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Shunt
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Das Messen von Gleichströmen hoher Intensität ist mit herkömmlichen Messgeräten nicht ohne eine Komponente möglich, die das Signal an den Eingangsbereich des jeweiligen Geräts anpasst: Hier kommt der Strom-Shunt ins Spiel. Es handelt sich dabei um einen Präzisionswiderstand mit sehr niedrigem Ohmwert, der in Reihe in den Leistungskreis geschaltet wird und an seinen Klemmen einen Spannungsabfall erzeugt, der proportional zum durchfließenden Strom ist, typischerweise 50 mV, 60 mV, 75 mV oder 100 mV bei Vollausschlag. Dieses Millivolt-Signal wird dann vom angeschlossenen Amperemeter, Multimeter, Analogeingang einer SPS oder Verbrauchsmessgerät gelesen und in einen Stromwert in Ampere umgewandelt. Der Elexonik-Katalog umfasst Strom-Shunts mit Messbereichen von zehn bis zu mehreren tausend Ampere in verschiedenen Genauigkeitsklassen, die per Expresskurier in 3, 5 oder 7 Werktagen geliefert werden können.
Elexonik unterstützt Installateure, Wartungstechniker und Einkaufsleiter bei der Auswahl des korrekten Shunts für jede industrielle Überwachungsanwendung: Überprüfung des Nennstroms, des mit dem bereits installierten Gerät kompatiblen Spannungsabfalls und der für den jeweiligen Einsatzbereich erforderlichen Genauigkeitsklasse. Das technische Team steht zur Verfügung, um Varianten zu vergleichen, Produktkürzel zu interpretieren und die Kompatibilität vor der Auftragsabwicklung zu bestätigen, um Retouren und Verzögerungen bei der Inbetriebnahme zu vermeiden.
Strom-Shunt: Funktionsprinzip und technische Bedeutung
Der Shunt – dessen technische Bedeutung im elektrotechnischen Bereich wörtlich „Stromabzweiger“ ist – ist ein Präzisionswiderstand, der aus Metalllegierungen mit einem extrem niedrigen Temperaturkoeffizienten hergestellt wird, typischerweise Manganin (einer Legierung aus Kupfer, Mangan und Nickel), um sicherzustellen, dass der Ohmsche Wert auch bei Temperaturschwankungen durch den Joule-Effekt stabil bleibt. Dieser konstruktive Aspekt ist kein untergeordnetes Detail: Ein Shunt, der seinen Widerstand mit der Temperatur ändert, führt einen systematischen Fehler in die Messungen ein, was für Anwendungen zur Energieüberwachung oder Prozesssteuerung, die langfristige Genauigkeit erfordern, inakzeptabel ist.
Das Funktionsprinzip nutzt das Ohmsche Gesetz (V = I x R): Der Gesamtstrom des Hauptstromkreises fließt durch den Shunt und erzeugt an seinen Klemmen einen kleinen, proportionalen und präzise kalibrierten Spannungsabfall. Diese Spannung im Millivolt-Bereich wird vom angeschlossenen Messgerät gelesen, dessen Skala darauf kalibriert ist, diesen Wert in Ampere umzurechnen. Das Ergebnis ist, dass ein Instrument mit einem Endwert in mV Ströme sicher messen kann, die weit über seinen direkten Messbereich hinausgehen.
Shunts in Industriequalität werden mit einem Vierleiteranschluss nach der Kelvin-Technik konstruiert: zwei große Klemmen für den Leistungskreis und zwei kleine Spannungsmessklemmen für den Anschluss an das Messgerät. Diese Konfiguration eliminiert den Fehler, der durch den Widerstand der Kabel und Kontakte im Messkreis entsteht, und garantiert eine genaue Messung unabhängig von der Länge und dem Querschnitt der für den Anschluss an das Gerät verwendeten Leiter. Dies ist dieselbe Logik, die eine Widerstandsmessung in Vierleiterschaltung von einer in Zweileiterschaltung in einer Wheatstone-Brücke unterscheidet.
