Wie misst man Strom? Wir geben einen Überblick über Multimeter, Stromzangen, Spannungsprüfer, Isolationsmessgeräte und Steckdosentester. Welches Gerät welchen Anwendungsfall abdeckt und worauf zu achten ist, erfährst du hier!
Messarten
Bevor wir zu den Geräten kommen, sehen wir uns kurz die verschiedenen Gattungen von Messarten anhand von Beispielen an.
Spannungsmessung
Hier muss zunächst zwischen Wechselstrom (AC – Alternating Current) und Gleichstrom (DC – Direct Current) unterschieden werden. Die maßgebliche Einheit ist jeweils Volt. Im Wechselstromkreis misst du beispielsweise, ob an einer Steckdose die vorgesehene Spannung von 230 Volt anliegt oder nicht. Bei einer Kfz-Batterie (Gleichstrom) möchtest du eventuell wissen, ob die Spannung zwischen den Polen noch 12 Volt beträgt. Die Spannung gibt dabei den Potenzialunterschied an, vereinfacht gesagt also, wie „schnell“ der Strom fließt, wenn man ihn lässt.
Stromstärkenmessung
Hier misst du, „wie viel“ Strom fließt. Die Einheit ist Ampere.
Widerstand
Eine Widerstandsmessung ermittelt, wie stark ein elektrisches Bauteil oder Material den Stromfluss behindert. Die Einheit ist Ohm. Ein niedriger Widerstand bedeutet, dass der Strom gut fließen kann; ein hoher Widerstand erschwert den Stromfluss.
Frequenz
Gibt die Häufigkeit der Richtungswechsel des Stroms bei Wechselspannung an, wie oft er also seine Richtung ändert. Die Einheit ist Hertz. In Europa sind 50 Hertz Standard.
Kapazität
Wird im Zusammenhang mit Kondensatoren benötigt. Die Einheit ist Farad. Sie beschreibt sozusagen, wie aufnahmefähig ein Kondensator für elektrische Ladung ist.
Durchgangsprüfung
Zeigt, ob zwischen zwei Punkten eine elektrische Verbindung besteht. Sie verrät somit, ob ein Kabel, ein Schalter oder ein Kontakt durchgängig ist oder irgendwo eine Unterbrechung vorliegt.
Isolationsmessung
Eine Isolationsmessung prüft mit einer hohen Spannung, wie gut die elektrische Isolierung zwischen Leitern oder zwischen Leiter und Erdung funktioniert. Sie ist eine Unterart der Widerstandsmessung.
Digitales Multimeter
Das digitale Multimeter ist ein Gerät, das in keiner Werkzeugkiste fehlen sollte: kompakt, vielseitig und oft relativ günstig. Es misst Spannung in Gleich (DC)- und Wechselstrom (AC), Stromstärke, Widerstand, Kapazität, Frequenz und ermöglicht eine Durchgangsprüfung. Für den Alltag in Haushalt und Handwerk ist es meist das erste Gerät, das bei der Fehlersuche, Installation oder Reparaturen zum Einsatz kommt. Weitere Funktionen können je nach Modell hinzukommen.
Das digitale Multimeter kommt mit zwei Messspitzen. Die Enden werden an die jeweiligen Kontaktflächen gehalten. Die Messspitzen müssen stillgehalten und angedrückt werden, damit die Messung klappt. Als Aufsatz für die Messspitzen sind auch sog. Krokodilklemmen erhältlich, um sie an den Kontaktflächen anzuklemmen. Die Messung geht so leichter von der Hand.
Bei der Auswahl ist es hilfreich, schon eine grobe Ahnung vom künftigen Anwendungszweck zu haben. Während in herkömmlichen elektrischen Anlagen Spannungen von 230 V oder 400 V herrschen, sind in der Elektronik oder im Modellbaubereich Spannungen im einstelligen Bereich oder sogar im Millivoltbereich relevant. Dasselbe gilt für die Stromstärke oder die Widerstände. Der Messbereich des Multimeters muss diese Anwendungsfälle abdecken. Auf der anderen Seite der Skala ist der Messbereich von Multimetern relativ begrenzt. Eine maximal mögliche Messung einer Stromstärke von 10 Ampere ist üblich. Das Multimeter darf aber auch hier nur für wenige Sekunden angelegt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Tipp: Frage dich vor jeder Messung, welchen Messwert du grob erwartest. Denn die meisten Multimeter haben verschiedene Einstellungen z.B. für Spannung (Millivolt mV, Volt V) und Stromstärke (Mikroampere μA, Milliampere mA, Ampere A), die vor der Messung ausgewählt werden müssen. Wenn du beispielsweise die Millivolt-Einstellung wählst und eine Fahrzeugbatterie durchmisst, kann die Sicherung im Multimeter oder das Multimeter selbst Schaden nehmen.
