messaufgabe definieren: Festlegen, ob Scheitelwert, Inrush-Effektivwert, Anlaufdauer oder ein zeitlicher Stromverlauf benötigt wird.
- Elektrische Anlage beurteilen: Spannung, Messkategorie, Gefährdungen und sicheren Zugang zum zu messenden Leiter prüfen.
- Stromzange auswählen: Geeigneten Strombereich, AC-/DC-Fähigkeit, Messbandbreite und erforderliche Sonderfunktionen sicherstellen.
- Messstelle vorbereiten: Den vorgesehenen einzelnen Leiter identifizieren und die Stromzange nach dem freigegebenen sicheren Arbeitsverfahren ansetzen.
- Messmodus einstellen: Inrush-, Peak- oder Aufzeichnungsfunktion entsprechend dem Prüfziel aktivieren.
- Trigger prüfen: Schwellwert und Bereitschaftszustand kontrollieren, gegebenenfalls nach Anleitung konfigurieren.
- Startbedingungen dokumentieren: Betriebszustand, Last, Versorgungsspannung und Zeit seit dem letzten Einschalten erfassen, soweit relevant.
- Schaltvorgang durchführen: Verbraucher unter den vorgesehenen und sicher beherrschten Bedingungen einschalten.
- Messwerte erfassen: Inrush-Wert, gegebenenfalls PEAK+ und PEAK− sowie die verwendeten Messeinstellungen dokumentieren.
- Messung wiederholen: Soweit sicher und betrieblich zulässig, mehrere vergleichbare Starts durchführen und Unterschiede beurteilen.
- Ergebnisse bewerten: Messwerte mit Verbraucherdaten, Anlaufbedingungen und dem Verhalten der Schutzorgane vergleichen.
- Messstelle wiederherstellen: Prüfaufbau nach dem vorgesehenen Verfahren entfernen und den sicheren Anlagenzustand prüfen.
Bei einer Wiederholungsmessung müssen die Bedingungen möglichst vergleichbar sein. Das gilt beispielsweise für die mechanische Belastung eines Motors oder den thermischen Zustand einer Einschaltstrombegrenzung.
Wenn wiederholte Einschaltungen die Anlage, den Verbraucher oder das Schutzorgan unzulässig belasten könnten, darf die Messfolge nicht allein zur Erzeugung weiterer Messwerte fortgesetzt werden.
Die Prüfung dient der Diagnose unter sicheren Bedingungen. Sie ist keine Freigabe, Schutzfunktionen zu überbrücken oder unzulässige Schaltzustände herzustellen.
19. Messwerte mit Sicherungen und Schutzorganen richtig bewerten
Ein hoher Einschaltstrom kann dazu führen, dass Sicherungen oder andere Schutzorgane beim Start eines Verbrauchers ansprechen. Ob dies geschieht, hängt jedoch nicht allein vom höchsten Stromwert ab.
Bei Leitungsschutzschaltern wirken abhängig von Konstruktion und Auslösebereich thermische und magnetische Auslösemechanismen. Für die Bewertung sind Höhe und Dauer des Stroms sowie die konkrete Auslösecharakteristik relevant.
Bei Sicherungen spielen die Zeit-Strom-Kennlinie und gegebenenfalls die Energiebelastung eine wichtige Rolle. Die für eine bestimmte Zeitspanne relevante Stromquadratintegration lässt sich grundsätzlich ausdrücken als:
I²t = ∫ i²(t) dt
Die Integration erfolgt über das jeweils betrachtete Zeitintervall. Ein einzelner Peak-Wert oder ein nicht näher spezifizierter Inrush-Wert reicht nicht aus, um daraus allgemein das tatsächliche Ausschaltverhalten eines Schutzorgans abzuleiten.
Auch die Eigenschaften der versorgenden Leitung, der verfügbare Kurzschlussstrom, die Art des Verbrauchers und weitere Schutzanforderungen gehören zur Bewertung.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen einer Überstrom-Schutzeinrichtung und einem Fehlerstromschutzschalter. Ein Fehlerstromschutzschalter reagiert auf entsprechende Differenz- beziehungsweise Fehlerströme, nicht einfach auf einen hohen symmetrischen Laststrom. Einschaltbedingte Ableit- oder Differenzströme können jedoch eine eigene Fehlerursache darstellen.