Die Shunts gehören zur Kategorie Prozesssteuerung, innerhalb der umfassenderen Struktur von Steuerung und Automatisierungverfügbar bei Elexonik.
Wie man den richtigen Strom-Shunt auswählt: Bedienungsanleitung zur Auswahl
Die Auswahl eines Shunts ist keine triviale Entscheidung. Wer bereits den Austausch eines Messgeräts in einer bestehenden Schalttafel verwaltet hat, weiß, dass ein falscher Parameter eine zweite Bestellung erzwingt, mit den entsprechenden Zeit- und Kostenfolgen. Die Überprüfung der folgenden Parametersequenz vor der Bestellung reduziert dieses Risiko auf null.
Zu prüfende Parameter vor der Bestellung
Überprüfen Sie den Nennstrom der Anwendung.Der Nennstrom des Shunts sollte so gewählt werden, dass die tatsächliche Last 80-100 % des Nennstrombereichs des Stromabzweigers entspricht. Ein Betrieb zu weit unter dem Endwert verringert die Messauflösung; ein Betrieb am Limit oder darüber hinaus kann den Shunt sättigen oder das angeschlossene Instrument beschädigen. Wenn die Last hohe Einschaltströme aufweist, beispielsweise bei einem Motor mit Direktanlauf, dimensionieren Sie den Shunt für den Spitzenstrom, nicht für den Betriebsstrom.
Überprüfen Sie den Nennspannungsabfall (mV) und die Kompatibilität mit dem bereits installierten Instrument.Der Wert des Spannungsabfalls bei Vollausschlag – typischerweise 50 mV, 60 mV, 75 mV oder 100 mV – muss exakt dem Vollausschlag in Millivolt des Eingangs des angeschlossenen Messgeräts entsprechen. Ein Schalttafel-Amperemeter, das auf einen 75-mV-Eingang kalibriert ist, kann nicht mit einem 60-mV-Shunt kombiniert werden, ohne einen systematischen Fehler von 20 % einzuführen. Überprüfen Sie vor der Bestellung im Datenblatt des vorhandenen Instruments, welcher Endwert in mV vorgesehen ist.
Überprüfen Sie die für die Anwendung erforderliche Genauigkeitsklasse.Die Genauigkeitsklasse gibt den maximalen Messfehler in Prozent des Endwerts an: Ein Shunt der Klasse 0,5 führt eine maximale Unsicherheit von ±0,5 % ein, eine Klasse 0,2 reduziert diese Marge weiter. Für Energieüberwachungsanwendungen ohne fiskalische Zwecke ist die Klasse 0,5 im Allgemeinen ausreichend. Wenn der Shunt in Verbindung mit Energiezählern für interne Abrechnungszwecke oder Überprüfungen verwendet wird, kann die erforderliche Klasse 0,2 oder besser sein und muss durch ein Kalibrierzertifikat gemäß den geltenden Vorschriften dokumentiert werden.
Überprüfen Sie die physischen Abmessungen und die Montageart.Industrieshunts werden typischerweise auf einer Basis mit Schraubbefestigung montiert. Überprüfen Sie vor der Bestellung den verfügbaren Platz im Schaltschrank und die Kompatibilität der physischen Abmessungen mit dem vorhandenen Gehäuse. Messen Sie bei einem Austausch in einer bereits gebauten Schalttafel den Platzbedarf der zu ersetzenden Komponente und vergleichen Sie ihn mit den im Datenblatt des neuen Shunts angegebenen Maßen.
Stellen Sie sicher, dass die Stromart der Anwendung Gleichstrom (DC) ist.Shunts sind Komponenten, die für die Messung von Gleichstrom ausgelegt sind. Sie sind nicht für die Messung von Wechselstrom geeignet, wofür Stromwandlervorgesehen sind. Wenn Sie an einer gemischten Anlage arbeiten oder Zweifel an der Stromart am Messpunkt haben, kontaktieren Sie das technische Team von Elexonik, bevor Sie mit der Bestellung fortfahren.