True-RMS – was ist das?
Im Zusammenhang mit Multimetern fällt oft der Begriff True-RMS (True Root Mean Square). Diese Funktion ist quasi Pflicht. Geräte mit dieser Funktion messen den Effektivwert des Wechselstroms bzw. der Wechselspannung, und zwar auch bei nicht-sinusförmigen Wellenformen.
In fast jedem Umfeld sind Verbraucher zu finden, die keine sauberen sinusförmigen Ströme erzeugen. Dazu gehören insbesondere LED-Treiber, aber auch Netzteile, Dimmer, Laderegler oder Wechselrichter sowie Energiesparlampen. Ein Multimeter ohne True-RMS kann diese Ströme nicht korrekt erfassen und zeigt unter Umständen einen falschen Wert an. Multimeter mit True-RMS-Funktion hingegen können auch mit anderen Wellenformen umgehen. Bei modernen digitalen Multimetern ist die True-RMS-Funktion Standard.
Counts
Bei jedem Multimeter sind die sogenannten Counts angegeben. Der Wert gibt die maximale Zahl an Zählschritten an, die das Multimeter im Messbereich darstellen kann. Je höher der Wert, desto genauer kann das Multimeter messen bzw. das Messergebnis darstellen. 6000 Counts sind für normale Anwendungen ein guter Anhaltspunkt. Wenn kleine Veränderungen gemessen werden sollen, etwa im Elektronikbereich, ist eine genauere Auflösung erforderlich. Ein Wert von 50.000 oder mehr Counts wäre dann empfehlenswert.
Stromzangen
Eine Stromzange ist ein kompaktes Handmessgerät mit einem Display, einer Handgriff-Form und – als auffälligstes Merkmal – einer aufklappbaren Messzange an der Oberseite. Diese Zange lässt sich per Hebel oder Drucktaste öffnen, sodass man einen einzelnen Leiter hineinlegen kann. Bei der Messung hält man die Stromzange in der Hand, umgreift mit der Messöffnung den Leiter und liest den Wert direkt am Display ab. Eine Stromzange bietet in bestimmten Situationen Vorteile gegenüber reinen Multimetern mit Messspitzen, oft geht es auch nur mit einer Stromzange.
Zum einen muss der Stromkreis für die Messung nicht aufgetrennt werden. Die Messung erfolgt gefahrlos und berührungslos. Dies ist vorteilhaft bei Anlagen oder Geräten, die nicht ohne weiteres abgeschaltet werden können. Vor allen Dingen können Stromzangen aber sehr hohe Ströme (400 A, z. T. 600 A) ungefährlich messen.
Ein Umstand ist dabei unbedingt zu beachten: Die Stromzange misst die Ströme anhand der von ihnen verursachten Magnetfelder. Im Wechselstromkreis ist das vom Außenleiter („Phase“) ausgehende Magnetfeld dabei gleich groß wie jenes, das vom Neutralleiter ausgeht, nur eben entgegengesetzt. Daher darfst du nur den Außenleiter mit der Zange umfassen, nicht aber das ganze Kabel (also Außenleiter, Neutralleiter und Schutzleiter). Die entgegengesetzten Magnetfelder würden sich sonst gegenseitig aufheben und der Messwert „Null“ lauten, obwohl hohe Ströme fließen können. Wird das ganze Kabel umfasst, und es liegt ein geringer Messwert vor, kann dies auf einen Fehlerstrom hindeuten.
