Shunt (Elektrotechnik)

Shunt (Elektrotechnik)

Ein Nebenschlusswiderstand (englisch Shunt) ist ein niederohmiger elektrischer Widerstand, der zur Messung des elektrischen Stromes verwendet wird (Messwiderstand). Der Strom, der durch einen Shunt fließt, verursacht einen zu ihm proportionalen Spannungsabfall, der gemessen wird.

Prinzip

Schaltzeichen

Strommessgeräte mit analogen oder digitalen Anzeigeinstrumenten werden meistens über eine Messung der sehr kleinen Spannung an einem Shunt realisiert, z. B. 200 mV bei digitalen Messgeräten oder übliche 60 mV bei Zeigerinstrumenten. Elektronische Schaltungen mit Operationsverstärkern können auch kleinere Spannungen am Shunt verarbeiten. Je kleiner die Spannung, desto weniger beeinflusst die Messung den Stromkreis.

Der Shunt wird dazu in die Leitung mit dem zu messenden Strom eingebaut. Die an diesem Widerstand abfallende kleine Spannung wird mit dem Anzeigeinstrument gemessen. Da durch die Übergangswiderstände an den Stromkontakten ein erheblicher Spannungsabfall entsteht, wird die am Shunt abfallende Messpannung über zwei zusätzliche Kontakte (Vierleiteranschluss, auch Kelvin-Anschlüsse oder Kelvin-Kontaktierung genannt) abgegriffen.

Die Berechnung des Shunts beziehungsweise des Stromes erfolgt nach dem ohmschen Gesetz: Beträgt der Spannungsabfall über einen 200-mΩ-Shunt 200 mV, so fließt ein Strom von 1 A. Falls der Strom, der durch den Spannungsmesser fließt, nicht vernachlässigbar klein ist, muss er bei der Berechnung berücksichtigt werden.

Bauweise

Zur Messung hoher (>100 A) Ströme sind Shunts mechanisch robust aufgebaut, beispielsweise aus Metallbändern oder -stäben mit kräftigen Schraubkontakten für den Mess-Stromkreis und mit zwei kleineren Anschlüssen für das Messgerät. Materialien für die Widerstände sind Manganin, Konstantan, Isotan, Isabellin. Ziel ist ein möglichst geringer Temperaturkoeffizient des spezifischen elektrischen Widerstandes.

Direkt in Messgeräte (z. B. Vielfachmessgeräte) eingebaute Shunts sind bei kleineren Strömen manchmal umschaltbar - für größere Ströme ab 10 A sind aber meist separate Anschlüsse am Gerät vorhanden. Große Shunts aus parallelen Metallstäben können direkt zwischen Stromschienen geschraubt werden. Für die Messung von sehr hohen Strömen (>50 kA) von z. B. Blitzeinschlägen werden besonders aufgebaute, meistens koaxiale Shunts verwendet. Diese erlauben die Messung des Stromverlaufs mit Speicheroszilloskopen.

Weiterhin werden kleine Shunts zum Einlöten in gedruckte Schaltungen gefertigt; auch diese haben oft Kelvin-Kontakte. Die Strommessung mit einem Shunt ist mit dem Aufkommen von Stromsensoren (diese bieten überdies eine Potentialtrennung) etwas zurückgegangen, Shunts sind jedoch eine preiswerte und genaue Methode der Strommessung und werden außer in Messgeräten auch in Leistungselektronik-Baugruppen zur Stromüberwachung und -regelung eingesetzt.

Siehe auch


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