Isabellenhütte verwirklicht Rekord-Strommessung auf Shuntbasis

30.000 Ampere gemessen, 100.000 Ampere als nächstes Ziel Isabellenhütte verwirklicht Rekord-Strommessung auf Shuntbasis

Die mittelhessische Isabellenhütte Heusler GmbH & Co. KG stößt bei der Shunt-Strommessung in den Hochstrombereich industrieller Anwendungen vor. Die Messung von Strömen bis 30.000 Ampere mit niederohmigen Shunts darf als einmalig bezeichnet werden. Und auch eine Größenordnung von 100.000 Ampere ist angepeilt.

Für einen Kunden aus dem Antriebssektor entwickelte die Isabellenhütte einen 1-µOhm-Shunt, der an einem Umrichter für Hochleistungsantriebe dauerhaft 30.000 Ampere messen kann. Durch seine massiven Cu-Anschlüsse eignet sich der neue und kompakte 1-µOhm-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.

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

Die elektrischen Eigenschaften sind mit den besten verfügbaren mOhm-Shunts vergleichbar:
• Widerstand: 1 µ Ohm
• Temperaturkoeffizient: TK < 20 ppm/K
• Thermospannung gegen Cu (20-60 °C): Uth < 0,2 µV/K
• Langzeitstabilität (140 °C, 2000 h): dR/R < 0,2 %


Mess-System erlaubt Überströme bis 300.000 Ampere

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

Die interne Abtastrate von 4 kHz erfasst auch schnell ablaufende Signaländerungen. Dank der direkten Montage des Mess-Systems am Shunt sind die EMV-Festigkeit (elektromagnetische Verträglichkeit) 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 Ampere 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.

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.