Während bei der Wechselstrommessung das Prinzip der elektromagnetischen Induktion ausreicht, stößt diese Technik bei Gleichstrom-Anwendungen – wie etwa an Photovoltaik-Strings oder Batteriespeichern – an ihre physikalischen Grenzen. Da Gleichstrom ein statisches und kein sich änderndes Magnetfeld erzeugt, bleibt eine herkömmliche Wandler-Stromzange hier wortwörtlich ‚blind‘. Um diese Barriere zu überwinden, kommen Geräte mit Hall-Effekt-Sensoren zum Einsatz. Diese speziellen Halbleiter-Bauelemente sind in der Lage, auch konstante magnetische Flüsse zu registrieren und in ein messbares elektrisches Signal umzuwandeln. Die entsprechenden Geräte sind normalerweise als „AC/DC“ gekennzeichnet, woran du erkennst, dass sie sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen zum Einsatz kommen können.
Bei sehr vielen Geräten handelt es sich um Kombigeräte, die Anschlüsse für Messspitzen haben und wie ein herkömmliches digitales Multimeter verwendet werden können. Wer ein Gerät für viele Anwendungszwecke will, ist hier richtig.
Zweipoliger Spannungsprüfer
Der zweipolige Spannungsprüfer ist das primäre Sicherheitswerkzeug für Elektriker. Und eigentlich sollte auch jeder private Haushalt über einen verfügen.
Es handelt sich um ein Gerät mit zwei Prüfspitzen, welche über ein Kabel fest miteinander verbunden sind. Jede Prüfspitze wird mit einer Hand geführt. Er dient zur Prüfung, ob Spannungsfreiheit vorliegt, ob also „kein Strom drauf“ ist.
Es geht dabei in erster Linie um das „ob“, nur zweitrangig um das „wie hoch“. Der zweipolige Spannungsprüfer ist daher ein Prüfgerät und kein Messgerät.
Dies knüpft an eine der sog. fünf Sicherheitsregeln für Elektriker an, wonach vor Beginn von Arbeiten die allpolige Spannungsfreiheit festgestellt werden muss. Mit einem einpoligen Phasenprüfer (dazu sogleich) ist dies nicht möglich.
Und auch wenn ein Multimeter prinzipiell ein zweipolige Spannungsprüfung leisten kann, ist es nicht dafür zugelassen. Hauptgrund dafür ist, dass bei der Einstellung des Multimeters Anwendungsfehler in Form einer falsch eingestellten Messart passieren können. Dies ist bei zweipoligen Spannungsprüfern nicht möglich. Diese sind einzig für die Messung der Spannung ausgelegt und müssen nicht erst eingestellt werden.
Es ist letztlich Pflicht, sich vor Beginn von Arbeiten mithilfe eines zweipoligen Spannungsprüfers von der Spannungsfreiheit zu überzeugen, und zwar auch dann, wenn man den Stromkreis zuvor freigeschaltet, also die Sicherung ausgeschaltet hat. Vor allem durch das versehentliche Freischalten der falschen Sicherung kann es hier nämlich zu verhängnisvollen Fehlern kommen.
Alle gängigen zweipoligen Spannungsprüfer zeigen die anliegende Spannung entweder digital auf einem Display oder anhand einer Skala von LED-Dioden an.
Am Beispiel einer haushaltsüblichen Steckdose funktioniert die Spannungsprüfung so:
- Die beiden Messspitzen werden in die Steckdose eingeführt, sodass sie die metallenen Kontaktfedern berühren. Da Wechselspannung anliegt, ist es egal, welche Messspitze in welche Kontaktöffnung eingeführt wird. Das Gerät sollte jetzt eine Spannung von 230 V anzeigen, die zwischen Außenleiter und Neutralleiter anliegt.
- Bei der Messung zwischen einer der beiden Kontaktöffnungen und den Schutzkontaktfedern der Steckdose (das sind die von außen sichtbaren Federn an der Steckdose) müssen ebenfalls 230 V anliegen. Hinter dieser Kontaktöffnung ist der Außenleiter angeklemmt.
- Zwischen der jeweils anderen Kontaktöffnung und den Schutzkontaktfedern muss „Durchgang“ angezeigt werden. Einige Geräte signalisieren dies mit einem Pfeifen. Das ist normal. Hier ist der Neutralleiter angeklemmt.
