Die Rogowski-Spulen (RC) und Stromwandler (CTs) sind zwei grundlegende Technologien zur Messung von Wechselstrom. Beide beruhen auf elektromagnetischer Induktion. Sie unterscheiden sich jedoch grundlegend im Aufbau: Das Vorhandensein oder Fehlen eines Magnetkerns wirkt sich erheblich auf Leistung, Einsatzgebiete und Sicherheit aus. Stromwandler besitzen einen Kern und eignen sich besonders für hochpräzise Messungen bei niedrigen Frequenzen und im stationären Betrieb. Rogowski-Spulen haben keinen Kern. Sie bieten größere Flexibilität, einen breiteren Dynamikbereich und sind unempfindlich gegen Kernsättigung. Dadurch eignen sie sich besonders für hohe Ströme, hohe Frequenzen und transiente Vorgänge.
Der Kernaufbau ist das wichtigste Unterscheidungsmerkmal der beiden Technologien.
| Merkmal | Rogowski-Spule (RC) | Stromwandler (CT) |
| Kernaufbau | Kernlos (Luftkern). | Eisenkern (schwerer Magnetkern). |
| Funktionsprinzip | Basiert auf dem Faradayschen Induktionsgesetz. Erzeugt eine Spannung, die proportional zur Änderungsrate des Primärstroms (di/dt) ist. | Basiert auf elektromagnetischer Induktion. Wandelt den Primärstrom durch magnetische Kopplung über den Kern in einen Sekundärstrom um. |
| Ausgangssignal | Schwaches Spannungssignal (di/dt). | Stromsignal (sekundärseitig üblicherweise 5 A oder 1 A). |
| Signalverarbeitung | Benötigt eine externe Integratorschaltung, um das abgeleitete Spannungssignal wieder in ein zum Strom proportionales Signal umzuwandeln. | Der Ausgangsstrom wird üblicherweise direkt gemessen oder über einen Bürdenwiderstand in eine Spannung umgewandelt. |
Der kernlose Aufbau der Rogowski-Spule bietet deutliche Vorteile beim Dynamikbereich und bei der Sicherheit. Der Eisenkern des Stromwandlers ermöglicht dagegen einen einfachen Aufbau und eine hohe Genauigkeit unter Nennbedingungen.
| Eigenschaft | Rogowski-Spule (RC) | Stromwandler (CT) |
| Kernsättigung | Keine. Auch bei extrem hohen Strömen tritt keine magnetische Sättigung auf. | Bei Strömen oberhalb des Nennwerts kann der Kern sättigen. Dies führt zu einem nichtlinearen Verhalten und fehlerhaften Messungen. |
| Messbereich | Sehr breit. Eine einzelne Einheit kann Ströme von wenigen Ampere bis zu mehreren Tausend Ampere (z. B. 10 kA) messen. | Enger. Durch Kerngröße und Sättigungsgrenze begrenzt. Für unterschiedliche Strombereiche sind verschiedene Stromwandler erforderlich. |
| Frequenzverhalten | Hervorragende, große Bandbreite. Sehr gutes Verhalten bei hochfrequenten und transienten Strömen (z. B. Motoranlaufströmen und Stromimpulsen). | Begrenzt. Das Frequenzverhalten wird durch das Kernmaterial eingeschränkt. Am besten für Netzfrequenzen (50/60 Hz) geeignet. |
| Linearität | Hervorragend. Über den gesamten breiten Messbereich bleibt das Verhalten linear. | Hohe Genauigkeit bei Nennstrom und Nennfrequenz; bei Sättigung nimmt die Linearität jedoch erheblich ab. |
| Sicherheit (offener Sekundärkreis) | Grundsätzlich sicher. Das Ausgangssignal ist eine niedrige Spannung; bei offenem Sekundärkreis entsteht keine gefährliche Hochspannung. | Gefährlich. Wird der Sekundärkreis bei fließendem Strom geöffnet, können extrem hohe, lebensgefährliche Spannungen entstehen. |
| Bauform | Flexibel und leicht (z. B. etwa ein halbes Pfund bei einer Einheit für 5.000 A). | Starr, schwer und sperrig (z. B. bis zu 65 Pfund bei einem vergleichbaren Messbereich). |
| Installation | Einfach. Die flexible Bauform zum Umlegen erleichtert die Installation an Sammelschienen oder unregelmäßig geformten Leitern, besonders bei wenig Platz. | Schwierig. Die starre Bauform erfordert bei großen oder unregelmäßig geformten Leitern häufig eine vollständige Stromabschaltung und Sonderanfertigungen [3]. |
| Komplexität/Kosten | Die Verwendung ist wegen des erforderlichen externen oder integrierten Integrators aufwendiger. Kann teurer sein als ein einfacher Stromwandler. | Einfacher zu verwenden (direkter Stromausgang). Für Standardanwendungen meist kostengünstiger. |
Die Wahl zwischen einer Rogowski-Spule und einem Stromwandler hängt stark von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.
| Technologie | Ideale Anwendungen | Weniger geeignete Anwendungen |
| Rogowski-Spule | – Überwachung hoher Ströme (z. B. bis zu 5.000 A und darüber). | – Gleichstrommessung (Rogowski-Spulen messen nur Wechselstrom bzw. Stromänderungen). |
| – Analyse hochfrequenter und transienter Vorgänge (z. B. in der Leistungselektronik sowie von Motoranlauf- und Fehlerströmen). | – Anwendungen, bei denen Kosten oder Aufwand für den Integrator zu hoch sind. | |
| – Nachrüstung oder Installation bei unregelmäßig geformten Leitern oder begrenztem Platzangebot. | – Standardmäßige Energiezählung, wenn ausschließlich hochpräzise Messungen bei niedrigen Frequenzen erforderlich sind. | |
| Stromwandler | – Standardmäßige Energiezählung und Abrechnung (hohe Genauigkeit bei 50/60 Hz). | – Messung hoher Ströme, bei der Sättigungsgefahr besteht. |
| – Relaisschutz und industrielle Überwachung bei Netzfrequenzen. | – Analyse hochfrequenter oder transienter Ströme. | |
| – Anwendungen, bei denen Einfachheit und geringe Kosten Vorrang haben. | – Installationen mit unregelmäßig geformten Sammelschienen oder sehr wenig Platz. |
Rogowski-Spulen und Stromwandler ergänzen einander. Der Stromwandler bleibt die bewährte Lösung für die herkömmliche, hochpräzise Überwachung und den Schutz bei Netzfrequenzen und stationären Betriebsbedingungen. Die kernlose Rogowski-Spule bietet eine moderne, flexible und sicherere Lösung für anspruchsvolle Anwendungen mit hohen Strömen, großen Dynamikbereichen und hochfrequenten Transienten, insbesondere bei der Analyse der Netzqualität und bei Prüfungen in der Leistungselektronik.
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