Bei der Auswahl von Rogowski-Spulen für Strommessungen taucht häufig eine Frage auf: „Bestimmt der Spulendurchmesser, welche Ströme ich messen kann?" Die kurze Antwort lautet nein – aber es gibt eine wichtige Nuance. Während moderne Rogowski-Spulensysteme unabhängig von der Spulengröße einen weiten Strombereich messen können, hat die Beziehung zwischen Spulen- und Leiterdurchmesser einen erheblichen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Das Verständnis dieser Beziehung ist entscheidend für zuverlässige, qualitativ hochwertige Messungen.

Grundlagen der Rogowski-Spule

Rogowski-Spulen sind flexible Stromsensoren mit Luftkern, die nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeiten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Stromwandlern mit Eisenkern messen sie die Änderungsrate des Stroms (di/dt) und benötigen einen Integratorschaltkreis, um die tatsächliche Stromkurve zu reproduzieren. Dieses Luftkern-Design bietet erhebliche Vorteile:

• keine magnetische Sättigung,
• hervorragende Linearität,
• und die Fähigkeit, sehr große Ströme zu messen.

Diese Flexibilität im Design bedeutet jedoch auch, dass die richtige Spulenauswahl ein Verständnis dafür erfordert, wie physikalische Abmessungen die Messleistung beeinflussen.

Der NEO-Ansatz: Integrierte Intelligenz

Viele Rogowski-Spulen-Hersteller liefern Spulen mit separaten externen Integratoren. Obwohl funktionsfähig, hat dieser Ansatz bemerkenswerte Einschränkungen: Er erfordert eine externe Stromversorgung, und der Messbereich muss extern ausgewählt und manuell in der Software berücksichtigt werden. Dies führt zu potentiellen Konfigurationsfehlern und erschwert den Messaufbau.

NEO Messtechnik verfolgt einen anderen Ansatz, indem der Integratorschaltkreis direkt im Messgerät integriert wird.

Dieses Design bietet mehrere wesentliche Vorteile:

• Keine externe Stromversorgung erforderlich – vereinfachter Aufbau und reduzierte Fehlerquellen
• Weiter Messbereich unabhängig von Spulenlänge und -durchmesser – von kleinen bis sehr großen Strömen
• Automatische Bereichswahl in der Software – eliminiert manuelle Skalierungsfehler und Konfigurationsfehler
• Flexible Messfähigkeit – NEO Messtechnik bietet 15 Messbereiche von 30A bis 120.000A

Diese Architektur bedeutet, dass Sie aus technischer Sicht jeden Rogowski-Spulendurchmesser verwenden können, um Ströme über das gesamte Spektrum zu messen. Eine FLEX-MINI-300 mit 45 mm Innendurchmesser kann theoretisch die gleichen Ströme messen wie eine FLEX-6000 mit 250 mm Innendurchmesser. Diese technische Fähigkeit erzählt jedoch nicht die ganze Geschichte über die Messleistung.

NEO Messtechnik's Kalibriervorteil: Über die Standardgenauigkeit hinaus

Während der integrierte Integrator Flexibilität und Komfort bietet, geht NEO Messtechnik mit umfassender Sensorkalibrierung noch einen Schritt weiter. Jede von uns gelieferte Rogowski-Spule durchläuft zwei verschiedene Kalibrierprozesse, die die Messpräzision deutlich über die Standard-Herstellerspezifikationen hinaus verbessern.

Frequenzabhängige Kalibrierung

Rogowski-Spulen können, wie alle AC-Stromsensoren, frequenzabhängiges Verhalten aufweisen – leichte Schwankungen im Amplitudengang und in der Phasenverschiebung bei verschiedenen Frequenzen. Wir kalibrieren jeden Sensor über seine gesamte Frequenzbandbreite und korrigieren frequenzabhängige Phasenverschiebung und Amplitudendämpfung. Dies gewährleistet hohe Präzision, egal ob Sie 50/60Hz Netzfrequenz, Frequenzumrichter bei mehreren hundert Hz oder Hochfrequenz-Schalttransienten bis über 100 kHz messen.

Messbereichsabhängige Kalibrierung

Über die Frequenzkorrektur hinaus führen wir eine Mehrpunkt-Kalibrierung über jeden Messbereich durch. Anstatt an einem einzelnen Nennpunkt zu kalibrieren, wird jeder Sensor an sechs Punkten (2%, 10%, 30%, 50%, 80% und 100%) des Nennbereichs kalibriert.

Das Ergebnis: NEO-kalibrierte Rogowski-Spulen erreichen typischerweise eine Genauigkeit von 0,3% vom Messwert oder besser über ihren Messbereich, verglichen mit der Standardspezifikation von unkalibrierten Spulen.

Weitere Informationen: Alle Sensoren werden mit einer Standardkalibrierung geliefert, die die Genauigkeit im Vergleich zu den Nennspezifikationen verbessert, während die NEO-Kalibrierung an jedem einzelnen Sensor durchgeführt wird und separat bestellt werden muss. 