Häufige Fehler bei der Auswahl und beim Austausch von Shunts
Die meisten Fehler in dieser Kategorie betreffen nicht mangelnde technische Kompetenz, sondern die Unterschätzung von Parametern, die zum Zeitpunkt der Bestellung zweitrangig erscheinen und bei der Installation oder Inbetriebnahme zu konkreten Problemen werden.
Der Spannungsabfall entspricht nicht dem vorhandenen Instrument
Dies ist der häufigste Fehler beim Austausch eines Shunts in einer bestehenden Schalttafel. Der Einkäufer identifiziert einen Shunt mit dem korrekten Nennstrom und bestellt ihn, ohne den Spannungsabfall bei Vollausschlag zu prüfen. Wenn die neue Komponente eintrifft und installiert wird, liest das Schalttafel-Amperemeter einen systematisch falschen Wert, und die Ursache ist nicht sofort ersichtlich. Wenn ein Kunde uns kontaktiert, um einen Shunt auszutauschen, ist das Erste, was wir prüfen, die vollständige Artikelnummer der zu ersetzenden Komponente: In den Codes von Industrieshunts geben die Codes sowohl den Nennstrom als auch den Spannungsabfall bei Vollausschlag an, und deren Verwechslung führt genau zu diesem Szenario.
Unterschätzung des Stroms bei Lasten mit hohem Einschaltstrom
Bei Leitungen mit Gleichstrommotoren mit Direktanlauf kann der Einschaltstrom Vielfache des Nennbetriebsstroms erreichen. Ein nur auf den Betriebsstrom ausgelegter Shunt kann während des Anlaufs überlastet werden, was zu Erwärmung, Drift des Nennwiderstands und einer Verschlechterung der Genauigkeitsklasse im Laufe der Zeit führt. In diesen Kontexten muss die Kapazität des Shunts gegenüber dem Dauerbetriebsstrom überdimensioniert werden, wobei die erwarteten Stromspitzen und die Häufigkeit der Anläufe zu bewerten sind.
Genauigkeitsklasse nicht für den Nutzungskontext geeignet
Ein wiederkehrender Fehler bei Photovoltaikanlagen und Batteriespeichersystemen ist die Wahl eines Shunts der Klasse 1 für Anwendungen, bei denen sehr geringe Schwankungen des Entladestroms überwacht werden müssen. Eine unzureichende Genauigkeitsklasse führt in diesen Kontexten zu einer Unsicherheit, die die Überwachung unbrauchbar machen oder zu falschen Entscheidungen bei der Verwaltung der gespeicherten Energie führen kann. Prüfen Sie immer, ob der Kontext eine spezifische Genauigkeitsklasse erfordert, bevor Sie die Komponente auswählen.
Typische Anwendungen von Shunts in der industriellen Automatisierung
Der Stromabzweiger kommt immer dann zum Einsatz, wenn der zu messende Gleichstrom die direkte Kapazität der verfügbaren Instrumente überschreitet oder wenn der Leistungskreis aus Sicherheitsgründen oder aufgrund der Kompatibilität mit der Steuerelektronik physisch vom Messkreis getrennt werden muss.
Überwachung von Batteriebanken und USV-Systemen
In Batteriespeichersystemen für Industrieanlagen und großen unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) ist die Überwachung des Lade- und Entladestroms für das Energiemanagement und die Schätzung des Ladezustands unerlässlich. Die Ströme sind typischerweise Gleichströme und können Hunderte von Ampere erreichen: Ein Shunt mit angemessener Genauigkeitsklasse, kombiniert mit einem Messgerät mit mV-Eingang, stellt die Standardlösung für diese Art der Überwachung dar.
