Strom auf 240Volt Leitung messen/auswerten

Hallo Thomas,

Schau Dir mal die hier an:

http://www.watterott.com/de/AC…-Sensor-Carrier-75-to-75A
http://www.watterott.com/de/AC…-Sensor-Carrier-30-to-30A
http://www.watterott.com/de/AC…w-Current-Sensor-Breakout
http://www.watterott.com/de/Sensoren/Strom/ACS712-Breakout
http://www.watterott.com/de/Wechselstrom-Messwandler-30A-max

Halte mich mal auf dem Laufenden, ob das was ist!
Habe die selbst noch nicht getestet, aber im Visier für 'ne eigene Anwendung.

Wenn es nicht genau aber simpel sein soll:
Printtrafo als Stromwandler (am besten 6V Sekundärspannung), der Laststrom fließt dabei über die 6V-Seite! Der Trafo muss dann natürlich den gewünschten Strom aushalten. Nun Übersetzt sich der Strom auf die 230V-Seite des Trafos mit etwa 40:1, also hast Du rund 25 mA/A. Nun schließt Du an die Wicklung einen Brückengleichrichter und auf der DC-Seite des Gleichrichters einen WIderstand an. Bei 10 Ohm hättest Du dann 250 mV/A, die Diodendurchlasspannung spielt keine Rolle da es sich um eine Stromquelle handelt.
Damit kannst Du im einfachsten Fall auf ein Flipflop (z.B.auch NE555) mit Relais gehen (und den Stromwert über den Widerstand einstellen).
Gruß
Thomas

Messwandler und dann auswerten? Oder zu einfach?

Irrlicht
Die Boards muss ich mir mal merken, kannte ich auch noch nicht.

Für unbedarfte Bastler würde ich lieber Hallsensoren die kontaktlos messen oder passive Stromwandler empfehlen, also welche wo man nicht den Leiter durchschleifen sondern nur hindurchführen muss.

Ich hatte da vor einiger Zeit mal was im TO-220-ähnlichem Gehäuse, aber finde den Link leider nicht. War aber sicher von LEM oder Allegro.

Die Boards haben (neben der galvanischen Trennung) insbesondere den Vorteil, dass man auf Augenblickswerte reagieren kann.

Bei transformatorischen Messwandlern, mit Filterung und so, sieht das meistens anders aus.
Spulen haben immer so ein "Eigenleben", reagieren auf sprunghafte Stromänderungen in recht komplexer Weise, beeinflussen auch das Signal, da sie selbst Energie speichern, die Phasenlage verändern u.s.w.

Für Thomas scheint das egal zu sein, aber bei anderen Anwendungen kann es wichtig sein, praktisch augenblicklich zu reagieren.
Beispiel: Gühlampen hinter einem SSR mit Nulldurchgangsschalter.
Im Nulldurchgang eingeschaltet, steigt der Strom fast sinusförmig an (jetzt abgesehen von dem Kaltleiter-Effekt). Zumindest steigt er in genau vorhersehbarer Weise an.
Brennt eine der Lampen durch, so dass sich ein Plasma bildet, steigt der Strom urplötzlich gigantisch an.
Ein SSR kann aber nicht sofort abschalten, sondern es leitet noch bis zum nächsten Nulldurchgang - mitunter zu lange, so dass die Sicherung fliegt.

Ersetzt man das SSR aber durch eine Schaltung mit IGBT, kann man SOFORT abschalten. Dazu ist aber eine Messung des Augenblickswertes erforderlich.
Dazu dürften Hall-Effekt-Sensoren optimal sein:
1) Keine Verzerrung des Geschehens, wie bei transformatorischen Wandlern.
2) Galvanische Trennung, anders als bei Shunts.

Die Präzision mag bei einem Shunt höher sein, aber angesichts des Aufwands für die galvanische Trennung verpufft dieser Vorteil.
Ein Shunt muss immer für den "worst case" ausgelegt sein. Muss also den Kurzschlussstrom wegstecken können. Ergo muss er sehr niederohmig sein, weil sonst zuviel Leistung abfällt.
Ein niederohmiger Shunt generiert unter Normalbedingungen aber nur einen geringen Spannungshub, der verstärkt werden muss.
Dann braucht man also einen Verstärker, in der Regel mit Anschluss an die Netzpower. Und der Verstärker benötigt eine Versorgungsspannung ...
Alles recht aufwändig.

Mit einem Hall-Effekt-Sensor ist man all das von der Backe.
Habe die zwar noch nie eingesetzt, ist also Theorie, was ich hier von mir gebe, denke aber damit richtig zu liegen.

Völlig OT, aber mir sei der Hinweis gegönnt, dass der erste Händler in Deiner Liste auch das hier verscherbelt:
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Öh, bin es eher gewohnt, dass EINE Buchse in dieser Preislage ist ...

