Leistung und Oberschwingungen mit der Stromzange prüfen: Wann eine einfache Ampere-Messung nicht reicht

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Eine Stromzange gehört zur Grundausstattung in Instandhaltung, Maschinenservice und Elektroinstallation. Sie ermöglicht eine schnelle Strommessung, ohne den Leiter aufzutrennen. Für eine erste Beurteilung der Anlagenlast ist das häufig ausreichend.

In modernen elektrischen Anlagen sagt der Stromwert allein jedoch immer weniger über die tatsächliche Belastung und den Energieverbrauch aus. Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, LED-Netzteile, USV-Anlagen, Ladegeräte und elektronische Steuerungen nehmen häufig keinen sinusförmigen Strom auf. Neben dem Effektivwert werden deshalb Wirkleistung, Scheinleistung, Leistungsfaktor, Scheitelfaktor und Oberschwingungen relevant.

Ein Verbraucher kann beispielsweise einen hohen Strom aufnehmen, ohne entsprechend viel Wirkleistung umzusetzen. Umgekehrt können Oberschwingungsströme Leitungen, Transformatoren und Neutralleiter zusätzlich erwärmen, obwohl die klassische Ampere-Messung noch keinen offensichtlichen Überlastzustand zeigt.

Dieser Beitrag erklärt, wann eine einfache TRMS-Stromzange genügt, wann eine Leistungsmesszange benötigt wird und wann für eine belastbare Netzqualitätsbewertung ein mehrkanaliger Leistungs- und Energieanalysator eingesetzt werden sollte.

Inhaltsverzeichnis

• Was eine reine Ampere-Messung aussagt
• Warum TRMS bei nichtlinearen Verbrauchern wichtig ist
• Wirk-, Blind- und Scheinleistung unterscheiden
• Leistungsfaktor und cos φ richtig bewerten
• Wie Oberschwingungen entstehen
• THD und einzelne Harmonische interpretieren
• Welche Probleme Oberschwingungen verursachen können
• Messungen an Frequenzumrichtern richtig einordnen
• Einphasige Leistung mit einer Stromzange messen
• Leistung im Drehstromnetz messen
• Stromzange und Spannungsleitungen richtig anschließen
• Momentaufnahme oder Langzeitaufzeichnung?
• Grenzen einer Leistungsmesszange
• Typische Mess- und Bewertungsfehler
• Praxisbeispiel: Hoher Strom an einer Maschine mit Frequenzumrichter
• Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
• Fazit
• Häufige Fragen zu Leistung und Oberschwingungen

Was eine reine Ampere-Messung aussagt

Eine Stromzange misst den Strom, der durch einen einzelnen Leiter fließt. Der Wert hilft unter anderem bei der Beurteilung von:

• Leiter- und Sicherungsbelastung
• Überlastung eines Motors
• Phasenunsymmetrie
• Einschaltstrom
• Stromaufnahme unterschiedlicher Betriebszustände
• fehlendem oder unterbrochenem Außenleiter

Für eine reine Überlastkontrolle kann der Stromwert bereits sehr hilfreich sein. Wird beispielsweise an einem Motorabgang ein dauerhaft höherer Strom als der zulässige Betriebsstrom gemessen, besteht unabhängig von der späteren Leistungsanalyse Handlungsbedarf.

Aus dem Strom allein lässt sich jedoch keine genaue Wirkleistung bestimmen. Dafür werden zusätzlich Spannung, Phasenverschiebung und bei verzerrten Signalen der tatsächliche zeitliche Verlauf von Spannung und Strom benötigt.

Die einfache Rechnung:

Leistung = Spannung × Strom

liefert bei Wechselstrom zunächst nur die Scheinleistung. Sie entspricht nicht automatisch der Leistung, die tatsächlich in mechanische Arbeit, Wärme oder Licht umgesetzt wird.

Warum TRMS bei nichtlinearen Verbrauchern wichtig ist

Bei einer idealen sinusförmigen Wechselgröße kann der Effektivwert aus dem Spitzenwert mit einem festen Faktor berechnet werden. Viele einfache Messgeräte arbeiten nach diesem Prinzip und sind auf sinusförmige Signale kalibriert.