Photovoltaikanlagen und DC-Stromversorgungssysteme
Bei der Überwachung von Photovoltaikanlagen erfolgt die Messung des von den Paneelen erzeugten Stroms und des Eingangsstroms des Wechselrichters mit Gleichstrom. Die Shunts werden im DC-Zweig der Anlage installiert, um Stromverbrauchszähleroder analoge Eingänge von Datenerfassungssystemen mit einem mV-Ausgang zu versorgen, der mit den Eingangsbereichen der installierten Instrumente kompatibel ist.
Galvanische Prozesse und Schweißanlagen
Bei galvanischen Prozessen – Verchromen, Vernickeln, Verzinken – sind die Prozessströme kontinuierlich und hochintensiv, manchmal in der Größenordnung von Tausenden von Ampere bei großen Becken. Die präzise Steuerung des Stroms steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität der Abscheidung: Ein Shunt mit hoher Genauigkeitsklasse, kombiniert mit einem Schalttafel-Amperemeteroder einem analogen Eingang des Steuersystems, ermöglicht die Überwachung und Regelung des Prozessstroms in Echtzeit. Ähnliche Überlegungen gelten für Widerstandsschweißanlagen, bei denen die Steuerung des Schweißstroms die Qualität der Schweißnaht bestimmt.
Große DC-Motoren
Bei großen Gleichstrommotoren ist die Messung der Stromaufnahme sowohl für den Überlastschutz als auch für die Überwachung der Leistung im Zeitverlauf erforderlich. Die Shunts werden im Versorgungskreis des Motors installiert, wobei das Messgerät an die Spannungsmessklemmen angeschlossen ist. Dieses Schema ermöglicht es, den Messkreis vom Leistungskreis isoliert zu halten, mit offensichtlichen Vorteilen hinsichtlich der Sicherheit des Bedieners und des Schutzes der Instrumente.
Kompatibilität, Zubehör und verwandte Instrumente
Der Shunt fungiert nie als isolierte Komponente: Er ist immer Teil eines Messkreises, der das Lesegerät, die Anschlusskabel und in einigen Fällen weitere Schnittstellenelemente umfasst. Vor Abschluss der Spezifikation muss die Konsistenz der gesamten Messkette überprüft werden.
Die Verbindung zwischen dem Shunt und dem Lesegerät erfolgt über dedizierte Kabel für den Millivolt-Messkreis, die vom Leistungskreis getrennt und für den niedrigen Widerstand dimensioniert sein müssen. Eine übermäßige Länge der Messkabel kann parasitäre Spannungsabfälle einführen, die die Messgenauigkeit verschlechtern: In diesen Fällen wird die zuvor beschriebene Kelvin-Vierleitertechnik noch wichtiger.
Schalttafel-Amperemetermit Millivolt-Eingang sind das am häufigsten verwendete Lesegerät in Kombination mit Shunts. Multifunktions-Schalttafelmessgerätemit mV-Eingang ermöglichen das gleichzeitige Ablesen von Strom, Spannung und Leistung an der überwachten DC-Anlage. Für Anwendungen, die eine Integration in SPS- oder SCADA-Systeme erfordern, ermöglichen Signalwandler von mV auf 4-20 mA die Anpassung des Shunt-Ausgangs an den analogen Standardeingang von Steuerungssystemen.
Die Referenznormen für die Strommessung mit Shunts umfassen die IEC 62053-21 für Wechselstrom-Energiezähler (anwendbar auf Systeme, die Shunts auf der DC-Seite mit AC-Messung nachgeschaltet integrieren) und die IEC 61869-2 für Stromwandler, die in Kombination mit Messgeräten arbeiten. Für Messanwendungen zu Abrechnungs- oder fiskalischen Prüfzwecken muss die Genauigkeitsklasse des Shunts durch ein Kalibrierzertifikat gemäß den Anforderungen der MID-Richtlinie (2014/32/EU) für die an der Energiemesskette beteiligten Messmodule dokumentiert werden. Das Elexonik-Team unterstützt Kunden bei der Überprüfung der normativen Konformität der ausgewählten Instrumente in Bezug auf die Anforderungen der spezifischen Anwendung.