Nochmal zu dem Stomwandler von ihbäh:
Habe ja ernste Bedenken, ob diese Schraubbuchse auf dem 30A Board die 30A auch wirklich dauerhaft aushält, ohne sich auszulöten oder das Plastik in Rauch und Stink zu verwandeln ...
Die sieht aus wie eine die ich hier liegen habe, jedoch nur mit 8A spezifiziert ist.

Zitat von Irrlicht

Ein Shunt muss immer für den "worst case" ausgelegt sein. Muss also den Kurzschlussstrom wegstecken können. Ergo muss er sehr niederohmig sein, weil sonst zuviel Leistung abfällt.

Muss nicht unbedingt!

Will man kleine Ströme messen aber es kann vorkommen das kurzzeitig sehr viel höhere Ströme fließen so lässt sich das durch parallele Dioden oder Überspannungsableiter realisieren.
Dies ist insbesondere nützlich bei Stromregelschaltungen in denen sich im Kurzschlußfall über den Shunt zur Messung erst ein dicker Kondensator entlädt.

Gruß
Thomas

Wobei ich eine Sache jetzt noch nicht ganz verstehe:
Soll es jetzt darum gehen zu vermeiden das man mit einem Elektrogerät die 6A-Sicherung des Campingplatzes rausjagt? Dann würde ich doch einfach am Haupteingang zum Wohnwagen einen 6 A-Automaten sowie einen 16 A-Automaten mit flinker Charakteristik parallel hängen. Und wenn Du nur an einem 6 A-Anschluss hängst machst Du halt den 6 A-Automaten rein.
Wenn Du Dir eine extrem Flinke Überstromabschaltung ohne eine wirklich aufwändige Auswertung der Stromform baust hast Du das Problem das diese bei ohmschen Verbrauchern nichts bringt (weil der Schwellwert zu hoch liegt) oder das Du Dir mindestens im Einschaltmoment mit jedem Notebooknetzteil den Schutz rauswirfst.
Gruß
Thomas

... oder gleich ein fertiges Lastabwurfrelais benutzen.

Zitat

Gibt es eigentlich Thesen darüber ob eine im-Nulldurchgang-geschaltete Lampe länger hält als eine die gelegentlich bei großen Stromflußwinkeln eingeschaltet wird....bzw sich bei einer Variante seltener ein Lichtbogen bildet?....

Mit Diagrammen oder so kann ich jetzt nicht dienen, sollte aber im Netz zu finden sein.
Du kannst aber ein einfaches Experiment machen: Nimm eine 230V Glühlampe mit vorzugsweise klarem Gehäuse.
Sonnenbrille aufsetzen, einschalten und 'nen Supermagneten ans Lampengehäuse halten. Der Glühfaden sollte jetzt deutlich vibrieren.
Grund: Das Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters, das sich permanent im Takt der Netzfrequenz umpolt.

Im Normalbetrieb liegt natürlich kein Supermagnet neben der Lampe. Das Experiment verdeutlicht nur das Vorhandensein des Magnetfeldes, welches durch den Strom durch den Glühfaden bedingt ist, sowie die mechanische Wirkung auf den Glühfaden.

Der Widerstand einer kalten Glühlampe beträgt (Faustformel) nur rund 10% vom Wert einer betriebsheißen Lampe. Je nach Typ sogar noch deutlich weniger.
Erfolgt das Einschalten im Spannungsmaximum, ist also ein extremer Stromstoß die Folge - damit verbunden eine magnetische Krafteinwirkung auf den Glühfaden, weil sich die feinen Wendeln gegenseitig anziehen wollen.

Ist der Glühfaden schon durch Alterung mürbe geworden, kann diese mechanische Beanspruchung, in Verbindung mit der nun einsetzenden thermischen Beanspruchung, die eine Ausdehnung des Glühfadens bewirkt, diesen förmlich zerreißen.

Wie schnell der Glühfaden sich nach dem Einschalten erhitzt, ist insbesondere von seinem Durchmesser abhängig.
Eine Lampe kleiner Leistung hat einen dünnen, langen Glühfaden. Eine Lampe mit hoher Leistung einen vergleichsweise dicken, kürzeren.

Zu 230V-Lampen im Kleinleistungsbereich (so 5W), wie sie bei Schaustellern für die Effektbeleuchtung eingesetzt werden, kann ich sagen, dass diese bereits dann deutlich aufleuchten, wenn sie nur eine einzige Halbwelle der Netzspannung abbekommen, der Triac also für 10ms einschaltet.
Eine Glühlampe größerer Leistung wird in dieser kurzen Zeit vermutlich eher aufglimmen, bedingt durch den thermisch trägeren, da dickeren Glühfaden.

Aber auch bei der Lampe höherer Leistung ist im Einschaltmoment der hohe Stromstoß gegeben, welcher durch das magnetische Moment eine Krafteinwirkung auf den Glühfaden "in sich selbst" bewirkt.

Da wie erwähnt zumindest Lampen kleiner Leistung schon bei 10ms an Netzspannung kurz aufleuchten, also thermisch sehr flink reagieren, kann man davon ausgehen, dass sie sich auch in kürzerer Zeit bereits deutlich erhitzen, wodurch deren Widerstand erheblich ansteigt, was also den Stromfluss und das damit verbundene Magnetfeld entsprechend erheblich reduziert.