Elektronische Verbraucher nehmen jedoch häufig stark verzerrte Ströme auf. Typische Beispiele sind:

• Frequenzumrichter
• Schaltnetzteile
• LED-Treiber
• USV-Anlagen
• Batterieladegeräte
• Gleichrichter und elektronische Leistungssteller

Ein TRMS-Messgerät ermittelt den tatsächlichen Effektivwert innerhalb seiner spezifizierten Bandbreite und seines zulässigen Scheitelfaktors. Dadurch kann es auch nichtsinusförmige Ströme wesentlich zuverlässiger bewerten als ein mittelwertbildendes Messgerät.

TRMS bedeutet jedoch nicht automatisch, dass das Gerät Oberschwingungen analysieren oder Leistung messen kann. Eine TRMS-Stromzange kann einen verzerrten Strom korrekt als Effektivwert anzeigen, ohne dessen Frequenzanteile aufzuschlüsseln.

Gerätefunktion	Aussage	Nicht automatisch enthalten
Normale Strommessung	Stromwert bei weitgehend sinusförmiger Kurvenform	Zuverlässige Messung stark verzerrter Signale
TRMS-Strommessung	Tatsächlicher Effektivwert innerhalb der Gerätegrenzen	Leistung, Leistungsfaktor und Harmonikspektrum
Leistungsmesszange	Strom, Spannung und Leistungsgrößen	Vollständige gleichzeitige Mehrphasen-Netzanalyse
Power-Quality-Analysator	Mehrkanalige Leistung, Energie, Netzqualität und Langzeitaufzeichnung	Automatische Behebung der erkannten Netzprobleme

Wirk-, Blind- und Scheinleistung unterscheiden

Für die Beurteilung eines Wechselstromverbrauchers müssen unterschiedliche Leistungsgrößen unterschieden werden.

Wirkleistung P

Die Wirkleistung wird in Watt beziehungsweise Kilowatt angegeben. Sie beschreibt den zeitlichen Mittelwert der tatsächlich umgesetzten elektrischen Leistung.

Die Wirkleistung wird beispielsweise in mechanische Arbeit, Wärme oder Licht umgesetzt und ist für Energieverbrauch und Betriebskosten besonders relevant.

Scheinleistung S

Die Scheinleistung wird in Voltampere beziehungsweise Kilovoltampere angegeben. Bei einem einphasigen System ergibt sie sich aus:

S = U_RMS × I_RMS

Die Scheinleistung ist für die Belastung von Leitungen, Transformatoren, Schaltgeräten und USV-Anlagen wichtig. Diese Komponenten müssen Spannung und Strom führen, unabhängig davon, welcher Anteil davon als Wirkleistung genutzt wird.

Blindleistung Q

Blindleistung wird in var beziehungsweise kvar angegeben. Bei sinusförmigen Verhältnissen entsteht sie durch die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom, beispielsweise an Motoren, Transformatoren oder Kondensatoren.

Bei stark verzerrten Kurvenformen lässt sich die gesamte Abweichung zwischen Wirk- und Scheinleistung nicht mehr ausschließlich durch eine klassische Phasenverschiebungsblindleistung erklären. Zusätzlich entsteht Verzerrungsleistung durch Oberschwingungen.

Messgröße	Einheit	Praktische Bedeutung
Wirkleistung P	W, kW	Tatsächlich umgesetzte Leistung und Energieverbrauch
Blindleistung Q	var, kvar	Zusätzliche Netzbelastung durch Phasenverschiebung
Scheinleistung S	VA, kVA	Gesamtbelastung von Leitungen und Betriebsmitteln

Leistungsfaktor und cos φ richtig bewerten

Der Leistungsfaktor beschreibt das Verhältnis von Wirkleistung zu Scheinleistung:

PF = P ÷ S

Ein Leistungsfaktor von 1 bedeutet, dass die gesamte Scheinleistung als Wirkleistung genutzt wird. Bei einem Leistungsfaktor von 0,65 wird dagegen nur ein Teil der elektrischen Belastung in Wirkleistung umgesetzt.

Beispiel für einen einphasigen Verbraucher:

• Spannung: 230 V
• Strom: 10 A
• Scheinleistung: 2.300 VA
• Leistungsfaktor: 0,65

Die Wirkleistung beträgt dann näherungsweise:

P = 2.300 VA × 0,65 = 1.495 W

Eine reine Strommessung und die Multiplikation mit 230 V hätte den tatsächlichen Leistungsbedarf in diesem Beispiel deutlich überschätzt.

