Messshunt – wie funktioniert er und wo wird er eingesetzt?

Mess-Shunt ist eines der wichtigsten Bauteile in der Elektrotechnik und Leistungselektronik zur Strommessung. Dank seiner Einfachheit, Zuverlässigkeit und hohen Genauigkeit wird er in vielen Schaltungen eingesetzt, in denen hohe Ströme sicher und wiederholbar gemessen werden müssen.

Das Verständnis dessen, was ein Shunt ist, wie er funktioniert und wo er eingesetzt wird, ist entscheidend für Personen, die elektrische Installationen entwerfen, warten oder diagnostizieren.

Shunt – Definition und Funktionsprinzip

Ein Shunt ist ein spezieller Messwiderstand mit sehr geringem Widerstand (meist Bruchteile eines Ohm), der in Serie in den Stromkreis geschaltet wird, durch den der zu messende Strom fließt.

Sein Funktionsprinzip basiert auf dem Ohmschen Gesetz – der Stromfluss verursacht einen Spannungsabfall am Shunt, der proportional zur Stromstärke ist. In der Praxis ist diese Spannung sehr gering, z. B. 75 mV bei Vollbereichsstrom. Daher sind Bezeichnungen wie Mess-Shunt 50A 75mV oder Strom-Shunts mit größeren Bereichen, z. B. von Hunderten bis Tausenden Ampere, gebräuchlich.

Diese geringe Spannung kann dann mit einem Voltmeter oder einem entsprechend skalierten Ammeter gemessen werden. Das Messgerät zeigt dann den durch den Stromkreis fließenden Strom an.

Shunt und Strommessung

Die Hauptanwendung eines Shunts ist die Messung der Stromstärke. Dabei ergeben sich mehrere Vorteile:

• Möglichkeit zur Messung hoher Ströme, bis zu mehreren Zehntausend Ampere,
• präzise Messwerte in DC- (Gleichstrom) und AC- (Wechselstrom) Schaltungen,
• einfache Konstruktion und hohe Messgenauigkeit,
• Sicherheit durch Isolierung des Messbereichs von hohen Strömen.

In vielen Fällen wird der Mess-Shunt zusammen mit einem Ammeter verwendet, wobei die Ablesung anhand der Spannung am Shuntwiderstand erfolgt.

Shunt und Amperemeter – Funktionsweise

Ein Ammeter kann allein keine hohen Ströme messen, da es nur einen begrenzten Messbereich hat. Für den Anschluss an den Stromkreis wird daher ein Shunt verwendet.

Der Shunt sorgt dafür, dass nur ein kleiner Teil des Stroms durch das Messgerät fließt, während der Hauptstrom durch den Shuntwiderstand geleitet wird. So können selbst hohe Ströme, z. B. 50A 75mV, von klassischen analogen oder modernen digitalen Messgeräten erfasst werden.

Man sagt daher, dass der Shunt den „Messbereich des Amperemeters erweitert“.

Shunt und Voltmeter

Obwohl Shunts meist mit Amperemetern verbunden werden, können sie auch mit Voltmetern arbeiten. Da die Spannung am Shunt proportional zum Strom ist, reicht es, das Voltmeter so zu skalieren, dass die Anzeige dem Strom im Stromkreis entspricht. Auf diese Weise lässt sich ein zuverlässiges Messsystem einfach realisieren.

Typische Shunt-Parameter

Ein Shunt wird hauptsächlich durch zwei Parameter beschrieben:

1. Strombereich – der maximale Strom, der ohne Risiko einer Beschädigung oder Überhitzung fließen kann. Dies können geringe Werte (einige Ampere) oder sehr hohe Werte (mehrere tausend Ampere) sein.

2. Spannungsabfall – standardmäßig 75 mV beim Maximalstrom, es sind jedoch auch andere Werte erhältlich.

Beispiel: Ein Mess-Shunt 50A 75mV bedeutet, dass bei einem Strom von 50 Ampere durch den Shunt ein Spannungsabfall von 75 Millivolt auftritt.

Anwendungen des Mess-Shunts

Strommessung in elektrischen Installationen

Shunts werden häufig in DC- und AC-Schaltungen eingesetzt, in denen der Strom in stark belasteten Leitungen gemessen werden muss. Sie finden Anwendung in Verteilersystemen, Industrie-Batterien und Energieanlagen.

Elektronik und Automatisierung

In elektronischen Geräten und Automatisierungssystemen dient der Shunt als Messelement in Steuerungs- und Schutzschaltungen. So ist es möglich, den Strom über die Zeit zu registrieren und die Gerätefunktion auf Basis der Messdaten zu steuern.

Industrie und Energieversorgung

In Industrieanlagen werden Strom-Shunts zur Überwachung hoher Ströme in technologischen Prozessen, z. B. beim Schweißen, in der Elektrolyse oder in Versorgungssystemen, eingesetzt. Ihre hohe Belastbarkeit und Messgenauigkeit machen sie in vielen Bereichen unverzichtbar.

Labore und Metrologie

In Messlaboren werden Shunts zur Kalibrierung von Messgeräten und für präzise Untersuchungen verwendet. Die Messgenauigkeit und Stabilität der Shunt-Parameter sind hierbei entscheidend.

Analoger und digitaler Shunt

In klassischen Schaltungen werden analoge Shunts verwendet, die mit Zeigerinstrumenten arbeiten. Moderne Lösungen setzen zunehmend auf digitale Shunts, die die Strommessung mit Signalverarbeitung integrieren und direkt an Überwachungssysteme angeschlossen werden können.

Auswahl und Verwendung eines Shunts

Bei der Auswahl eines Shunts sollte man auf folgende Punkte achten:

• Shuntwiderstandswert,
• maximaler Betriebsstrom,
• erforderlicher Spannungsabfall (meist 75 mV),
• Betriebsbedingungen (Temperatur, Umgebung, Kurzschlussrisiko),
• Messgenauigkeit, die für die jeweilige Anwendung erforderlich ist.

Die korrekte Anschlussweise des Shunts und die Auswahl der Leitungen sind entscheidend für präzise Messwerte.

Vorteile der Shunt-Anwendung

• Möglichkeit, hohe Ströme zu messen, ohne das Messgerät zu beschädigen,
• hohe Messgenauigkeit,
• einfache Konstruktion und sicherer und zuverlässiger Betrieb,
• breite Modellpalette – von wenigen Ampere bis zu mehreren Tausend Ampere,
• Kompatibilität mit sowohl analogen als auch digitalen Messgeräten.

Fazit

Ein Mess-Shunt ist ein einfach aufgebautes Bauteil, das für die Strommessung von großer Bedeutung ist. Durch die Verwendung eines Shuntwiderstands mit geringem Widerstand ist es möglich, hohe Ströme in AC- und DC-Schaltungen genau und sicher zu messen.

Ob in Amperemetern, Voltmetern oder modernen digitalen Systemen – der Shunt bleibt unverzichtbar überall dort, wo Präzision und Zuverlässigkeit zählen. Von Messlaboren über die Industrie bis hin zur Energieversorgung – seine Rolle ist von unschätzbarem Wert.

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