Ein auslösendes Schutzorgan darf deshalb nicht allein aufgrund eines hohen gemessenen Einschaltstroms durch eine größere Ausführung ersetzt werden. Leitungsdimensionierung, Schutzbedingungen, Selektivität und zulässige Betriebsbedingungen müssen fachgerecht geprüft werden.
Eine weiterführende Betrachtung bietet der ICS-Fachbeitrag Einschaltstrom messen: Warum Sicherungen beim Start auslösen.
20. Messbereich, Bandbreite und Messunsicherheit berücksichtigen
Die Messgenauigkeit einer Stromzange hängt von der Messart und den Betriebsbedingungen ab. Ein Datenblatt kann unterschiedliche Genauigkeitsangaben für normale AC-/DC-Strommessung, Peak-Erfassung und Inrush-Messung enthalten.
Deshalb darf die Genauigkeit des normalen Betriebsstrombereichs nicht automatisch auf einen sehr kurzen Einschalttransienten übertragen werden.
Zu den relevanten Einflussgrößen zählen Messbereich, Auflösung, Frequenzbereich, Scheitelfaktor, Lage des Leiters, benachbarte Magnetfelder, Temperatur und gegebenenfalls das Nullpunktverhalten.
Auch der zeitliche Erfassungsbereich gehört dazu. Ein schneller Peak-Detektor kann einen anderen Stromanteil erfassen als eine langsamer aktualisierte Effektivwertanzeige.
Bei hohen Stromspitzen muss besonders auf mögliche Übersteuerung geachtet werden. Ein Gerät kann innerhalb des zulässigen Effektivstrombereichs betrieben werden und trotzdem durch einen zu hohen momentanen Scheitelwert an die Grenzen seiner Erfassung gelangen.
Wird ein Messwert mit einem anderen Prüfgerät verglichen, müssen daher dieselbe Messgröße und möglichst gleiche zeitliche Bedingungen vorliegen. Ein Peak-Wert darf nicht direkt als Messabweichung gegenüber einem Inrush-Effektivwert interpretiert werden.
Auch die Kalibrierung ist entsprechend abzugrenzen. Eine Kalibrierung der stationären AC-Strommessung bestätigt nicht automatisch die vollständige Genauigkeit der Ereigniserfassung eines beliebigen Einschalttransienten.
Wenn die Einschaltstromfunktion mit definierter Unsicherheit nachgewiesen werden muss, sind ein geeignetes Prüfverfahren und eine dafür qualifizierte Referenz erforderlich. Der Prüfbericht muss den Umfang und die berücksichtigten Signalformen beziehungsweise zeitlichen Bedingungen eindeutig beschreiben.
Für eine reine Instandhaltungsdiagnose genügt häufig eine geeignete und nachvollziehbar verwendete Messfunktion. Für detaillierte Vergleichs- oder Nachweismessungen können dagegen höhere Anforderungen an Zeitbasis, Kalibrierung und Messunsicherheit bestehen.
21. Typische Messfehler und Fehlinterpretationen erkennen
Bei der Einschaltstrommessung entstehen viele Fehler nicht durch einen defekten Sensor, sondern durch eine ungeeignete Messfunktion, falsche Triggerbedingungen oder eine unklare Zuordnung der erfassten Stromgröße.
Die folgende Tabelle zeigt häufige Beobachtungen und sinnvolle Prüfungen.