Schaltet man also eine Glühlampe im Nulldurchgang ein (wo ergo kein Strom fließt), so kann sich der Glühfaden mit dem Ansteigen der Sinusspannung noch vor dem Erreichen des Spannungsmaximums bereits deutlich erhitzen, was den Strompeak und das Magnetfeld deutlich reduziert.

Schaltet man hingegen eine kalte Lampe im Spannungsmaximum ein, ist das der denkbar ungünstigste Zeitpunkt, da in diesem Moment ein extremer Strompeak samt damit einhergehendem Magnetfeld die Lampe schon allein mechanisch malträtiert.

Habe gerade mal eine 75W-Lampe bei Raumtemperatur durchgemessen: 52 Ohm.
Im Spannungsmaximum, also bei rund 325V eingeschaltet, würde die einen Stromstoß von rund 6,2A verursachen.
Ihre reguläre Leistung beträgt wie erwähnt 75W, was geteilt durch 230V knapp 0,33A entspricht.
Der kurzzeitige Einschaltstrom im Spannungsmaximum beträgt also satt das Neunzehnfache des Durchschnittswertes!

Übrigens bin ich der Meinung, dass der allerbeste Zeitpunkt für das schonendste Einschalten nicht exakt der Nulldurchgang ist, sondern kurz davor.
Denn kurz davor, wenn die Spannung auf einem bereits geringen Wert abgesunken ist, kann bedingt durch die geringe Spannung kein so hoher Strom durch die Lampe fließen (sollte natürlich aufeinander abgestimmt sein). Die Lampe hat aber längere Zeit zur Verfügung, sich aufzuheizen, ergo ihren Innenwiderstand zu erhöhen.

Viele SSRs mit "Nulldurchgangsschalter" tun den Job von allein. Die schalten nämlich nicht wirklich im Nulldurchgang, sondern kurz davor, bzw. kurz danach. Durchaus bei Spannungen im Bereich von 20V.
Wenn man es gut macht, dann synchronisiert man die Einschaltzeitpunkte derart mit der Netzspannung, dass das SSR vor dem Nulldurchgang angesteuert wird. So nimmt man den kleinen Phasenanschnitt vor dem Nulldurchgang noch mit, zum sanften "Vorglühen", bevor die nächste Halbwelle einsetzt.

Die Ansteuerschaltung sollte also die Netzspannung überwachen und abhängig von deren Wert, nebst der Information "zunehmend" oder "abnehmend" immer bei "abnehmend" das SSR einschalten.

Was hat das alles mit LEDs zu tun?
- Nun, 230V-LEDs schaltet man ebenfalls spannungsabhängig, allerdings nicht im Bereich vom Nulldurchgang (doch: beim ersten Einschalten).
Eine 230V-LED schaltet man dann am schonendsten, wenn Betrag und Vorzeichen der Netzspannung mit Betrag und Vorzeichen der Spannung an der Lampe übereinstimmt. Wurde die nämlich relativ kurz vorher schon mal eingeschaltet und war dann relativ kurz aus, dann hat ihr interner Serienkondensator noch Ladung gespeichert. Würde man nun im Nulldurchgang einschalten, würde sich dieser Kondensator nun über das Stromnetz entladen, was noch WESENTLICH dramatischere Strompeaks verursacht, als jede noch so miese Glühlampe das jemals könnte!
Wir reden da über 200A und noch mehr! Bei einer einzigen 230V-LED! Natürlich nur ultrakurz.

Aus diesem Grund schlachten 230V-LEDs reihenweise alte Lauflichtgeräte, die diesen Umstand nicht beachten.

Und darum sollte man bei 230V-LEDs tunlichst keine SSRs mit Nulldurchgangsschalter einsetzen, sondern solche OHNE Nulldurchgangsschalter und statt dessen mit zwei Spannungsmessungen (am Netz und an der Lampe) in Echtzeit den jeweils idealen Einschaltpunkt finden.
Und der ist nicht fest, sondern der ist davon abhängig, wie lange die LED vorher ausgeschaltet war.

Drinnen ist nämlich (hoffentlich!) ein Entladewiderstand vorhanden, der den Serienkondensator in wenigen Sekunden entlädt. Dadurch verschiebt
sich der ideale Zeitpunkt für das Einschalten mit dem Verlauf des Entladens mehr und mehr in Richtung Nulldurchgang.
Er ist also nicht vorhersehbar, sondern muss in Echtzeit messtechnisch ermittelt werden, durch Vergleich von Lampenspannung und Netzspannung.

Eine Lichtsteuerung die so vorgeht, ist dann sowohl für LEDs, als auch für Glühlampen die perfekte (schonendste) Wahl.
Nebenbei ist das aus EMV-Gründen das beste Verfahren, weil keine Strompeaks mehr auftreten.