Zum Standard gehört auch eine FI/RCD-Prüffunktion. Damit kann ein künstlicher Fehlerfall simuliert und die Funktion des FI-Schalters überprüft werden. Die Messspitzen werden hierzu zwischen Außenleiter und Schutzleiter angelegt (nicht zwischen Außenleiter und Neutralleiter!), dann wird die entsprechende Taste gedrückt. Der Spannungsprüfer lässt nun einen kleinen Strom über die Erdung abfließen. Der FI-Schutzschalter muss dieses Ungleichgewicht erkennen und den Stromkreis auftrennen.
Einpoliger Phasenprüfer – „Lügenstift“
Der einpolige Spannungsprüfer, auch als „Lügenstift“ bekannt, ist ein einfacher Schraubendreher mit eingebauter Glimmlampe. Er soll anzeigen, ob an einem Leiter (Wechsel-)Spannung anliegt. Das Problem: Er funktioniert nicht zuverlässig, ist nicht normgerecht und kann im Ernstfall ein falsches Gefühl von Sicherheit vermitteln.
Ein einpoliger Spannungsprüfer prüft die Spannung, indem er über den Körper des Anwenders einen minimalen Strom zur Erde fließen lässt. Erst wenn dieser Stromkreis zustande kommt, leuchtet die kleine Glimmlampe – und das ist genau der Haken: Es braucht die richtigen Umgebungsbedingungen, damit das überhaupt funktioniert.
Hat der Anwender beispielsweise sehr trockene Haut, steht auf trockenem Laminat oder in gut isolierten Schuhen mit Gummisohlen, kann der Stromfluss über den Körper nicht zustande kommen. Dadurch entstehen leicht falsch negative Ergebnisse, also Situationen, in denen der Stift nicht leuchtet, obwohl Spannung anliegt.
Der einpolige Spannungsprüfer sollte aus dem Haushalt entfernt werden. Im Werkzeugkasten hat er erst recht nichts verloren. Und: Es gibt auch bessere Schraubendreher.
Berührungslose Spannungsprüfer
Besser sind da berührungslose Spannungsprüfer. Vorab: Auch diese sind nicht zur Feststellung der Spannungsfreiheit zugelassen und können allenfalls einen ersten Anhaltspunkt liefern.
Das Funktionsprinzip ist hier ein ganz anderes als beim „Lügenstift“: Die berührungslosen Spannungsprüfer erkennen das elektrische Feld, das von spannungsführenden Leitern ausgeht. Der Sensor an der Gerätespitze reagiert auf das elektrische Wechselfeld, das Vorhandensein von Spannung wird dann mittels visueller oder akustischer Anzeige bestätigt. Die Geräte funktionieren nur in einem Wechselstromkreis und können nur das Vorhandensein von Spannung anzeigen. Dementsprechend handelt es sich ebenfalls um ein Prüfgerät und nicht um ein Messgerät.
Da der Spannungsprüfer ohne eine Berührung des Leiters auskommt, ist eine hohe Anwendersicherheit gegeben. Es gibt aber auch Schwächen: Aufgrund in der Nähe liegender anderer spannungsführender Leitungen kann es zu falsch positiven Ergebnissen kommen. Ebenso kann es bei sehr gut abgeschirmten Leitungen oder bei schwachen Feldern zu falsch negativen Ergebnissen kommen. Um die Spannungsfreiheit festzustellen, ist daher immer ein zweipoliger Spannungsprüfer zu verwenden.
Isolationsmessgerät
Ein Isolationsmessgerät ist ein spezialisiertes Messgerät, das den Isolationswiderstand der Komponenten in Anlagen, Leitungen und Geräten misst. Von einem herkömmlichen Multimeter unterscheidet es sich schon einmal dadurch, dass an die zu überprüfenden Komponenten eine deutlich höhere Gleichspannung angelegt wird (250 V, 500 V oder 1.000 V), um diese gezielt zu belasten und versteckte Schwachstellen aufzudecken. Dies kann nur ein Isolationsmessgerät leisten. Mittels der Isolationsmessung soll erkannt werden, ob in einer Anlage unerwünschte Ableitströme auftreten oder die Isolation von Leitern beschädigt ist. Vereinfacht gesagt, wird damit gemessen, ob „die Leitungen dicht“ sind, also ob nicht über eine beschädigte Isolierung irgendwo unkontrolliert Strom austritt.