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Stromzange zeigt beim Start nur den normalen Betriebsstrom | Einschalttransient wird durch normale Anzeigeaktualisierung oder Mittelung nicht erfasst | Geeignete Inrush- oder Peak-Funktion vor dem Start aktivieren |
| Peak-Wert ist wesentlich höher als Inrush-Wert | Momentaner Scheitelwert und Effektivwert über ein Zeitfenster werden verglichen | Messgrößen, Fensterdauer und Kurvenform unterscheiden |
| Inrush-Funktion löst nicht aus | Trigger falsch eingestellt, Strom zu niedrig oder Messung zu spät aktiviert | Bereitschaftszustand und gerätespezifischen Auslöseschwellwert überprüfen |
| Messung zeigt nahezu null, obwohl der Verbraucher Strom aufnimmt | Mehrere Leiter gemeinsam umfasst oder falsche Messstelle gewählt | Einzelnen vorgesehenen Leiter identifizieren und korrekt umschließen |
| Messwert unterscheidet sich zwischen mehreren Starts deutlich | Andere Einschaltphase, thermischer Zustand, Last oder magnetische Remanenz | Startbedingungen dokumentieren und reproduzierbare Messfolge festlegen |
| Bei DC-Messung erscheint ohne Last ein Stromwert | Nullpunktversatz oder verbleibende Magnetisierung | DC-Nullpunktkorrektur nach Herstelleranleitung durchführen |
| Messwerte sind bei hohen Stromspitzen nicht plausibel | Übersteuerung, ungeeigneter Messbereich oder begrenzter Scheitelfaktor | Peak-Grenzen, Erfassungsbereich und Gerätespezifikation prüfen |
| Eine längere Anlaufphase erscheint nur als einzelner Inrush-Wert | Inrush-Fenster erfasst nur einen zeitlichen Ausschnitt | Geeignete Zeitverlaufsaufzeichnung einsetzen |
| Gespeicherte Daten enthalten keine kurzzeitigen Stromspitzen | Aufzeichnungsintervall oder Messbandbreite ungeeignet | Ereigniserfassung und normale Loggerfunktion getrennt überprüfen |
| Schutzorgan löst aus, obwohl Inrush-Wert unauffällig erscheint | Sehr kurze Spitze, andere Fehlerursache oder unzureichende zeitliche Erfassung | Schutzfunktion, Peak, Stromverlauf und gegebenenfalls Differenzstrom getrennt untersuchen |
Die Beobachtungen sind Diagnosehinweise und keine vollständige Fehlerbestimmung. Beispielsweise kann eine hohe Stromspitze technisch normal sein, während das eigentliche Problem in der unpassenden Abstimmung zwischen Verbraucher, Einschaltverfahren und Schutzkonzept liegt.
Eine zweckmäßige Fehlersuche beginnt deshalb bei der Frage, welcher Strom tatsächlich gemessen wurde. Erst danach werden die elektrische Ursache, der zeitliche Verlauf und die Auswirkung auf die Anlage bewertet.
22. Passende Stromzangen von ICS Schneider
22.1 Chauvin Arnoux F201: TrueInrush für grundlegende Einschaltstrommessungen
Die Chauvin Arnoux F201 Vielfachmesszange eignet sich für typische elektrische Mess- und Prüfaufgaben im Handwerk und in der Instandhaltung. Sie besitzt einen Strommessbereich bis 600 A AC und einen Umschließungsdurchmesser von 34 mm.
Zur Ausstattung gehören eine TrueInrush-Funktion sowie HOLD-, MIN- und MAX-Funktionen. Die F201 ist damit interessant, wenn insbesondere der Einschalt- beziehungsweise Anlaufstrom eines Verbrauchers unter passenden Bedingungen erfasst werden soll.
Die angegebene Messkategorie beträgt CAT IV 600 V. Bei der konkreten Anwendung sind außerdem die zulässigen Strom- und Spannungsgrenzen sowie die entsprechenden Herstelleranweisungen zu beachten.
Für Aufgaben, bei denen zusätzliche positive und negative Peak-Werte oder die Messung von Gleichströmen benötigt werden, muss eine dafür geeignete Ausführung ausgewählt werden.
22.2 Chauvin Arnoux F205: Inrush und Peak-Werte getrennt auswerten
Die Chauvin Arnoux F205 Vielfachmesszange eignet sich besonders für Messaufgaben, bei denen neben dem Einschaltstrom auch kurzzeitige Stromspitzen und unterschiedliche Stromarten untersucht werden sollen.
Sie ermöglicht AC- und DC-Strommessungen bis 600 A AC beziehungsweise 900 A DC und besitzt einen Umschließungsdurchmesser von 34 mm. Die F205 bietet TrueInrush sowie MIN-, MAX-, PEAK+- und PEAK−-Funktionen.
