Zangenmessgerät / Strommesszange

Mit einer Strommesszange können Stromstärken gemessen werden, ohne dass die stromführende Leitung dafür unterbrochen werden muss. Die Strommesszange misst den Strom indirekt über das elektromagnetische Feld, das sich um den stromführenden Leiter herum bildet. Für die Messung muss das zangen- oder kabelförmige Messelement um die zu messende Leitung herumgelegt und geschlossen werden. An diesen Messelementen für die indirekte Messung ist eine Strommesszange gut zu erkennen. Bei der Vielzahl der angebotenen Gerätetypen gibt es erhebliche Unterschiede sowohl in der Bauform dieser Messelemente als auch in der Funktionalität.

Wer beabsichtigt, eine Strommesszange zu kaufen, sollte vor dem Vergleich verschiedener Modelle klären, welche Eigenschaften für die vorgesehene Verwendung unbedingt erforderlich oder sinnvoll sind. Zum Beispiel ist es wichtig, zu wissen ob nur bei Wechselstrom, oder bei Wechselstrom und Gleichstrom gemessen werden soll. Weil die elektromagnetischen Felder sich bei Gleichstrom sehr stark von denen bei Wechselstrom unterscheiden, muss die Strommesszange für die Messung mit zwei verschiedenen Messprinzipien ausgelegt sein. Für viele Anwendungen ist es sicher sinnvoll, eine Strommesszange zu wählen, die nicht nur die Stromstärke, sondern auch andere Größen messen und gegebenenfalls auch speichern kann. Dann benötigt man vor Ort nur ein Gerät und kann sich voll auf die zu messende Situation konzentrieren.

Folgende wichtige Spezifikationen der Strommesszange sollten vor der Auswahl festgelegt sein:
- Soll nur Wechselstrom oder Gleich- und Wechselstrom gemessen werden?
- Welche zusätzlichen Messfunktionen sind sinnvoll?
- Welcher Messbereich soll abgedeckt werden?
- Welche Auflösung ist notwendig?
- Für welche Überspannungskategorie und welchen maximalen Spannungswert soll das Gerät geeignet sein?
- Welche maximalen Leitungsquerschnitte sollen gemessen werden?
- Was soll auf dem Display dargestellt werden können?
- Welche Speichermöglichkeiten sind notwendig?
- Wie sollen Daten übertragen werden?

Die zusätzlichen Funktionen bei einer Strommesszange
Oft bietet eine Strommesszange die Möglichkeit, neben der indirekten Strommessung auch viele andere Größen zu messen. Einige Modelle bieten zum Beispiel die Funktionen eines guten Multimeters. Sie werden für diese Messfunktionen genau wie ein Multimeter eingesetzt und bedient und mit den dafür notwendigen Messfühlern geliefert. Einige Typen der Strommesszange erlauben auch die direkte Temperaturmessung mit einem oder mehreren angeschlossenen Temperaturfühlern. Speziellere Funktionen sind die kontaktlose Spannungs- und Frequenzprüfung für Wechselstrom, die Inrushfunktion zur Messung der Stromspitzen beim Anlaufen von Maschinen, die Feststellung von Leckströmen und verschiedene Leistungsmessungen. Einige Modellvarianten der Strommesszange sind auch mit einer Taschenlampenfunktion ausgestattet, um in schlecht beleuchteten Bereichen die Messstelle ausleuchten zu können. Hochwertige Modelle der Strommesszange ermöglichen neben der Messung der Werte für Stromstärke, Spannung, Leistung und Frequenz auch die Ermittlung und Anzeige von Oberschwingungen, Wellenformen und Symmetrien. Für die detaillierte gleichzeitige Messung mehrerer Adern, kann eine Strommesszange verwendet werden, die mit drei oder vier Messzangen ausgestattet ist.