Bei sinusförmigen Größen entspricht der Leistungsfaktor dem cos φ. Bei verzerrten Strömen muss jedoch unterschieden werden:

• cos φ: Phasenverschiebung zwischen den Grundschwingungen von Spannung und Strom
• Leistungsfaktor PF: Verhältnis der gesamten Wirkleistung zur gesamten Scheinleistung einschließlich Verzerrungen

Ein Verbraucher kann deshalb einen relativ guten cos φ, aber trotzdem einen deutlich schlechteren Gesamtleistungsfaktor besitzen. Ursache sind dann häufig Oberschwingungsströme und keine reine Phasenverschiebung.

Wie Oberschwingungen entstehen

In einem idealen Wechselspannungsnetz besitzen Spannung und Strom eine sinusförmige Grundschwingung, in Europa üblicherweise mit 50 Hz. Nichtlineare Verbraucher nehmen jedoch keinen proportionalen Strom über die gesamte Sinuskurve auf.

Ein einfaches Schaltnetzteil lädt beispielsweise seinen Zwischenkreiskondensator überwiegend in der Nähe der Spannungsspitzen. Statt eines gleichmäßigen Sinusstroms entstehen schmale Stromimpulse.

Diese verzerrte Kurvenform lässt sich mathematisch als Kombination aus Grundschwingung und ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz darstellen:

Ordnung	Frequenz bei 50 Hz
1. Harmonische	50 Hz – Grundschwingung
3. Harmonische	150 Hz
5. Harmonische	250 Hz
7. Harmonische	350 Hz
11. Harmonische	550 Hz

Welche Ordnungen besonders stark auftreten, hängt von der Schaltung und Betriebsweise des Verbrauchers ab. Sechspuls-Gleichrichter erzeugen typischerweise andere Harmonikspektren als einphasige Schaltnetzteile oder phasenanschnittgesteuerte Verbraucher.

Eine Stromzange mit Harmonikanalyse zerlegt das gemessene Signal in diese Frequenzanteile und zeigt deren Betrag oder prozentualen Anteil an.

THD und einzelne Harmonische interpretieren

Der Gesamtoberschwingungsgehalt wird häufig als THD angegeben. Unterschieden werden insbesondere:

• THD-I beziehungsweise THDi: Verzerrung des Stroms
• THD-U beziehungsweise THDu: Verzerrung der Spannung

Ein hoher THDi-Wert zeigt, dass der Verbraucher einen deutlich nichtsinusförmigen Strom aufnimmt. Das ist bei bestimmten elektronischen Verbrauchern nicht automatisch ein Defekt, kann aber die elektrische Anlage zusätzlich belasten.

Ein erhöhter THDu-Wert bedeutet, dass auch die Versorgungsspannung verzerrt ist. Dies kann entstehen, wenn hohe Oberschwingungsströme über die Netzimpedanz Spannungsabfälle verursachen.

Die alleinige THD-Zahl reicht für eine Ursachenanalyse häufig nicht aus. Zwei Anlagen können denselben Gesamtwert besitzen, obwohl bei der einen hauptsächlich die 3. Harmonische und bei der anderen die 5. und 7. Harmonische auftreten.

Für die Bewertung sollten deshalb betrachtet werden:

• Gesamt-THD
• Betrag der einzelnen Harmonischen
• Grundschwingungsstrom
• tatsächlicher TRMS-Strom
• Betriebszustand und angeschlossene Verbraucher
• Veränderung über die Zeit

Ein hoher prozentualer THD-Wert bei sehr kleiner Grundlast kann weniger kritisch sein als ein moderater THD-Wert bei mehreren hundert Ampere. Für die thermische Belastung ist immer auch der absolute Strom relevant.

Welche Probleme Oberschwingungen verursachen können

Oberschwingungen können elektrische Betriebsmittel zusätzlich belasten, obwohl die Anlage grundsätzlich funktioniert.

