Spannungsteiler für 4 Leiter mit geringem Ableitstrom

Für die Leistungsmessung in Drehstromnetzen ist es üblich, den Strom mittels (berührungsloser) Stromzangen zu messen. Für die Spannungsmessung tut man sich dagegen ziemlich schwer und misst diese üblicherweise mittels entsprechender Übertrager. Diese sind sehr teuer und klobig — und benötigen eine komplizierte Stromversorgung. Von deren Phasenverschiebung und Oberwellen-Übertragungsverhalten ganz zu schweigen.

Bei hinreichend geringem Ableitstrom ist es hingegen ausreichend, die vier Potenziale der Leiter L1, L2, L3 und N gegen eine Messerde zu erfassen. Dieser Weg wird hiermit beschritten. Die Leiterplatte ist derart entworfen, dass eine Dauergleichspannung von 750 V angelegt werden darf. Der Innenwiderstand beträgt 10 MΩ pro Leiter, wie bei jedem heute üblichen Digitalmultimeter. Damit beträgt der Gesamtableitstrom bei hypothetischen 4 × 1000 V ungefährliche 400 µA. Bei betriebsmäßigen Messungen an einem Drehstromnetz ist der Ableitstrom Null. (Sternschaltung — Virtueller Sternpunkt.)

Ein eingebauter Vierfach-Operationsverstärker in Elektrometerschaltung ermöglicht die nahezu beliebige Verlängerung der Schutzkleinspannungs-Ausgangsleitung, d.h. die Kapazität der Leitung kann für die Messung trotz hoher Frequenzen vernachlässigt werden, und man kann „vor Ort“ messen, etwa die Schaltung in einem CEE-Stecker unterbringen. Zur Speisung sind ± 15 V bei 8 mA vorgesehen. Das Spannungsteilerverhältnis ist 100:1, passend für übliche Messkarten mit ± 10 V Eingangsspannungsbereich. Auch wenn zur maximalen Scheitelspannung von 230 V × √2 = 325 V noch reichlich Reserve ist. (± 5 V Eingangsspannungsbereich tut's also auch.)

Einerseits kann die Spannungsmessung mittels unsymmetrischer („single-ended“) Eingänge erfolgen, was zum Kalibrieren nützlich ist. Andererseits kann man den Ausgang für den Leiter N an den negativen Eingang differenzieller Eingänge eines Messverstärkers legen und die ohnehin erforderliche Subtraktion in Hardware erledigen lassen. Genau dafür müssen die Spannungsteiler untereinander völlig gleich teilen, daher muss die Schaltung abgleichbar sein.