Die Messbereiche und Bauformen für eine Strommesszange
Ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der Strommesszange ist der Messbereich, der abgedeckt werden soll. Dabei ist unbedingt auch darauf zu achten, dass eine Strommesszange entweder nur bei Wechselstrom oder bei Wechsel- und Gleichstrom misst. Misst sie beides, kann es sein dass die Messbereiche oder Genauigkeiten sich unterscheiden. Es gibt Geräte die auf Stromstärken bis 2 Ampere ausgelegt sind und in diesem Bereich sehr genau messen. Andere Gerätemodelle sind für Stromstärken bis zu 200 Ampere, 600 Ampere, 1.000 Ampere oder sogar bis zu maximal 3.000 Ampere gebaut. Bei hohem Maximalwert ist der Messbereich meist in verschiedene Teilbereiche mit unterschiedlicher Auflösung unterteilt. Die Auswahl des passenden Messbereichs kann automatisch durch die Strommesszange oder durch manuelle Auswahl am Gerät erfolgen.

Je höher die zu messende Stromstärke ist, desto größer ist in der Regel der Querschnitt der stromdurchflossenen Leitung. Eine Strommesszange für hohe Stromstärken hat deshalb auch eine größere Zangenöffnung um den Leitungsquerschnitt zu umschließen. Für die Wechselstrommessung können anstelle der relativ starren Zangen auch spezielle biegsame Messkabel verwendet werden. Dieses Rogowskispule genannte Messkabel wird statt der Zangenschenkel kreisförmig um die zu messende Leitung gelegt.

Die Displayausführung bei einer Strommesszange
Die Art des Displays einer Strommesszange ist nicht nur wichtig für die Erkennbarkeit der Messergebnisse, sondern auch für die sichere Bedienung des Messgeräts. Viele Displays sind hinterleuchtet, damit sie auch bei schlechten Lichtbedingungen gut abgelesen werden können. Je größer der Funktionsumfang der Strommesszange ist, desto mehr Daten können oft auch gleichzeitig im Display angezeigt werden. Unabhängig davon ob nur ein oder mehrere Messwerte oder Grafiken angezeigt werden, wichtig ist, dass der Anwender alle für ihn vor Ort relevanten Daten ausreichend gut erkennen kann.

Die Überspannungskategorie der Strommesszange
Eine Strommesszange darf nur eingesetzt werden, wenn sie über den für das Einsatzgebiet entsprechenden Überspannungsschutz verfügt. Dadurch sollen Unfälle durch Spannungsspitzen verhindert werden. In DIN EN 61010 bzw. IEC 61010 sind die vier Überspannungskategorien CAT I, CAT II, CAT III und CAT IV festgelegt. Die Kategorie CAT I ist die niedrigste und geeignet für Messungen an Stromkreisen, die netzunabhängigen sind weil sie beispielsweise über Batterien versorgt werden. Die nächsthöhere Überspannungskategorie CAT II ist geeignet für Messungen an Stromkreisen, die über Stecker durch das Niederspannungsnetz versorgt werden. Eine Strommesszange der Kategorie CAT III ist auch für stationäre Verbraucher und Verteileranschlüsse einsetzbar. Wenn die Strommesszange, für die höchste Kategorie CAT IV ausgelegt ist, darf sie auch für Messungen an Zählern und Hauptanschlüssen der Niederspannungsinstallation verwendet werden. Zusätzlich zur angegebenen Kategorie ist darauf zu achten, welche Spannungsspitzen erreicht werden dürfen. Oft sind für eine Stromzange zwei Überspannungskategorien angegeben, für die sich der maximale Spannungswert unterscheidet. So kann eine Strommesszange beispielsweise in der Kategorie CAT II bis 1000 Volt aber in der CAT III nur bis 600 Volt eingesetzt werden.

Datenspeicherung und -übertragung bei einer Strommesszange
Eine Strommesszange, die Messdaten in digitaler Form im Gerät oder beispielsweise auf einer SD-Karte speichern kann, vereinfacht die Dokumentation der Messergebnisse und deren Auswertung. Die gespeicherten Daten können später abgerufen und in Prüfberichte, Wartungsprotokolle, Betriebsbücher oder in spezielle Software zur Diagnose und Auswertung übertragen werden.