Mögliche Auswirkungen sind:

• zusätzliche Erwärmung von Kabeln und Transformatoren
• hohe Neutralleiterströme
• Überlastung von Kompensationskondensatoren
• Fehlauslösungen von Schutz- und Überwachungseinrichtungen
• erhöhte Verluste in Motoren und Transformatoren
• Brummen, Vibrationen oder Geräusche
• Beeinflussung empfindlicher elektronischer Geräte
• verzerrte Netzspannung

Besonders zu beachten sind Oberschwingungen der dritten Ordnung und deren Vielfache in Vierleitersystemen. Diese Anteile können sich im Neutralleiter addieren, statt sich wie die Grundschwingungsströme eines symmetrischen Drehstromsystems gegenseitig aufzuheben.

Der Neutralleiterstrom kann dadurch trotz ähnlicher Außenleiterströme unerwartet hoch sein. Eine reine Messung von L1, L2 und L3 reicht in solchen Anlagen nicht aus; der Neutralleiter sollte separat geprüft werden.

Auch Blindleistungskompensationsanlagen können durch Oberschwingungen belastet werden. Kondensatoren besitzen bei höheren Frequenzen eine niedrigere Impedanz und können dadurch überproportional hohe Oberschwingungsströme aufnehmen.

Messungen an Frequenzumrichtern richtig einordnen

Bei einer Maschine mit Frequenzumrichter muss klar unterschieden werden, ob auf der Netzseite oder auf der Motorseite gemessen wird.

Netzseite des Frequenzumrichters

Auf der Eingangsseite liegt die Netzgrundfrequenz an. Der vom Umrichter aufgenommene Strom kann durch den Gleichrichter und Zwischenkreis stark verzerrt sein.

Eine geeignete Leistungsmesszange kann hier unter Beachtung ihrer Bandbreite und Spezifikation unter anderem erfassen:

• TRMS-Eingangsstrom
• Wirk- und Scheinleistung
• Leistungsfaktor
• Stromoberschwingungen
• Energieverbrauch

Motorseite des Frequenzumrichters

Am Ausgang des Umrichters liegt keine normale sinusförmige Netzspannung vor. Die Motorspannung wird durch schnell geschaltete Pulsweitenmodulation erzeugt. Hohe Schaltfrequenzen, steile Flanken und Gleichtaktanteile können außerhalb der Bandbreite einer üblichen Strom- oder Leistungsmesszange liegen.

Ein stabil angezeigter Wert ist deshalb nicht automatisch ein genauer Motorleistungswert. Für Messungen auf der Umrichterausgangsseite muss das Messgerät ausdrücklich für PWM- beziehungsweise Frequenzumrichterausgänge geeignet sein.

Für die betriebliche Energieaufnahme einer Maschine ist die Messung auf der Netzseite häufig aussagekräftiger. Soll dagegen die elektrische Motorleistung oder der Wirkungsgrad des Antriebs bestimmt werden, ist ein dafür geeigneter mehrkanaliger Leistungsanalysator erforderlich.

Einphasige Leistung mit einer Stromzange messen

Für eine einphasige Leistungsmessung werden Strom und Spannung benötigt. Die Zange wird um den Außenleiter gelegt, während die Spannungsmessleitungen an Außenleiter und Neutralleiter angeschlossen werden.

Die Stromzange darf nur einen aktiven Leiter umfassen. Werden Außen- und Neutralleiter gemeinsam umfasst, heben sich deren Magnetfelder bei normalem Betrieb weitgehend auf und die Zange zeigt nur einen möglichen Differenzstrom.

Für eine korrekte positive Wirkleistungsanzeige müssen außerdem Stromrichtung und Spannungspolarität zusammenpassen. Viele Leistungsmesszangen besitzen eine Pfeilmarkierung auf den Zangenbacken.

Bei umgekehrter Zangenrichtung oder vertauschten Spannungsleitungen kann die Wirkleistung negativ angezeigt werden. Das ist nicht zwingend ein Gerätefehler, sondern weist häufig auf eine umgekehrte Bezugsrichtung hin.

