Rekordstrommessung

30.000 A mit niederohmigen Shunts gemessen – 100.000 A sollen folgen

| Redakteur: Thomas Kuther

Das Unternehmen Isabellenhütte Heusler stößt bei der Shunt-Strommessung in den Hochstrombereich industrieller Anwendungen vor. Dem Unternehmen gelang die Messung von Strömen bis 30.000 A mit niederohmigen Shunts – als nächstes Ziel peilt das Unternehmen Strommessungen in einer Größenordnung von 100.000 A an.

Für einen Kunden aus dem Antriebssektor entwickelte die Isabellenhütte einen 1-µΩ-Shunt, der an einem Umrichter für Hochleistungsantriebe dauerhaft 30.000 A messen kann. Mit seinen massiven Kupfer-Anschlüssen eignet sich der kompakte Shunt für die direkte Montage im Stromschienensystem. Der Widerstandsbereich im Inneren wurde aus elektronenstrahlgeschweißtem Verbundmaterial Cu-Manganin-Cu gefertigt. Seitlich angebrachte Stahlplatten garantieren die mechanische Festigkeit und verhindern, dass externe Momente bei der Montage auf die Manganinstreifen übertragen werden.

Shunts mit exzellenten elektrischen Eigenschaften

Der innere Wärmewiderstand liegt unter 5 mK/W: Dadurch erhöht die maximale Verlustleistung im Spitzenstrombereich (900 W) bei 30.000 A die Widerstandsmaterial-Temperatur im Hot Spot nur um ca. 4,5 K.

Die elektrischen Eigenschaften sind mit den besten verfügbaren mΩ-Shunts vergleichbar:

  • Widerstand: 1 µΩ,
  • Temperaturkoeffizient TK: <20 ppm/K,
  • Thermospannung Uth gegen Cu (20 - 60 °C): <0,2 µV/K,
  • Langzeitstabilität dR/R (140 °C, 2000 h): <0,2%.

Mess-System erlaubt Überströme bis 300.000 A

Die 16-Bit-Messwerterfassung, Verarbeitung, Kalibrierung und Aufarbeitung erfolgt in einem innerhalb des Shunts montierten Mess-System mit Präzisionswandlern und Mikrocontroller.

Auch schnelle Signaländerungen werden erfasst

Die interne Abtastrate von 4 kHz erfasst auch schnell ablaufende Signaländerungen. Dank der direkten Montage des Mess-Systems am Shunt sind die EMV-Festigkeit sowie die Störsignal-Unterdrückung sehr gut. Der Temperaturkoeffizient wird über eine interne Temperaturerfassung von Shunt und Mess-System weitgehend eliminiert. Eine schnelle Bereichsumschaltung erlaubt es sogar, kurzzeitige Überströme bis zu 300.000 A zu erfassen.

Weitere Besonderheiten des Hochstrom-Messmoduls

Die Bandbreite des Messkanals wird durch ein analoges Low-Pass-Filter sowie ein zusätzliches, konfigurierbares digitales Filter auf ca. 500 Hz limitiert, um Aliasing-Effekte sicher zu vermeiden und dennoch DC- und 50/60-Hz-AC-Messungen zu ermöglichen. Das Hochstrom-Messmodul verbraucht einschließlich der Leistung für die Datenübertragung nur wenige Watt. Das IMV wird per Hochspannungskabel mit einem externen, galvanisch getrennten Netzteil mit Spannung versorgt. Die Isolationsfestigkeit beträgt 20 kV.

Schnelle, bidirektionale Datenübertragung

Die schnelle, bidirektionale Datenübertragung erfolgt standardmäßig über eine serielle Schnittstelle via optische Faser (Glas oder Kunststoff). Alternativ können die Daten auch über CAN-, Ethernet- oder weitere Schnittstellenarten übermittelt werden. Die sichere Datenübertragung enthält in der Standardversion ein Statusbyte, ein 16-Bit-CRC-Prüfwort, die Temperatur sowie die Stromwerte in den Bereichen 30 kA und 300 kA.

Je nach Kundenwunsch steht eine Gegenstelle zur Verfügung, die einerseits die isolierte Spannungsversorgung bereit stellt und andererseits das proprietäre interne Protokoll auf ein beliebiges externes Protokoll umsetzt – zum Beispiel auf standardisierte industrielle Bus-Systeme.

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