Der Mindestwert, der bei der Messung in einer elektrischen Anlage erzielt werden muss, ist ein Megaohm (1 MΩ) – er sollte jedoch deutlich höher liegen und mehrere hundert Megaohm betragen. Bei der Inbetriebnahme einer neuen elektrischen Anlage ist die Messung und Dokumentation der Isolationswiderstände Pflicht.
Verminderte Isolationswerte können etwa auftreten in bereits angeschmorten Leitungen, in Abzweigdosen, in denen sich Kondenswasser bildet, bei undichten Außensteckdosen, allgemein nach Wasserschäden, bei Verschmutzungen in der elektrischen Anlage, wenn eine Leitung angebohrt, geknickt oder gequetscht wird oder wenn die Isolationswirkung der PVC-Isolierung um die einzelnen Leiter altersbedingt spröde wird.
Die Messung in einer ortsfesten elektrischen Anlage ist eine Arbeit, die wirklich einer Elektrofachkraft überlassen werden sollte. Aber auch außerhalb ortsfester Anlagen gibt es durchaus Anwendungsfälle für eine Isolationsmessung: Verlängerungskabel, Kabeltrommeln, Steckdosenleisten, Ladekabel für E-Autos und E-Bikes können so auf ihre Sicherheit überprüft werden. Gerade hier können Beschädigungen, Feuchtigkeit oder Schmutz leicht zu ungenügenden Isolationswerten führen.
Steckdosentester
Wer nur seine Haushaltssteckdosen einfach und schnell überprüfen möchte, kann dies mit günstigen Steckdosentestern erledigen.
Sie verfügen über einen herkömmlichen Stecker und werden wie jedes andere Gerät in die Steckdose eingesteckt. Gewöhnliche Modelle zeigen mittels einer LED-Anzeige, ob Außenleiter und Neutralleiter vertauscht wurden, ob Außenleiter oder Neutralleiter fehlen oder ob am Schutzleiter fälschlicherweise Spannung anliegt. Einige Modelle verfügen ebenfalls über eine FI/RCD-Testfunktion. Hier wird, genau wie bei der entsprechenden Funktion beim zweipoligen Spannungsprüfer, mit der Ableitung von Strom über den Schutzleiter ein Fehlerfall simuliert, der den FI-Schalter auslösen soll. Einige Modelle verfügen auch über ein Display und können so unter anderem die anliegende Spannung anzeigen.
Leitungssuchgeräte
Damit das Aufhängen des Fernsehers nicht mit dem Aufschlagen der Wand endet, sollte ein Leitungssuchgerät zur Hand sein. Die Funktionsweise ist ähnlich der des berührungslosen Spannungsprüfers: Durch die Erkennung des elektromagnetischen Feldes, das von spannungsführenden Leitern ausgeht, können in der Wand oder unter dem Fußboden verborgene Stromkabel aufgespürt werden (sogenannte Passivsucher). Auch Leitungssuchgeräte sind somit reine Prüfgeräte. Über die Stärke des Stromflusses sagen sie nichts aus. Auch darf man sich nicht auf sie verlassen: Bei tief im Mauerwerk liegenden Kabeln kann das Magnetfeld so stark gedämpft sein, dass es nicht mehr erkannt wird. Armierungen oder metallische Trockenbauprofile können zudem stören.
Wichtig ist auch: Erst sollte das Bauteil nach spannungsführenden Leitungen abgesucht werden und erst danach soll der Stromkreis freigeschaltet werden. Wird eine Wand durchbohrt, sollte zudem an beiden Seiten abgesucht werden.
Neben spannungsführenden Leitern finden die Leitungssuchgeräte auch magnetische Metalle. Ob es sich um einen spannungsführenden Leiter oder ein sonstiges magnetisches Metall handelt, geben die Geräte entweder visuell oder durch ein Piepsen an.
Wer einen kompletten Leitungsweg nachvollziehen will, kann mit einem Passiv-Sucher aber schnell an Grenzen stoßen. Hier ist ein Aktiv-Sucher gefragt: An die spannungsfreie Leitung wird ein Sender angeklemmt, der ein bestimmtes Signal in den Leiter sendet. Mit einem Empfänger kann nun die Wand abgesucht werden. Dieser erkennt das Signal. Störfaktoren können so ausgeschlossen und der Leitungsweg eindeutig nachvollzogen werden.
