Strommesszangen-Messwerte: Probleme und Lösungen

Ein Motor löst bei Überlast aus. Die visuelle und physische Untersuchung ergibt keine Unregelmäßigkeiten.

von Randy Barnett

Es riecht nicht nach verbrannter Isolierung, die Last scheint normal, die Kupplung funktioniert einwandfrei, und die Umgebungstemperatur liegt nicht über dem auf dem Typenschild angegebenen Wert von 40 °C. Allerdings ist der Motor erwartungsgemäß zu heiß zum Anfassen. Der nächste offensichtliche Schritt für die Fehlersuche ist die Messung der Stromstärke, die der Motor im Betrieb zieht. Da schon ein kleiner Anstieg des Stromflusses zum Motor verhältnismäßig viel Wärme produziert, sollte eine Motorstromstärke, die über den Nennwerten auf dem Typenschild liegt, sorgfältig untersucht und als mögliche Ursache in Betracht gezogen werden. Diese Überlastauslösungen werden zwar häufig durch Probleme mit der Motorlast verursacht, können aber auch auf einen Lagerfehler, einen Bruch in der Isolierung oder Spannungsunsymmetrien hinweisen.

Nachdem Sie sichergestellt haben, dass alle Sicherheitsanforderungen für die Durchführung von Arbeiten an Komponenten, die unter Spannung stehen, getroffen wurden, öffnen Sie die Sicherungstrenntür, um Ihre Strommesszange einsetzen und den Strom messen zu können. Erneut liefert eine Sichtprüfung keine offensichtlichen Probleme. Legen Sie die Zange um den Motorphasenleiter unten an einer Sicherung an – und schon beginnen die Probleme.

Anlegen einer Strommesszange um einen Phasenleiter

Bei der Verwendung einer Strommesszange ist es wichtig, dass diese nur um jeweils einen Phasenleiter herum angelegt wird. Wenn Strom zu einem Leiter fließt, entsteht rund um den Leiter ein Magnetfeld. Je mehr Strom fließt, desto stärker das Magnetfeld. Dieses Magnetfeld induziert eine Spannung in den Zangenteil der Strommesszange. Die Anzeige der Strommesszange verhält sich proportional zur Spannungsmenge, die in die Zange induziert wird. Daher ist es für das Ablesen des Stromflusses durch einen Leiter erforderlich, dass nur das Magnetfeld in die Zange induziert wird, das dieser eine Leiter erzeugt. Wird die Strommesszange um zwei oder mehr Leiter angelegt, heben sich die Magnetfelder gegenseitig auf, und die Anzeige ergibt entweder Null oder einen Fehler.

Welches Problem besteht also, wenn die Zange um nur einen Leiter gelegt wird? Haben Sie schon einmal versucht, um einen Festleiter von 10 AWG (American Wire Gauge) mit unzureichender Leiterlänge in einem Kasten eine Strommesszange zu legen? Oder haben Sie schon einmal versucht, einen Leiter von 2 AWG von zwei anderen Leitern wegzuziehen, um die Strommesszange anzulegen? Manchmal sind zwei der Leiter recht leicht zu erreichen, aber die Zange dann um den dritten Leiter zu legen, gestaltet sich schwierig. In anderen Fällen ist die Strommesszange, die Sie verwenden, schlicht nicht groß genug, um den gewünschten Leiter zu greifen. Möglicherweise müssen Sie parallel um zwei Leiter greifen. Jeder Messdaten-Satz erzeugt ganz spezifische Probleme.

Sicherheit hat immer Vorrang. Selbst wenn Sie einen geeigneten Schutz vor Stromschlägen und Lichtbögen verwenden, das Drücken und Ziehen an Leitern unter Spannung ist keine Spaß und kann sehr gefährlich sein. Leiter können sich unterhalb der Anschlussklemmen lösen. Oder die Leiterisolierung wurde beim Einbau beschädigt und kann nun mit dem Metallgehäuse in Berührung kommen, wenn Sie um die Leiter greifen. Der Phase-Erde-Fehler kann sich sofort zu einem Phase-Phase-Lichtbogenfehler verwandeln, der potenziell katastrophale Lichtbögen erzeugen kann. Es gibt sowieso keinen absoluten Schutz, wenn Sie mit Leitern unter Spannung und anderen Stromkreisteilen arbeiten. Und Probemessungen an diesen Leitern mit einer Strommesszange können bestehende Probleme noch verstärken.