Der entscheidende Faktor: Verhältnis von Leiter- zu Spulendurchmesser

Während unser integrierter Ansatz es jeder Spule ermöglicht, einen weiten Strombereich zu messen, hat die physikalische Beziehung zwischen dem zu messenden Leiter und dem Spulendurchmesser einen erheblichen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Insbesondere wenn der Leiterdurchmesser im Vergleich zum Spulendurchmesser sehr klein ist, treten zwei genauigkeitsmindernde Effekte auf:

Positionsempfindlichkeit

Rogowski-Spulen sind so konstruiert, dass sie Strom unabhängig von der Leiterposition innerhalb der Spulenschleife messen – theoretisch. In der Praxis bedeuten Fertigungsschwankungen in der Wicklungsdichte und im Spulenquerschnitt, dass die Sensorausgabe leicht variiert, je nachdem, wo sich der Leiter in der Spule befindet. Wenn der Leiter im Verhältnis zur Spule klein ist, können selbst geringfügige Positionsänderungen die Messung erheblich beeinflussen.

Betrachten Sie die praktischen Auswirkungen: Ein 10-mm-Leiter in einer 250-mm-Spule kann sich während der Installation oder aufgrund thermischer Ausdehnung leicht verschieben. Jede Positionsänderung führt zu einem Messfehler. Derselbe 10-mm-Leiter in einer 45-mm-Spule ist von Natur aus zentrierter und stabiler, mit weniger Möglichkeit für Positionsschwankungen.

Als Faustregel nehmen positionsabhängige Genauigkeitsfehler zu, wenn das Spulen-Leiter-Verhältnis größer wird. Kleine Leiter in übergroßen Spulen können je nach Position Genauigkeitsschwankungen von mehreren Prozentpunkten aufweisen, während richtig angepasste Spulengrößen die Positionsfehler typischerweise deutlich unter 1% halten.

Deshalb ist es wichtig, dass der Unterschied zwischen Leiter- und Spulendurchmesser nicht zu groß ist, um konsistente, zuverlässige Messungen zu gewährleisten.

Kritische Positionszonen

Nicht alle Positionen innerhalb einer Rogowski-Spule sind gleich. Der Bereich, in dem die Spule zusammengeklipst wird – der Abschlusspunkt – stellt das Worst-Case-Szenario für Positionsgenauigkeit dar. Dies ist auf die notwendige Diskontinuität in der Wicklung an dieser Verbindungsstelle zurückzuführen. Bei kleinen Leiter-Spulen-Verhältnissen wird es zunehmend wichtig, den Leiter von diesem Abschlussbereich fernzuhalten. Mit einer richtig dimensionierten Spule bleibt der Leiter natürlich näher an der Mitte, wodurch eine versehentliche Platzierung in problematischen Zonen weniger wahrscheinlich wird.

Externe Störunterdrückung

Rogowski-Spulen verfügen über Konstruktionsmerkmale, um Ströme in Leitern außerhalb der Messschleife zu unterdrücken. Wenn jedoch ein kleiner Leiter, der den zu messenden Strom führt, in einer großen Spule sitzt, können nahe externe Leiter leichter Störungen erzeugen. Dies bedeutet, dass die Genauigkeit um bis zu 1% reduziert werden kann. Die Wirksamkeit der Gleichtaktunterdrückung der Spule hängt teilweise von der geometrischen Beziehung zwischen dem gemessenen Leiter und der Spule selbst ab. Ein besser angepasstes Leiter-Spulen-Verhältnis verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und macht die Störunterdrückungsmechanismen der Spule effektiver.

Praktische Auswahlrichtlinien

Basierend auf diesen Genauigkeitsüberlegungen sollten Sie die Rogowski-Spulenauswahl für Ihre Anwendung wie folgt angehen:

Spule an Leitergröße anpassen

Beginnen Sie mit der Messung oder Schätzung Ihres Leiterdurchmessers:

• Kleine Leiter (bis ~45mm): FLEX-MINI-300 (170mm Spulenlänge, 45mm Innendurchmesser)
  • Optimal für Kabel, kleine Sammelschienen und Standard-Stromleiter
  • Bietet beste Genauigkeit für typische industrielle und kommerzielle Anwendungen
• Mittlere Leiter (50-125mm): FLEX-3000 (450mm Spulenlänge, 125mm Innendurchmesser)
  • Gut geeignet für größere Kabel, mittlere Sammelschienen und Transformatoranschlüsse
  • Gleicht Flexibilität mit Genauigkeit für industrielle Stromversorgungssysteme aus
• Große Leiter (125-250mm): FLEX-6000 (800mm Spulenlänge, 250mm Innendurchmesser)
  • Entwickelt für große Sammelschienen, Generatoranschlüsse und Hochleistungsanwendungen
  • Behält Genauigkeit auch bei den größten Leitern bei

Berücksichtigen Sie Ihre Installation

Neben der Leitergröße sollten Sie an die physische Installation denken:

• Zugangsbeschränkungen: Manchmal ist eine größere, flexiblere Spule einfach notwendig, um die Installation zu umfassen, auch wenn eine kleinere Spule bessere Genauigkeit bieten würde
• Mehrleiter-Messungen: Bei der Messung mehrerer Leiter in unmittelbarer Nähe wird die Positionierung noch kritischer
• Permanent vs. temporär: Permanente Installationen profitieren mehr von optimaler Dimensionierung, da die Positionierung fixiert wird

Strombereiche überprüfen

Während alle NEO Rogowski-Spulen von 30A bis 120.000A (über 15 wählbare Bereiche) messen können, bestätigen Sie, dass Ihr erwarteter Strom bequem in diesen Bereich fällt. Für Anwendungen an den extremen Enden dieses Spektrums kontaktieren Sie den NEO Messtechnik Support , um die optimale Konfiguration zu besprechen.

Zusätzliche Genauigkeitsfaktoren

Über das Leiter-Spulen-Verhältnis hinaus beeinflussen mehrere andere Faktoren die Rogowski-Spulen-Messgenauigkeit:

• Externe Störungen vermeiden von anderen Leitern, wenn die Spule zu nah an anderen Leitern ist.
• Spulenintegrität: Stellen Sie sicher, dass der Spulenschließmechanismus ordnungsgemäß eingerastet ist. Eine unvollständig geschlossene Spulenschleife erzeugt unabhängig von der Dimensionierung erhebliche Messfehler.
• Kabelführung: Halten Sie das Ausgangskabel der Rogowski-Spule von Hochspannungsleitern und Quellen elektromagnetischer Störungen fern. Während die Spule selbst eine gute Gleichtaktunterdrückung aufweist, kann das Ausgangskabel dennoch Störungen aufnehmen.
• Temperaturstabilität: Alle NEO Rogowski-Spulen haben niedrige Temperaturkoeffizienten (typischerweise ≤0,1% pro 10°C), aber für anspruchsvollste Anwendungen lassen Sie das Messsystem bei der Betriebstemperatur stabilisieren, bevor Sie kritische Messungen durchführen.
• Kalibrierung: NEO Rogowski-Spulen sind werkseitig kalibriert, und bei ordnungsgemäßer Verwendung bleibt diese Kalibrierung stabil. Für kritische Anwendungen oder wo absolute Genauigkeit erforderlich ist, sind jedoch regelmäßige Rekalibrierungs-Services verfügbar.

Fazit

Die Flexibilität von NEO's Rogowski-Spulensystem – mit integrierter Integration, automatischer Bereichswahl und weiter Messfähigkeit – bedeutet, dass Sie echte Optionen bei der Spulenauswahl haben. Die technische Fähigkeit besteht, jeden Strom im unterstützten Bereich mit jedem Spulendurchmesser zu messen. Für optimale Genauigkeit ist das Schlüsselprinzip jedoch einfach: Passen Sie Ihren Spulendurchmesser an Ihre Leitergröße an und stellen Sie sicher, dass der Unterschied zwischen Leiter- und Spulendurchmesser nicht zu groß ist.

Im Zweifelsfall bietet die Wahl einer kleineren Spule, die zu Ihrem Leiter passt, bessere Genauigkeit als eine Überdimensionierung. Das einzige Szenario, in dem eine größere Spule vorzuziehen ist, ist wenn physischer Zugang oder Installationsbeschränkungen dies erforderlich machen – und selbst dann kann sorgfältige Aufmerksamkeit auf die Leiterpositionierung Genauigkeitsauswirkungen minimieren.

Benötigen Sie Hilfe bei der Auswahl der richtigen Spule?

Die Auswahl der optimalen Rogowski-Spule für Ihre spezifische Anwendung muss nicht kompliziert sein. Unser technisches Support-Team verfügt über umfangreiche Erfahrung bei der Anpassung von Spulen an Anwendungen in verschiedenen Branchen – von Power-Quality-Überwachung bis zu Motorantriebstests, von Netzinfrastruktur bis zu Laborforschung.

Wenn Sie unsicher sind, welche Spulenkonfiguration die besten Ergebnisse für Ihr Messszenario liefert, oder wenn Sie Fragen zu Genauigkeitsanforderungen für Ihre spezifische Anwendung haben, steht Ihnen unser Team zur Verfügung. Kontaktieren Sie uns unter support@neo-messtechnik.com oder besuchen Sie www.neo-messtechnik.com für detaillierte technische Spezifikationen und Auswahlhilfe.

Egal, ob Sie Ströme in kompakten Schaltschränken oder an großen Industriesammelschienen messen – die richtige Rogowski-Spulenauswahl stellt sicher, dass Sie präzise, zuverlässige Daten erhalten – und darauf kommt es am meisten an.

Kontaktieren Sie uns:

• Telefon: +43 2642 20301
• Email: sales@neo-messtechnik.com

Wir helfen Ihnen gerne bei der Bestellung und beraten Sie, wie NEO Messtechnik Sie bei Ihren EMV-Herausforderungen unterstützen kann.

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