Energiemessgerät
Nun stellt sich zu guter Letzt die Frage, wie im laufenden Betrieb gemessen werden kann, wie viel Strom ein Gerät abnimmt, wie hoch also seine elektrische Leistung ist.
Zwar verfügt jedes elektrische Gerät über ein Typenschild, das seine elektrische Leistung in Watt angibt. Dabei handelt es sich aber um den Maximalwert. Je nach Gerät wird die meiste Zeit lang tatsächlich weniger Leistung abgenommen.
Die Lösung bieten hier Energiemessgeräte bzw. Energiekostenmessgeräte. Sie werden zwischen Steckdose und Gerät gesteckt. Ihre Hauptfunktion ist es, den Verbrauch an elektrischer Energie über die Zeit (Tage, Wochen, Monate) aufzuzeichnen. Viele Geräte zeigen jedoch die aktuell abgerufene Leistung in Echtzeit an. Bei der Auswahl sollte auf ein Gerät geachtet werden, das den Leistungsfaktor, auf den hier nicht näher eingegangen wird, berücksichtigt. Dies ist meist der Fall. Man erkennt die Geräte an einer Angabe wie „cos φ-Messung“ oder „Wirkleistung“.
Ebenfalls wichtig ist die Angabe der maximalen Leistung, die das Gerät durchleiten kann. Einige Geräte können nur mit bis zu 2.000 W umgehen.
Wer sich bereits ein Smart-Home-Ökosystem aufgebaut hat, sollte sich nach den Smart-Plugs umsehen, die jeder der einschlägigen Hersteller anbietet. Auch sie messen meist die Leistung in Echtzeit sowie über einen Zeitraum hinweg. Aber auch hier ist auf die maximal verträgliche Leistung zu achten.
CAT-Bewertung
Bei Mess- und Prüfgeräten allgegenwärtig ist die CAT-Angabe. Sie beschreibt die Messkategorie, für die das Gerät zugelassen ist. Vereinfacht lassen sich die Kategorien so beschreiben:
- CAT I: Elektronik
- CAT II: Haushaltsgeräte & Steckdosen
- CAT III: Gebäudeinstallation
- CAT IV: Hausanschluss & Außenwelt
Die Kategorie wird aber immer zusätzlich mit einer Volt-Angabe versehen, zum Beispiel CAT IV 600 V. Das bedeutet, dass das Messgerät in einer Umgebung gemäß CAT IV bis zu einer Spannung von 600 Volt zugelassen und sicher ist.
Kalibrierbarkeit
Elektrofachkräfte müssen über geeignete Mess- und Prüfgeräte verfügen, die exakte Werte liefern und vor allem zuverlässig und reproduzierbar messen, was dokumentiert und nachweisbar sein muss. Damit diese Fähigkeiten langfristig erhalten bleiben, muss auf die Kalibierbarkeit des Gerätes geachtet werden. Bei der Kalibrierung wird das Messgerät mit einem genauen Referenzwert abgeglichen und im Zweifel neu eingestellt. Man erkennt sie daran, dass der Hersteller einen Kalibrierservice anbietet oder das Gerät als kalibrierfähig oder „ISO-kalibrierbar“ kennzeichnet.
Im Heimwerkerbereich gibt es keine Vorgaben. Wer sich allerdings auf sehr exakte und reproduzierbare Messwerte angewiesen ist und sich die Möglichkeit offenhalten möchte, das Gerät später kalibrieren zu lassen, sollte zu einem höherwertigen Gerät greifen.
Fazit
Wir hoffen, dass wir dir das richtige Gerät für deinen Anwendungszweck vorstellen konnten. Im Zweifel sind zwei Anschaffungen zu empfehlen: Ein zweipoliger Spannungsprüfer und ein digitales Multimeter.
Hinweis
Sämtliche Inhalte und technischen Daten in diesem Beitrag dienen ausschließlich der theoretischen Information und Wissensvermittlung, nicht als Anleitung zur Selbstausführung. Arbeiten an elektrischen Anlagen sind lebensgefährlich. Die Umsetzung erfolgt auf eigene Gefahr. Für Schäden durch unsachgemäße Handhabung oder Fehlinterpretation wird keine Haftung übernommen