Für Anwendungen, die eine Wechselstrommessung erfordern, deckt die Kategorie Stromwandlerdie Anforderungen an die Signalanpassung im AC-Bereich ab. Für eine umfassendere Überwachung der elektrischen Größen in DC- und AC-Anlagen vervollständigen das Zubehör für Schalttafelmessgerätedie Installationen mit dedizierten Steckern, Adaptern und Halterungen.
Die verfügbaren Marken für Strom-Shunts
- Carlo Gavazzi- Strom-Shunts für Energieüberwachungsanwendungen und die Überwachung von DC-Anlagen, mit Bereichen, die mit ihren eigenen Multifunktions-Schalttafelmessgeräten kompatibel sind. Bestellbar mit technischem Pre-Sales-Support zur Überprüfung der Kompatibilität mit vorhandenen Messinstrumenten.
- Lovato- Stromabzweiger für Verteilertafeln und Industrieanlagen, mit einer breiten Palette an Kapazitäten und Standard-Spannungsabfällen. Lösungen, die häufig in Kombination mit ihren eigenen Schalttafel-Amperemetern zur Messung von Gleichströmen in Anlagen mittlerer und hoher Intensität verwendet werden.
- ABB- Shunts für Power-Quality-Monitoring und Energiemanagementanwendungen im Gleichstrombereich, mit zertifizierter Genauigkeitsklasse für die Kombination mit ihren Multifunktionsmessgeräten. Lösungen, die häufig von Systemintegratoren und Energiemanagementgesellschaften für Anlagen mit hohen Genauigkeitsanforderungen bestellt werden.
Häufig gestellte Fragen zu Strom-Shunts für industrielle Anwendungen
Wie überprüft man, ob der Shunt mit dem bereits in der Schalttafel installierten Schalttafel-Amperemeter kompatibel ist?
Der entscheidende Parameter ist der Nennspannungsabfall bei Vollausschlag: Der Millivolt-Wert des Shunts muss exakt dem mV-Vollausschlag des Amperemeter-Eingangs entsprechen. Dieser Wert ist im Datenblatt und oft auf dem Typenschild des Instruments angegeben. Wenn Sie einen Shunt in einer bestehenden Schalttafel austauschen, ohne das Lesegerät zu wechseln, suchen Sie nach der vollständigen Artikelnummer des zu ersetzenden Shunts: Sie enthält sowohl den Nennstrom als auch den Spannungsabfallwert. Wenn die Artikelnummer nicht lesbar oder die Komponente nicht mehr in Produktion ist, kann das Elexonik-Team Ihnen helfen, ein kompatibles Äquivalent auf der Grundlage der technischen Eigenschaften des in der Schalttafel vorhandenen Instruments zu identifizieren.
Was ist der Unterschied zwischen einem Shunt und einem Stromwandler und wann verwendet man was?
Der Shunt ist eine Komponente für die Gleichstrommessung (DC): Er wird in Reihe in den Stromkreis eingefügt und erzeugt einen Spannungsabfall in Millivolt, der proportional zum durchfließenden Strom ist. Der Stromwandler (TA) ist hingegen eine Komponente für die Wechselstrommessung (AC): Er arbeitet durch magnetische Induktion und erfordert kein Einfügen in Reihe in den Leistungskreis mit Unterbrechung des Leiters. Wenn der zu messende Stromkreis ein Gleichstromkreis ist, ist das korrekte Instrument der Shunt. Wenn es ein Wechselstromkreis ist, ist ein Stromwandler erforderlich. In gemischten Anlagen arbeiten die beiden Komponenten in unterschiedlichen Bereichen der Anlage und sind nicht austauschbar.
