Funktionsweise und Vorteile einer Rogowskispule - Messungen bis 30 MHz

15.05.2018

Alle Messgeräte unterliegen physikalisch bedingten Einschränkungen. Diese Applikationshinweise sollen einige dieser Einschränkungen erklären und dem Anwender dabei helfen, die zahlreichen Vorteile der Rogowski-Stromwandler von PEM optimal zu nutzen. Was ist eine Rogowskispule?

Alle Messgeräte unterliegen physikalisch bedingten Einschränkungen. Diese Applikationshinweise sollen einige dieser Einschränkungen erklären und dem Anwender dabei helfen, die zahlreichen Vorteile der Rogowski-Stromwandler von PEM optimal zu nutzen.

Was ist eine Rogowskispule?

Ein Rogowski-Stromwandler wird zur Messung elektrischer Ströme verwendet. Er liefert eine zum gemessenen Strom proportionale Ausgangsspannung (z.B. 1mV/A). Die Ausgangsspannung folgt dem zeitlichen Verlauf des Stroms und kann daher den Stromverlauf auf einem Oszilloskop oder Messwerterfassungssystem abbilden.

Alternativ kann der Ausgang mit einem Digitalvoltmeter (DVM) verbunden werden, um so den Effektivwert des Stroms zu messen.

PEM stellt verschiedene Baureihen von Rogowski-Stromwandlern für die Messung von Strömen ab wenigen hundert mA bis zu hunderten kA her. Jeder Stromwandler besteht aus einer Rogowskispule und einem elektronischen Integrator, die durch eine Koaxialleitung verbunden sind.

Die Spule ist auf einem schlanken Kunststoffrohr kreisförmigen Querschnitts eng gewickelt und mit einer Isolierung umgeben. Sie wird um den Leiter oder Anlagenteil gelegt, der den zu messenden Strom führt. Ein Ende der Spule ist fest an der Verbindungsleitung angebracht. Das andere Ende ist frei, es wird normalerweise in eine Halterung an der Leistungsverbindung eingesteckt. Zum Anbringen am Leiter kann das freie Ende ausgesteckt und um den Leiter herum gelegt werden. Um die spezifizierten messtechnischen Eigenschaften zu erreichen, muss das freie Ende vollständig in den Verbinder eingesteckt werden.

Die Spule ist flexibel und kann daher zwischen eng angeordneten Leitern oder an schlecht zugänglichen Bauelementen angebracht werden. Die Schleife braucht nicht kreisförmig zu sein und der Strom braucht nicht genau mittig oder gleichförmig verteilt innerhalb der Schleife zu liegen.

Wie funktioniert eine Rogowskispule?

Die in einer Rogowskispule induzierte Spannung ist proportional zur zeitlichen Änderung des Stromflusses in einem von der Spule umschlossenen Leiter. Daher ist es erforderlich, die Spannung am Spulenausgang zu integrieren, um eine Spannung zu erhalten, die dem Strom proportional ist.

Die Spule mit N Windungen/m gleichförmig um einen nichtmagnetischen Formkern konstanter Querschnittsfläche A (m²) gewunden. Schließt man die so entstandene Spule zu einem geschlossenen Ring, folgt die darin induzierte Spannung e der Gleichung: e = m0*N*A*di/dt = H*di/dt wobei H (Vs/A) die Spulenempfindlichkeit und I der zu messende Strom im durch die Schleife führenden Leiter ist.

Die Schleife muss nicht kreisförmig sein und e ist von der Lage des zu messenden Stroms in der Schleife unabhängig. Um den zeitlichen Stromverlauf als Signal zur Anzeige auf einem Oszilloskop oder zur Messung mit einem DVM auszugeben, benötigt man nur eine Vorrichtung zur präzisen Integration der Spulenspannung, womit:

UA = 1/Ti*e*dt = Rsh*I wobei Ti = R0*C1 und Rsh = H/Ti die Empfindlichkeit des Stromwandlers in mV/A ergibt.

Wie ist eine Rogowskispule im Vergleich zu einem Stromtransformator zu sehen?

Die wesentliche Gemeinsamkeit mit einem Stromtransformator ist, dass ein Rogowski-Stromwandler einen Gleichstromanteil, nicht erfasst. Sie misst nur die Wechselstromanteile. Anders als Stromtrafos können Rogowksi-Stromwandler:

  • nicht von magnetischer Sättigung beeinträchtigt werden
  • große Überströme ohne Beschädigung verkraften (vorausgesetzt, die di/dt Grenzwerte werden nicht überschritten)
  • sehr große Ströme messen, ohne dass sich die Abmessungen des Stromwandlers vergrößern
  • eine sehr große Bandbreite erreichen
  • und natürlich sind sie flexibel, schlank, leicht anlegbar und einfach anzuwenden

Überblick an PEM Rogowskispulen-Serien:

Unterschieden werden kann in Rogowskispulen mit BNC-Ausgang und Spulen zur Festinstallation in Anlagen. Verschaffen Sie sich einen Überblick, welche Rogowskispule zu Ihrer Anwendung passt oder lassen Sie sich von unseren Produktexperten beraten und besprechen Sie Ihre Applikation. Mehr Informationen finden Sie unter www.admess.de