Die Lösung für die oben beschriebenen Probleme ist eine flexible Zange. Eine flexible Zange können Sie um einen Leiter legen, ohne an diesem ziehen oder drücken zu müssen, um ihn von den umliegenden Leitern zu isolieren. Ob es sich nun um einen Festleiter von 10 AWG oder einen mehrdratigen Leiter von 2 AWG oder mehr handelt, das Anlegen der flexiblen Zange ist einfacher und dadurch wesentlich sicherer. Das Problem war immer, dass flexible Zangen typischerweise nur an Geräten wie Datenspeicher und Netz- und Stromversorgungsanalysatoren verwendet wurden und für standardmäßige Strommesszangen, wie sie von Fachleuten im Einsatz verwendet wurden, nicht in Betracht gezogen wurden. Jetzt ist das anders! Fluke bietet jetzt Echteffektiv-Gleich-/Wechselstrommesszangen an, welche die flexible iFlex™ Stromsonde verwenden. Ein Modell ist sogar mit einem abnehmbaren Display-Modul ausgestattet.

Ermitteln von Einschaltströmen

Sobald ein Wechselstrommotor anläuft, zieht er mehr Strom als der Volllaststromwert auf dem Typenschild angibt. Wie viel mehr Strom das ist, hängt von der Last ab, die am Motor hängt, sobald dieser anläuft, sowie dem Codebuchstaben auf dem Typenschild. Wenn ein übermäßiges Anlaufdrehmoment oder niedrige Systemspannungen erforderlich sind, kann der Einschaltstrom beim Anlaufen sehr hoch sein. Die Ermittlung des Einschaltstroms mit einem digitalen Messgerät kann sich als ziemlich schwierig erweisen. Die Werte ändern sich schnell, und die Ermittlung des eigentlichen Einschaltwerts kann dadurch kompliziert sein. Dank der Messfunktionen für Mindestwerte, Höchstwerte und Einschaltwerte der Fluke-Modelle kann das Messgerät Variationen automatisch erfassen. Die Elektronik filtert Rauschen zudem heraus und erfasst den Einschaltstrom genau so, wie ihn die Schutzeinrichtung sieht. Das bedeutet, dass die Anzeige auf dem Messgerät denselben Wert anzeigt, der von den Überlasten, Zeitverzögerungssicherungen und approbierten Leistungsschaltern erfasst wird.

Ein weiteres Problem ist, das Einschaltstromwerte den vom Messgerät gelesenen Höchstwert überschreiten können. Beispielsweise sollte ein Motor von 460 Volt und einer Leistung von 250 PS nicht mehr als 302 A unter Volllast ziehen. Die Einschaltströme für einen solchen Motor jedoch, der unter Volllast anläuft, können bei 1500 bis 2000 A liegen. Die Ermittlung des Einschaltwerts kann für die Diagnose von Motorüberlastproblemen wichtig sein. Das Messgerät muss dabei in der Lage sein, solche Werte auch anzuzeigen. Die meisten Strommesszangen zeigen maximal 400 A an. Einige Fluke Strommesszangen haben eine 1000-A-Begrenzung bei festen Klemmbacken und 2500 A Maximalstrommessung beim iFlex™. Das bedeutet, dass Sie den Betriebsstrom an einem Motor von 460 V und 500 PS messen können.

Weitere Anlagen

Natürlich werden nicht alle Strommesszangen-Messungen (Amperemeter) an Motoren vorgenommen. Strommessungen müssen an sämtlichen Arten von nicht linearen Lasten vorgenommen werden. Eingangsnetzströme an unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) und Frequenzumrichterantriebe (VFDs) müssen auch gemessen werden. Ebenso wie Beleuchtungslasten mit elektronischen Vorschaltgeräten und Abzweigstromkreisen für Rechner, Drucker und Kopiergeräte. Die neuen Fluke Echteffektiv-Strommesszangen verfügen über einen Tiefpassfilter, der genaue Messungen an genau solchen Vorrichtungen ermöglicht.