Leistung im Drehstromnetz messen

Bei einem symmetrischen Drehstromsystem kann die Gesamtleistung aus einer Phasenmessung hochgerechnet werden. Für die Wirkleistung gilt näherungsweise:

P = √3 × U_LL × I × PF

Diese Berechnung setzt voraus, dass:

• die drei Phasenspannungen annähernd gleich sind
• die drei Phasenströme annähernd gleich sind
• die Leistungsfaktoren vergleichbar sind
• keine wesentliche Unsymmetrie vorliegt

Eine Leistungsmesszange wie der HT9023 kann für einphasige und symmetrische dreiphasige Systeme eingesetzt werden. Bestehen jedoch unterschiedliche Phasenströme, ein stark belasteter Neutralleiter oder einphasige Verbraucher auf mehreren Phasen, reicht eine hochgerechnete Einphasenmessung nicht aus.

In einem unsymmetrischen Drehstromsystem müssen alle relevanten Spannungen und Ströme gleichzeitig gemessen werden. Dafür ist ein mehrkanaliger Leistungsanalysator die geeignete Lösung.

Messsituation	Geeignetes Verfahren
Einphasiger Verbraucher	Leistungsmesszange mit Strom- und Spannungsmessung
Symmetrischer Drehstrommotor	Messung einer Phase und Hochrechnung gemäß Geräteverfahren
Unsymmetrische Drehstromverteilung	Gleichzeitiger Mehrkanal-Leistungsanalysator
Langzeitbewertung der gesamten Hauptverteilung	Dreiphasiger Energie- und Netzqualitätsanalysator

Stromzange und Spannungsleitungen richtig anschließen

Leistungs- und Oberschwingungsmessungen erfolgen häufig an offenen Verteilungen oder laufenden Maschinen. Sie dürfen deshalb nur von entsprechend qualifizierten Personen und unter Beachtung der betrieblichen Sicherheitsregeln durchgeführt werden.

Vor der Messung sind insbesondere zu prüfen:

• geeignete Messkategorie und Nennspannung des Geräts
• unbeschädigte Messleitungen und Prüfspitzen
• korrekte Zangenöffnung für den Leiter
• vollständig geschlossene und saubere Zangenbacken
• richtiger Anschluss der Spannungsleitungen
• richtige Stromrichtung
• ausreichender Abstand zu benachbarten aktiven Teilen

Der Leiter sollte möglichst mittig in der Zange liegen. Benachbarte stromführende Leiter, eine schräg geschlossene Zange oder Schmutz auf den Kontaktflächen können die Messung beeinflussen.

Bei Gleichstrom- oder AC+DC-Messungen ist vor dem Umschließen des Leiters gegebenenfalls ein Nullabgleich erforderlich. Restmagnetisierung der Zange kann besonders bei kleinen Gleichströmen zu einem Offset führen.

Momentaufnahme oder Langzeitaufzeichnung?

Eine einzelne Messung zeigt nur den Zustand zum Messzeitpunkt. Viele Last- und Netzprobleme treten jedoch abhängig von Produktion, Schichtbetrieb oder Schaltzustand auf.

Eine Aufzeichnung ist sinnvoll bei:

• sporadischer Überlastung
• unbekannten Lastspitzen
• wechselnder Maschinenbelegung
• Störungen zu bestimmten Tageszeiten
• Bewertung von Energieverbrauch und Leistungsfaktor
• Vergleich vor und nach einer Anlagenänderung

Der Aufzeichnungszeitraum muss den relevanten Betriebszyklus enthalten. Bei einer Maschine kann eine vollständige Produktionscharge genügen. Für eine Gebäudeverteilung kann dagegen eine Messung über mehrere Arbeitstage oder eine vollständige Woche erforderlich sein.

Bei der Interpretation ist zu beachten, ob das Gerät:

• Momentanwerte
• Mittelwerte über ein Intervall
• Minimal- und Maximalwerte
• kurze Spitzenwerte
• Oberschwingungen über die Zeit

speichert. Ein 15-Minuten-Mittelwert kann kurze Einschaltspitzen vollständig verdecken.

Grenzen einer Leistungsmesszange

Eine Leistungsmesszange ist ein sehr flexibles Diagnosegerät, ersetzt aber nicht in jeder Situation einen vollständigen Netzqualitätsanalysator.