Nach der Bedienungsanleitung wird bei der TrueInrush-Funktion ein Ereignis über 100 ms erfasst und als Effektivwert ausgewertet. Die positiven und negativen Peak-Werte können anschließend separat angezeigt werden.
Damit eignet sich die F205 besonders zur praktischen Unterscheidung zwischen einem kurzzeitigen Scheitelwert und einem Inrush-Effektivwert. Die gerätespezifischen Grenzen der TrueInrush-Erfassung sind dabei zu beachten.
22.3 Chauvin Arnoux F406: Erweiterte Strommessung im industriellen Umfeld
Die Chauvin Arnoux F406 Vielfachmesszange ist für anspruchsvollere elektrische Messungen in Industrieanlagen geeignet. Sie besitzt einen Umschließungsdurchmesser von 48 mm und ermöglicht Strommessungen bis 1000 A AC beziehungsweise 1500 A DC.
Zur Ausstattung gehören TrueInrush, PEAK+ und PEAK− sowie weitere Analysefunktionen für elektrische Größen, Leistung und harmonische Verzerrungen.
Die größere Zangenöffnung und der erweiterte Strommessbereich sind insbesondere für entsprechend dimensionierte elektrische Anlagen interessant. Auch hier sind die zulässigen Betriebsbedingungen und die gesonderten Angaben für die jeweiligen Messfunktionen maßgeblich.
Für die Auswahl ist zu unterscheiden, ob nur ein Startstromwert benötigt wird oder ob zusätzlich Betriebsstrom, Spitzenwerte und weitere elektrische Parameter untersucht werden sollen.
22.4 HT Instruments HT9023: Einschaltstrom und erweiterte elektrische Analyse
Die HT Instruments HT9023 ist eine TRMS-Netzanalyse-Stromzange für AC-/DC-Messungen bis 1000 A. Neben allgemeinen Strom- und Spannungsmessungen unterstützt sie unter anderem Leistungsanalyse, Oberschwingungsmessung, Datenaufzeichnung und eine gesonderte Dynamic-INRUSH-Funktion.
Die HT9023 eignet sich damit für Aufgaben, bei denen Einschaltvorgänge im Zusammenhang mit weiteren elektrischen Betriebsgrößen untersucht werden sollen.
Die normale Datenloggerfunktion besitzt eigene zeitliche Aufzeichnungsintervalle und ist von der besonderen Einschaltstromerfassung zu unterscheiden. Für die Untersuchung sehr kurzer transienter Ereignisse muss daher gezielt geprüft werden, welche Funktion die erforderliche zeitliche Auflösung bietet.
Die Messkategorie beträgt CAT IV 600 V beziehungsweise CAT III 1000 V. Die konkrete elektrische Anwendung muss innerhalb der dafür freigegebenen Grenzen erfolgen.
Weitere geeignete Stromzangen, Vielfachmesszangen und Netzanalysatoren sind in der Kategorie Elektrische Mess- und Prüfgeräte sowie unter Vielfachmesszangen / AC/DC bei ICS Schneider erhältlich.
23. Fazit: Den Messwert immer zusammen mit seiner Zeitbasis beurteilen
Bei der Einschaltstrommessung entscheidet nicht allein die Höhe des angezeigten Stroms über die Aussagekraft. Peak, Inrush und MAX erfassen unterschiedliche Eigenschaften des Stromverlaufs. Ein momentaner Scheitelwert kann wesentlich höher sein als der Effektivwert über ein längeres Messfenster, ohne dass eines der Messergebnisse zwangsläufig falsch ist.
Für die Fehlersuche an Motoren, Transformatoren, Netzteilen und elektrischen Anlagen müssen daher Messart, Messfenster, Trigger und Startbedingungen zusammenpassen. Besonders wichtig ist die Kenntnis der gerätespezifischen Inrush-Funktion.
Ein hoher Einschaltstrom kann Teil des normalen Betriebsverhaltens sein. Für die technische Bewertung sind die zeitliche Dauer, die elektrische Versorgung, die Eigenschaften des Verbrauchers und das vorhandene Schutzkonzept zusätzlich zu berücksichtigen.