Wie wählt man die korrekte Genauigkeitsklasse für einen Shunt in einer Photovoltaikanlage oder einem Batteriespeichersystem aus?
Das hängt vom Nutzungskontext ab. Für die allgemeine Überwachung des Verbrauchs und der Produktion ohne Abrechnungszwecke ist eine Genauigkeitsklasse von 0,5 normalerweise ausreichend. Wenn die Messdaten für die Berichterstattung über die erzeugte Energie oder für die interne Abrechnung zwischen Abteilungen oder Produktionseinheiten verwendet werden, kann die erforderliche Klasse 0,2 oder höher sein, und das Kalibrierzertifikat wird zu einer dokumentarischen Anforderung. Für Speichersysteme, bei denen die Überwachung des Entladestroms für die Schätzung des Ladezustands kritisch ist, reduziert eine hohe Klasse den über die Zeit kumulierten Fehler und verbessert die Genauigkeit des Energiemanagements. Im Zweifelsfall kann das technische Team von Elexonik Sie über die für Ihre spezifische Anwendung geeignete Klasse beraten, bevor Sie die Bestellung bestätigen.
Ist es möglich, bei Elexonik einen zu einem nicht mehr produzierten Modell äquivalenten Shunt zu finden?
Ja, der Umgang mit nicht mehr produzierten oder schwer zu beschaffenden Komponenten ist ein konkreter Teil des von Elexonik angebotenen Dienstes. Wenn ein Kunde uns mit der Artikelnummer eines nicht mehr verfügbaren Shunts kontaktiert, prüfen wir die entscheidenden technischen Spezifikationen – Nennstrom, Spannungsabfall bei Vollausschlag, Genauigkeitsklasse, physische Abmessungen und Montageart – und identifizieren die im Katalog verfügbare äquivalente Variante. In vielen Fällen gibt es kompatible Ersatzprodukte mit denselben funktionalen Eigenschaften, aber einer anderen Artikelnummer. Sie können uns über die Kontaktseite mit der Artikelnummer der zu ersetzenden Komponente kontaktieren: Wir werden Ihnen mit der Kompatibilitätsprüfung antworten, bevor Sie die Bestellung aufgeben.
Technischer Support, Versand und Hilfe für Strom-Shunts
Um die Kompatibilität eines Shunts mit dem bereits in Ihrer Schalttafel installierten Messgerät zu überprüfen, ein Äquivalent für eine nicht mehr produzierte Komponente zu identifizieren oder Unterstützung beim Lesen der Artikelnummer eines Stromabzweigers zu erhalten, können Sie das Elexonik-Team über die Kontaktseitekontaktieren oder uns für eine schnelle Antwort direkt auf WhatsApp schreiben. Der technische Pre-Sales-Support ist operativ und konkret: Wir beschränken uns nicht darauf, auf den Katalog zu verweisen, sondern vergleichen Varianten und prüfen die Kompatibilität mit Ihrer Anlage, bevor wir die Bestellung bestätigen.
Neben der Lieferung neuer Komponenten bieten wir einen Reparatur- und technischen Assistenzdienstfür zahlreiche industrielle Instrumente und Komponenten an: eine nützliche Option, wenn ein Anlagenstillstand es nicht erlaubt, die Zeiten für ein nicht sofort verfügbares Ersatzteil abzuwarten. Die Details finden Sie auf der Seite für Reparaturen und technischen Support.
Der Versand erfolgt innerhalb von 3, 5 oder 7 Werktagenper Expresskurier, abhängig von der Verfügbarkeit des Produkts. Käufe sind durch eine Garantie gemäß den auf der Website veröffentlichten Verkaufsbedingungenabgedeckt. Um zu erfahren, wer wir sind und wie wir im Bereich der industriellen Automatisierung arbeiten, können Sie die Über-uns-Seitebesuchen.