Typische Grenzen sind:

• nur ein Stromkanal zur gleichen Zeit
• keine simultane Erfassung unsymmetrischer Phasen
• begrenzte Harmonischenordnung und Bandbreite
• begrenzte Erfassung schneller Transienten
• keine vollständige Bewertung von Spannungseinbrüchen und -überhöhungen
• eingeschränkte Eignung für PWM-Ausgänge
• begrenzte Synchronisation mehrerer Messstellen

Für eine schnelle Diagnose an einem einzelnen Verbraucher ist eine Leistungsmesszange häufig ideal. Für normorientierte Power-Quality-Untersuchungen, unsymmetrische Drehstromanlagen oder gleichzeitige Messungen an allen Phasen sollte dagegen ein mehrkanaliger Analysator verwendet werden.

Typische Mess- und Bewertungsfehler

Fehler	Mögliche Folge	Bessere Vorgehensweise
Leistung nur aus Nennspannung und Strom berechnet	Scheinleistung wird mit Wirkleistung verwechselt	Spannung, Strom und Leistungsfaktor gleichzeitig messen
Mittelwertbildende Zange an Frequenzumrichterlast verwendet	Falscher Effektivwert bei verzerrtem Strom	Geeignete TRMS-Stromzange einsetzen
TRMS mit Oberschwingungsanalyse gleichgesetzt	Kurvenform und Ursache der Verzerrung bleiben unbekannt	Gerät mit Harmonikspektrum und THD verwenden
Außen- und Neutralleiter gemeinsam umfasst	Nahezu null Ampere oder nur Differenzstrom angezeigt	Nur einen einzelnen Leiter mit der Zange umfassen
Zangenrichtung nicht beachtet	Negative Wirkleistung oder falsche Energieflussrichtung	Pfeilrichtung und Spannungspolarität prüfen
Symmetrische Hochrechnung bei unsymmetrischer Anlage	Fehlerhafte dreiphasige Gesamtleistung	Alle Phasen gleichzeitig messen
Nur THD-Prozentwert betrachtet	Absolute Strombelastung wird nicht berücksichtigt	THD, Grundschwingung und Gesamtstrom gemeinsam bewerten
Normale Leistungsmesszange am PWM-Motorausgang eingesetzt	Unzuverlässige Spannungs- und Leistungswerte	Ausdrücklich geeigneten Antriebsleistungsanalysator verwenden
Nur kurze Momentaufnahme durchgeführt	Lastspitzen und zeitabhängige Störungen bleiben unentdeckt	Messwerte über einen vollständigen Betriebszyklus aufzeichnen

Praxisbeispiel: Hoher Strom an einer Maschine mit Frequenzumrichter

Bei einer Produktionsmaschine wird an der Einspeisung ein Strom von 52 A gemessen. Der Nennstrom des Abgangs beträgt 63 A. Aufgrund des hohen Stromwerts vermutet der Betreiber eine starke mechanische Belastung des Antriebs.

Eine erneute Messung mit einer Leistungsmesszange erfasst neben dem TRMS-Strom auch Spannung, Wirkleistung, Scheinleistung und Leistungsfaktor. Dabei ergeben sich:

• Strom: 52 A
• weitgehend stabile Netzspannung
• deutlich geringere Wirkleistung als aus Spannung und Strom erwartet
• Gesamtleistungsfaktor von etwa 0,72
• erhöhter Strom-THD
• ausgeprägte 5. und 7. Stromharmonische

Die Messung zeigt, dass der hohe Leiterstrom nicht ausschließlich durch die mechanische Motorleistung verursacht wird. Der Eingangsgleichrichter des Frequenzumrichters nimmt einen verzerrten Strom auf und erhöht dadurch die Scheinleistung.

Eine zusätzliche Langzeitaufzeichnung über mehrere Produktionszyklen zeigt, dass die Wirkleistung weitgehend stabil bleibt. Der Strom steigt jedoch, wenn weitere elektronische Verbraucher am selben Anlagenteil zugeschaltet werden.

Daraufhin wird nicht nur der Motor, sondern die vollständige Einspeisung bewertet. Die Leitungs- und Transformatorbelastung wird anhand des tatsächlichen TRMS-Stroms kontrolliert. Gleichzeitig wird geprüft, ob eine Netzdrossel, ein aktives Frontend oder eine andere Maßnahme zur Reduzierung der Oberschwingungsbelastung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.

Das Beispiel zeigt, dass die ursprüngliche Ampere-Messung nicht falsch war. Sie war lediglich nicht ausreichend, um Ursache, Wirkleistung und Netzbelastung voneinander zu unterscheiden.

Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?