Bei einfachen Serviceaufgaben kann eine geeignete TrueInrush-Stromzange ausreichen. Sollen dagegen einzelne Stromspitzen, längere Anlaufverläufe oder mehrere elektrische Größen gleichzeitig untersucht werden, ist eine weitergehende Ereignis- beziehungsweise Zeitverlaufsaufzeichnung sinnvoll.
Messaufgabe festlegen → Stromzange und Messbereich auswählen → geeignete Messfunktion aktivieren → Trigger und Messfenster prüfen → einzelnen Leiter sicher erfassen → Einschaltvorgang messen → Peak und Effektivwert getrennt bewerten → Stromverlauf und Schutzkonzept beurteilen → Ergebnisse dokumentieren
Der wichtigste praktische Grundsatz lautet damit: Ein Einschaltstromwert ist nur dann eindeutig interpretierbar, wenn bekannt ist, welche elektrische Größe er beschreibt, über welchen Zeitraum sie erfasst wurde und unter welchen Bedingungen der Einschaltvorgang stattgefunden hat.
24. Häufige Fragen zur Einschaltstrommessung mit Stromzangen
24.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak und Inrush?
Peak bezeichnet den momentanen Scheitelwert eines Stromsignals. Inrush beschreibt eine gerätespezifische Einschaltstrommessung, häufig als Effektivwert über ein definiertes Messfenster. Beide Werte können beim selben Einschaltvorgang erheblich voneinander abweichen.
24.2 Welche Funktion sollte ich zum Messen eines Motoranlaufstroms verwenden?
Für eine erste Erfassung des erhöhten Stroms beim Einschalten ist eine geeignete Inrush- beziehungsweise TrueInrush-Funktion sinnvoll. Wenn die vollständige Anlaufdauer, mehrere Stromspitzen oder der zeitliche Verlauf benötigt werden, ist zusätzlich eine passende Aufzeichnung erforderlich.
24.3 Warum zeigt die Peak-Funktion einen höheren Strom als die Inrush-Funktion?
Die Peak-Funktion erfasst einen kurzzeitigen Scheitelwert. Die Inrush-Funktion berechnet je nach Gerät einen Effektivwert über eine festgelegte Zeitspanne. Hohe kurze Stromanteile können im zeitlich gemittelten Effektivwert zu einem deutlich niedrigeren Ergebnis führen.
24.4 Sind Peak und MAX bei einer Stromzange dasselbe?
Nein. MAX bezeichnet bei vielen Geräten den höchsten erfassten Effektivwert der gewählten Messfunktion. PEAK+ und PEAK− erfassen dagegen positive und negative momentane Scheitelwerte. Die genaue Bedeutung ist der Bedienungsanleitung zu entnehmen.
24.5 Warum ist das Messfenster für die Einschaltstrommessung wichtig?
Das Messfenster bestimmt, über welchen Zeitraum ein Effektivwert gebildet wird. Bei einem kurzzeitigen Stromstoß kann ein kurzes Fenster einen höheren Effektivwert liefern als ein längeres Fenster. Für die Vergleichbarkeit muss daher die jeweilige Fensterdauer bekannt sein.
24.6 Was bedeutet ein Inrush-Messfenster von 100 ms?
Bei 50 Hz entspricht ein Intervall von 100 ms fünf vollständigen Netzperioden. Wenn ein Gerät den Effektivwert über dieses Intervall berechnet, beeinflussen alle darin erfassten Stromanteile das Ergebnis. Die genaue zeitliche Erfassung und Triggerlogik sind gerätespezifisch.
24.7 Reicht eine normale True-RMS-Stromzange für Einschaltströme aus?
Nicht unbedingt. True-RMS beschreibt die Effektivwertberechnung, garantiert aber keine geeignete Erfassung sehr kurzer Ereignisse. Für eine gezielte Einschaltstrommessung sollte eine entsprechende Inrush-, Peak- oder Ereignisfunktion vorhanden sein.
24.8 Warum löst die Inrush-Funktion manchmal nicht aus?
Mögliche Ursachen sind eine zu hohe Triggerschwelle, ein ungeeigneter Messmodus, ein zu geringer Strom oder eine erst nach dem Einschalten aktivierte Messung. Das Triggerverfahren muss für die konkrete Stromzange überprüft werden.
