Eine Stromzange ist immer ein Kompromiss aus primär drei Eigenschaften, die sich gegenseitig im Weg stehen: Größe, Bandbreite und Genauigkeit. Es sind die wichtigsten, aber nicht die einzigen. Mehr von der einen bedeutet zwangsläufig weniger von einer anderen. Eine Zange, die alle Eigenschaften gleichzeitig optimiert, lässt sich nicht bauen, da sie sich physikalisch gegenseitig begrenzen. Welcher Kompromiss zu welcher Anwendung passt, entscheidet immer die Messaufgabe.
Wie sehr der richtige Kompromiss von der Aufgabe abhängt, zeigt schon ein Blick in unser eigenes Regal. Allein für einen Nennstrom von 500 A umfasst das HIOKI-Portfolio über ein Dutzend verschiedener Stromsensoren. Betrachtet man davon nur einen einzigen Typ, nämlich AC/DC-Stromzangen auf Basis des Nullfluss-Prinzips mit Fluxgate-Detektor, so bleiben immer noch vier übrig: CT6834, CT6844A, CT6845A und das jüngste Mitglied der Familie, die HIOKI CT6705. Gleicher Nennstrom, gleiches Messprinzip, und trotzdem vier so unterschiedliche Zangen, dass keine die andere wirklich ersetzen kann.
Das magische Dreieck
Aus dem Projektmanagement kennt man das magische Dreieck: Zeit, Kosten, Qualität – alle drei zugleich gibt es nicht, etwas muss immer nachgeben. Stromzangen haben ihr eigenes magisches Dreieck, und seine Ecken heißen – mit dem Nennstrom als Basis – Größe, Bandbreite und Genauigkeit. Ganz so streng wie im Projektmanagement ist die Regel hier aber nicht, denn man bekommt nicht zwei Ecken geschenkt und verliert die dritte vollständig. Aber das Grundprinzip stimmt: Jede der drei Eigenschaften lässt sich verbessern, doch immer zulasten mindestens einer anderen.
Ein Beispiel ist der Leiterdurchmesser, den eine Zange aufnehmen kann. Vergleicht man die CT6844A mit der HIOKI CT6845A, sieht man den Zusammenhang sofort: Der größere Durchmesser (φ50 statt φ20 mm) geht mit der geringeren Bandbreite einher (200 statt 500 kHz). Genauigkeit und Nennstrom bleiben dabei gleich. Der größere Leiterdurchmesser ist erkauft, nicht geschenkt.
Faktor 30 – bei praktisch gleicher Größe
Manchmal verrät der Vergleich zweier Zangen mehr als jede Theorie. Die HIOKI CT6844A und die CT6705 sind praktisch gleich groß, 153 × 67 × 25 mm die eine, 163 × 67 × 23 mm die andere, und haben denselben Leiterdurchmesser (φ20 mm), denselben Nennstrom und dasselbe Fluxgate-Prinzip. Und doch reicht die CT6844A bis 500 kHz, die CT6705 bis 15 MHz. Faktor 30. Wie geht das?
Die Antwort hat nichts mit der Größe zu tun, sondern damit, wofür die beiden gebaut sind. Die CT6844A ist eine Stromzange für die Leistungsmessung. Jeder Stromsensor mit magnetischem Kern erzeugt zwangsläufig eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Messsignal, und bei der Leistungsmessung (P = U · I · cos φ) verfälscht genau die das Ergebnis, besonders bei kleinem Leistungsfaktor. Die CT6844A ist deshalb so konstruiert, dass diese Phasenverschiebung über einen relevanten Frequenzbereich zeitlich nahezu konstant bleibt. Das erlaubt es einem HIOKI-Leistungsanalysator, sie praktisch auf null zu korrigieren, bei der CT6844A bis hinauf zu 200 kHz. (Wie dieses Zusammenspiel aus Sensor und Analysator funktioniert, haben wir in einem eigenen Beitrag erklärt.)
Die CT6705 braucht das nicht. Sie ist für die Wellenformbetrachtung am Oszilloskop optimiert, etwa um in der Leistungselektronik-Entwicklung die Schaltflanken an einem Halbleiter zu bewerten. Dabei zählt vor allem eine schnelle Anstiegszeit, die sich aus der Bandbreite ergibt, und weniger die Phasentreue, auf die es bei der präzisen Leistungsberechnung ankommt.
Klein, weil es klein sein musste
Die HIOKI CT6834 verdankt ihre Existenz einem konkreten Problem. Kunden aus der Automobilindustrie kamen mit den verfügbaren Sensoren schlicht nicht mehr
um die eng verbauten Leiter herum – im Fahrzeug, auf dem Prüfstand. Nicht Genauigkeit oder Bandbreite war hier die Grenze, sondern der Raum.
Die CT6834 ist die Antwort darauf: ein ungewöhnlich flacher Messkopf von nur 16,5 mm Tiefe, der auch dort noch passt, wo für andere Zangen kein Platz mehr ist. Wie bei der CT6705 sitzt die Elektronik dabei nicht im Kopf, sondern in einer separaten Box am Kabel.
Klein heißt bei der CT6834 nicht ungenau. Mit ±0,07 % vom Messwert ist sie sogar die präziseste der vier, und diese Präzision spielt sie genau dort aus, wo es auf hohe Gleichstromgenauigkeit ankommt: etwa beim Laden und Entladen von Batterien, wo schon kleine Messfehler die Bilanz über viele Zyklen verfälschen. Ihren Preis zahlt sie an einer anderen Ecke des Dreiecks, bei der Bandbreite, die mit 50 kHz die schmalste im Quartett ist. Klein und hochpräzise zugleich ist also möglich. Nur eben nicht noch dazu breitbandig.
Fazit: die richtige Frage
Vier Zangen, ein Nennstrom, ein Messprinzip – und am Ende vier verschiedene Antworten darauf, was eine gute Strommessung ausmacht. Die CT6834 ist die Kompakte, die ihre Präzision selbst in den engsten Einbauraum mitnimmt. Die CT6844A und die CT6845A teilen sich eine Genauigkeitsklasse und trennen sich bei Leiterdurchmesser und Bandbreite. Und die CT6705 lässt die anderen drei bei der Bandbreite weit hinter sich – um den Preis genau der Phasentreue, die für die präzise Leistungsmessung unverzichtbar ist.
Keine dieser vier ist „die Beste“. Jede ist die Beste für etwas.
Genau deshalb suchen wir bei HIOKI nicht nach der einen, besten Stromzange – wir bauen die richtige für die jeweilige Aufgabe. Über ein Dutzend allein für 500 A. Und wenn Sie vor Ihrer nächsten Messung stehen, ist die hilfreichste Frage deshalb nicht „Welche Zange ist die beste von allen?“, sondern „Welche Zange brauche ich für meine Anwendung?“ Bei der Antwort helfen wir Ihnen gerne weiter. Sprechen Sie uns einfach an.