In der Kategorie Stromzangen und flexible Stromwandler finden Sie Geräte für AC- und DC-Strommessungen, TRMS-Messungen, Leckstromprüfungen sowie Leistungs- und Netzanalyse.

Für Geräte, die neben Strom auch Spannung, Leistung, Leistungsfaktor, Energie und teilweise Oberschwingungen erfassen, ist die Kategorie Leistungsmesszangen und Netzanalyse besonders relevant.

HT9023 für mobile Leistungs- und Oberschwingungsanalysen

Der HT9023 TRMS AC/DC Stromzangen-Leistungsanalysator kombiniert eine Stromzange mit Spannungs-, Leistungs-, Energie- und Harmonikanalyse.

Er misst AC-, DC- und AC+DC-Ströme bis 1.000 A und erfasst unter anderem:

• Wirk-, Blind- und Scheinleistung
• Wirk- und Blindenergie
• Leistungsfaktor und cos φ
• Strom- und Spannungsoberschwingungen bis zur 25. Ordnung
• THD von Strom und Spannung
• Einschaltströme
• Messwerte über eine integrierte Datenloggerfunktion

Das Gerät eignet sich für schnelle Prüfungen an einzelnen Verbrauchern sowie für Messungen in einphasigen und symmetrischen dreiphasigen Systemen. Über WLAN können gespeicherte beziehungsweise aktuelle Messwerte ausgewertet werden.

HT9020 für Leistungsmessungen ohne umfangreiche Aufzeichnung

Der HT9020 eignet sich für mobile AC/DC-TRMS-, Leistungs- und Harmonikanalysen, wenn keine umfangreiche WLAN- und Datenloggerfunktion des HT9023 benötigt wird.

Auch dieses Gerät kann Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie Oberschwingungen bis zur 25. Ordnung und den Gesamtoberschwingungsgehalt erfassen.

PQA 820 für vollständige dreiphasige Langzeitmessungen

Der PQA 820 ist ein mehrkanaliger Leistungs- und Netzqualitätsanalysator für gleichzeitige Messungen in ein- und dreiphasigen Systemen.

Mit vier Strom- und vier Spannungskanälen eignet sich das Gerät insbesondere für:

• unsymmetrische Drehstromanlagen
• gleichzeitige Messung aller Außenleiter und des Neutralleiters
• langfristige Energie- und Leistungsaufzeichnungen
• Oberschwingungsanalyse bis zur 50. Ordnung
• Bewertung von THD, Leistungsfaktor und Phasenbelastung

Ein mehrkanaliger Analysator ist die bessere Wahl, wenn nicht nur ein einzelner Verbraucher, sondern die vollständige Verteilung oder Netzqualität beurteilt werden soll.

ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl des geeigneten Messsystems. Benötigt werden Netzform, Nennspannung, maximaler Strom, Leiterdurchmesser, AC- oder DC-Anteile, symmetrische oder unsymmetrische Belastung, gewünschte Aufzeichnungsdauer sowie die Frage, ob nur Leistung oder auch Netzqualität und Oberschwingungen bewertet werden sollen.

Fazit: Strom, Leistung und Netzqualität sind unterschiedliche Messaufgaben

Eine einfache Ampere-Messung ist sinnvoll, um Leiterbelastung, Motorstrom und Phasenunterschiede schnell zu kontrollieren. Sie zeigt jedoch nicht, welcher Anteil der elektrischen Belastung tatsächlich als Wirkleistung genutzt wird.

Bei Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen und anderen nichtlinearen Verbrauchern ist eine TRMS-Messung erforderlich, um den Effektivwert verzerrter Ströme korrekt zu erfassen. TRMS allein liefert aber noch keine Aussage über Leistungsfaktor oder Oberschwingungsspektrum.

Eine Leistungsmesszange misst Strom und Spannung gemeinsam und kann daraus Wirk-, Blind- und Scheinleistung sowie den Leistungsfaktor bestimmen. Geräte mit Harmonikanalyse zeigen zusätzlich, welche Frequenzanteile die Strom- und Spannungskurve verzerren.

Für schnelle Prüfungen an einem einzelnen Verbraucher oder einem symmetrischen Drehstromsystem ist eine Stromzange wie der HT9023 besonders praxisgerecht. Bei unsymmetrischen Drehstromanlagen, Langzeitmessungen und umfassender Power-Quality-Analyse ist ein mehrkanaliger Analysator erforderlich.