Bei den zu speichernden Messdaten ist zu unterscheiden zwischen Einzelwerten und Daten aus Dauermessungen, bei denen viele Daten in gleichmäßigen Zeitabständen erfasst werden. Messgeräte, die automatisch mit festgelegter Taktzeit messen und speichern können, werden auch Datenlogger genannt. Bei einer Strommesszange mit Datenloggerfunktion sollte darauf geachtet werden, welche Messgrößen und Taktzeiten wählbar sind und wie viele Datensätze gespeichert werden können. Zudem gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, Start und Ende der Datenaufzeichnung zu bestimmen.

Je mehr Daten die Strommesszange aufnehmen soll, desto größer sollte der verfügbare Speicher sein. Bei einem SD-Kartenspeicher kann durch das Einlegen neuer SD-Karten der Speicherplatz vergrößert werden. Eine praktische Alternative dazu ist das Übertragen der Messdaten per Bluetooth auf mobile Geräte wie Smartphones oder Tablets, um schnell wieder Speicherplatz freizugeben. Ist der interne Speicher der Strommesszange für die vorgesehenen Messungen groß genug, genügt oft auch eine USB-Schnittstelle zur Übertragung der Daten.

Eine Strommesszange dient der indirekten Messung von elektrischen Größen in stromdurchflossenen Leitern. Im Gegensatz zur direkten Messung, welche die Auftrennung des zu untersuchenden Stromkreises erfordert, misst ein Zangenmessgerät kontaktlos. Dabei nutzen die Geräte das grundlegende physikalische Prinzip der magnetischen Induktion, bei dem stromführende Leitungen ein messbares Magnetfeld induzieren. Die kontaktlose Messung birgt mehrere Vorteile. Zum einen können Messungen auch an nicht isolierten Leitern durchgeführt werden, ohne den laufenden Betrieb von elektrischen Geräten und Maschinen unterbrechen zu müssen. Zum anderen verzichtet dieses Verfahren auf die Potentialkopplung von Messgröße und Messsignal, wodurch messtechnische Ungenauigkeiten vermieden werden.

Durch die Ermittlung der Stärke des Magnetfeldes kann das Zangenmessgerät sehr präzise Stromstärken von Wechsel- und Gleichströmen sowie anderen elektrischen Größen indirekt bestimmen. Dazu wird der stromführende Leiter durch einen geblechten, isolierten und teilbaren Kern an der Vorderseite der Stromzange geführt werden. Moderne Geräte übertragen das entstehende Magnetfeld über die Zangen in die elektronischen Schaltungen und Verstärker im Inneren der Zangenmessgeräte und übersetzten die Magnetfeldstärke, je nach Einstellung und Ausführung, in Stromstärken, Spannungen, Wiederstände, Leistungen oder Frequenzen.

Auf einer Digitalanzeige können die entsprechenden Messwerte dann abgelesen werden. Der Messbereich dieser indirekten und praktischen Messmethode ist allerdings durch zwei Parameter begrenzt. Einerseits sind sehr kleine Ströme mit der Strommesszange kaum zu messen, da die induzierten Magnetfelder nicht mehr detektiert werden können. Andererseits begrenzen die für große Ströme notwendigen Leiterquerschnitte sowie die dementsprechend dimensionierten Zangenkerne die Handhabbarkeit dieser Messgeräte. Auch wenn eine Strommesszange für besonders kleine Ströme sowie extrem große Leiterquerschnitte und für die Messung an unzugänglichen Stellen nicht das ideale Messgerät ist, genügt das Leistungsspektrum dieses praktischen und schnellen Messinstrumentes einer Vielzahl von Anwendungen.

Beispielhaft hierfür sei die KFZ-Technik genannt. Hier kann mit Hilfe von der Strommesszange eine defekte Fahrzeugelektronik untersucht werden, auch bei der Suche nach Leckströmen innerhalb eines Fahrzeuges ist eine Strommesszange ein nützlicher Helfer. Von der einfachen privaten Nutzung im Hobbybereich, über die Werkstattnutzung, bis hin zur großtechnischen Analyse und Auswertung von elektrischen Größen durch Techniker und Ingenieure finden diese Geräte somit in vielen Bereichen Anwendung.