24.9 Muss die Stromzange vor dem Einschalten aktiviert werden?
Ja, für eine ereignisgesteuerte Einschaltstrommessung muss das Gerät vor dem relevanten Schaltvorgang in den geeigneten Bereitschaftszustand gebracht werden. Andernfalls kann der kurze Stromstoß bereits vor der Messung vorbei sein.
24.10 Kann ich den Einschaltstrom über ein komplettes Anschlusskabel messen?
Bei einer üblichen Laststrommessung ist das nicht geeignet, wenn Hin- und Rückleiter gemeinsam umschlossen werden. Ihre magnetischen Wirkungen kompensieren sich weitgehend. Es muss der vorgesehene einzelne Leiter gemessen werden.
24.11 Kann eine AC-Stromzange auch DC-Einschaltströme erfassen?
Eine reine AC-Stromzange ist nicht für die Messung eines dauerhaften Gleichstroms geeignet. Für DC- oder kombinierte Stromanteile muss eine entsprechend geeignete Messzange verwendet werden. Ob die jeweilige Inrush-Funktion diese Stromart unterstützt, ist separat zu prüfen.
24.12 Warum unterscheiden sich die Einschaltströme bei mehreren Starts?
Bei Transformatoren kann der magnetische Restzustand und der Einschaltzeitpunkt eine Rolle spielen. Bei Netzteilen können Kondensatorladung und thermischer Zustand der Einschaltstrombegrenzung relevant sein. Bei Motoren beeinflussen auch Last und Startbedingungen das Ergebnis.
24.13 Wie messe ich den Einschaltstrom eines Drehstrommotors?
Mit einer üblichen Einzelstromzange wird der Strom eines Außenleiters erfasst. Für Vergleiche können weitere Phasen unter möglichst ähnlichen Bedingungen gemessen werden. Für eine zeitgleiche Bewertung aller Phasen ist eine geeignete mehrkanalige Messung erforderlich.
24.14 Kann ich mit einer Stromzange sehr kurze Stromspitzen messen?
Das hängt von Messbandbreite, Peak-Erfassungszeit und zulässigem Spitzenstrom des Geräts ab. Eine allgemeine Strommessfunktion reicht dafür nicht immer aus. Bei besonders schnellen Transienten kann eine geeignete Stromsonde mit Oszilloskop oder Transientenrekorder erforderlich sein.
24.15 Reicht ein hoher Peak-Wert als Erklärung für eine auslösende Sicherung?
Nicht allein. Schutzorgane reagieren entsprechend ihrer Konstruktion und Charakteristik auf bestimmte Strom- und Zeitbedingungen. Für die Bewertung sind daher Stromhöhe, Dauer, Schutzorgan, Leitungsbedingungen und das gesamte Schutzkonzept relevant.
24.16 Kann ich wegen eines hohen Einschaltstroms einfach eine größere Sicherung einbauen?
Nein. Eine Änderung der Schutzeinrichtung erfordert eine fachgerechte Prüfung von Leitungsschutz, Abschaltbedingungen, Kurzschlussverhältnissen, Selektivität und Herstelleranforderungen. Ein einzelner Einschaltstromwert rechtfertigt keine pauschale Vergrößerung.
24.17 Muss die Einschaltstromfunktion einer Stromzange gesondert kalibriert werden?
Wenn für die Inrush- oder Peak-Funktion eine definierte Messunsicherheit nachgewiesen werden soll, muss der Kalibrierumfang die entsprechende Messgröße und zeitliche Erfassung abdecken. Eine Kalibrierung der normalen AC-Strommessung bestätigt nicht automatisch sämtliche Eigenschaften der transienten Ereigniserfassung.
24.18 Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden die Art des Verbrauchers, die Versorgungsspannung, Netzfrequenz, AC-/DC-Stromart, erwarteter Betriebs- und Einschaltstrom sowie die ungefähre Dauer des Startvorgangs. Zusätzlich sind verfügbare Leiterabmessungen, Messkategorie, Zugänglichkeit der Messstelle und die gewünschte Messfunktion anzugeben. Für erweiterte Analysen sind Anforderungen an Peak-Erfassung, Inrush-Messfenster, Trigger, zeitliche Aufzeichnung, Mehrkanalmessung und gegebenenfalls Kalibrierung relevant.