Der entscheidende Punkt ist daher nicht, möglichst viele Ampere zu messen, sondern die Messgröße passend zur Fragestellung auszuwählen: Strom für die Leiterbelastung, Wirkleistung für den tatsächlichen Verbrauch, Scheinleistung für die Dimensionierung und Oberschwingungen für die Bewertung nichtlinearer Netzbelastungen.

Häufige Fragen zu Leistung und Oberschwingungen

Kann eine normale Stromzange die Wirkleistung messen?

Nein. Für die Wirkleistung müssen neben dem Strom auch Spannung und zeitliche Beziehung beziehungsweise Kurvenform beider Größen erfasst werden.

Kann die Leistung einfach aus 230 V mal Ampere berechnet werden?

Damit wird zunächst die Scheinleistung berechnet. Für die Wirkleistung muss zusätzlich der Leistungsfaktor berücksichtigt werden.

Was ist der Unterschied zwischen TRMS und Oberschwingungsanalyse?

TRMS liefert den tatsächlichen Effektivwert eines verzerrten Signals. Eine Oberschwingungsanalyse zerlegt das Signal zusätzlich in Grundschwingung und einzelne harmonische Frequenzanteile.

Ist ein hoher THD-Wert immer gefährlich?

Nicht automatisch. Der Wert muss gemeinsam mit dem absoluten Strom, der Anlagenbelastung und den einzelnen Harmonischen bewertet werden.

Warum kann der Neutralleiterstrom höher als erwartet sein?

Oberschwingungen der dritten Ordnung und deren Vielfache können sich im Neutralleiter addieren. Dies tritt besonders bei vielen einphasigen elektronischen Verbrauchern auf.

Was ist der Unterschied zwischen cos φ und Leistungsfaktor?

cos φ beschreibt hauptsächlich die Phasenverschiebung der Grundschwingung. Der Leistungsfaktor berücksichtigt zusätzlich die durch verzerrte Kurvenformen verursachte Belastung.

Kann der HT9023 ein komplettes unsymmetrisches Drehstromnetz messen?

Das Gerät ist für einphasige und symmetrische dreiphasige Systeme ausgelegt. Für unsymmetrische Systeme müssen alle Phasen gleichzeitig mit einem mehrkanaligen Analysator gemessen werden.

Kann eine Stromzange direkt am Ausgang eines Frequenzumrichters messen?

Nur wenn das Messgerät ausdrücklich für die dort auftretenden PWM-Signale, Frequenzen und Scheitelfaktoren geeignet ist. Eine normale Netzleistungsmesszange kann dort unzuverlässige Werte liefern.

Wo sollte die Leistung eines Frequenzumrichterantriebs gemessen werden?

Für den Energieverbrauch der Maschine ist häufig die Netzseite geeignet. Für eine genaue Bestimmung der Motorleistung oder des Umrichterwirkungsgrades ist ein spezieller mehrkanaliger Leistungsanalysator erforderlich.

Warum zeigt das Gerät eine negative Wirkleistung?

Häufig sind die Zangenrichtung oder die Polarität der Spannungsmessleitungen vertauscht. In rückspeisenden Anlagen kann ein negativer Wert allerdings auch einen realen Energiefluss zurück ins Netz anzeigen.

Muss die Zange nur um einen Leiter gelegt werden?

Ja. Werden Hin- und Rückleiter gemeinsam umfasst, heben sich deren Magnetfelder weitgehend auf. Dann wird nicht der Laststrom, sondern nur ein möglicher Differenzstrom gemessen.

Wann ist eine Langzeitaufzeichnung sinnvoll?

Sie ist sinnvoll bei schwankenden Lasten, sporadischen Störungen, unbekannten Spitzen, Schichtbetrieb sowie zur Bewertung von Energieverbrauch und Leistungsfaktor über einen vollständigen Betriebszyklus.

Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Geräteauswahl?

Benötigt werden Netzform, Spannung, Strombereich, Leiterdurchmesser, AC- oder DC-Anteile, Verbraucherart, symmetrische oder unsymmetrische Belastung, gewünschte Harmonikanalyse und erforderliche Aufzeichnungsdauer.