DE102018121486B4

DE102018121486B4 - Strommesswiderstand und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018121486B4
Application number: DE102018121486.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Marien; Florian Bernhardt; Siegfried Herb; Michael POLLMANN; Benjamin Seel; Alexander Wassmann
Original assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Current assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: DE102018121486A1

Abstract

Strommesswiderstand (1) zur Messung eines elektrischen Stroms (I), mita) einem ersten Anschlussteil (2) aus einem Leitermaterial zur Einleitung des elektrischen Stroms (I) in den Strommesswiderstand (1),b) einem zweiten Anschlussteil (3) aus einem Leitermaterial zur Ausleitung des elektrischen Stroms (I) aus dem Strommesswiderstand (1), undc) einem Widerstandselement (4) aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung zwischen dem ersten Anschlussteil (2) und dem zweiten Anschlussteil (3) angeordnet und mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) zusammengefügt ist, so dass der zu messende elektrische Strom (I) im Betrieb durch das Widerstandselement (4) fließt und einen Spannungsabfall (U) über dem Widerstandselement (4) erzeugt,d) wobei das erste Anschlussteil (2), das zweite Anschlussteil (3) und das Widerstandselement (4) jeweils in einer Schnittebene rechtwinklig zur Stromflussrichtung des elektrischen Stroms (I) einen im Wesentlichen runden Querschnitt haben,e) wobei auf der Mantelfläche des Strommesswiderstands (1) eine Leiterplatte (18) befestigt ist, um den Spannungsabfall (U) über dem Widerstandselement (4) zu messen, dadurch gekennzeichnet,f) dass die Leiterplatte (18) eine flexible Leiterplatte (18) ist, die entsprechend der Außenkontur des Strommesswiderstands (1) in Umfangsrichtung gewölbt oder geknickt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strommesswiderstand zur Messung eines elektrischen Stroms, insbesondere im kA-Bereich in einem Hochspannungsnetz. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren für einen solchen Stromnetzwiderstand.
Aus dem Stand der Technik (z.B. EP 0 605 800 A1 ) sind niederohmige Strommesswiderstände bekannt, die eine Strommessung gemäß der bekannten Vierleitertechnik ermöglichen. Dabei wird der zu messende Strom durch den niederohmigen Strommesswiderstand geleitet und der Spannungsabfall über dem Strommesswiderstand gemessen. Der Spannungsabfall über dem Strommesswiderstand ist dabei entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein Maß für den elektrischen Strom, der durch den Strommesswiderstand fließt. Die bekannten Strommesswiderstände gemäß EP 0 605 800 A1 werden üblicherweise aus einem Verbundmaterialband abgetrennt und haben deshalb in einer Schnittebene rechtwinklig zur Stromflussrichtung einen rechteckigen Querschnitt. Diese bekannten Strommesswiderstände eignen sich jedoch nicht zur Strommessung von Wechselströmen im kA-Bereich in einem Hochspannungsnetz. Die rechteckige Form des Widerstands führt nämlich insbesondere bei Wechselströmen zu stark ort- und frequenzabhängigen Verteilungen der Amplituden und Phasenlagen.
Zum Stand der Technik ist auch hinzuweisen auf DE 85 10 187 U1 , DE 11 2010 004 668 T5 , US 2 708 701 A , DE 10 2012 013 036 AI, DE 199 06 276 A1 und DE 10 2013 005 939 A1 .
Schließlich ist aus DE 10 2012 211 701 A1 ein Widerstand gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Hierbei ist die Anbindung der zugehörigen Messelektronik jedoch unbefriedigend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend verbesserten Strommesswiderstand und ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Strommesswiderstand und ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Der erfindungsgemäße Strommesswiderstand weist zunächst in Übereinstimmung mit den eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderständen zwei Anschlussteile aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) auf, um den zu messenden elektrischen Strom in den Strommesswiderstand einzuleiten bzw. aus dem Strommesswiderstand auszuleiten.
Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Strommesswiderstand in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik ein Widerstandselement auf, das aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial (z.B. Noventin^®, d.h. CuMnNi_25-10) besteht, wobei das Widerstandselement in Stromflussrichtung zwischen den beiden Anschlussteilen angeordnet ist und mit den beiden Anschlussteilen zusammengefügt ist, so dass der zu messende elektrische Strom in Betrieb durch das Widerstandselement fließt und einen Spannungsabfall über dem Widerstandselement erzeugt, der ein Maß für den zu messenden elektrischen Strom bildet.
Der erfindungsgemäße Strommesswiderstand unterscheidet sich nun von dem eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderstand dadurch, dass die beiden Anschlussteile und das Widerstandselement jeweils in einer Schnittebene rechtwinklig zur Stromflussrichtung des elektrischen Stroms einen im Wesentlichen runden Querschnitt haben, insbesondere einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine konstruktive Auslegung des Strommesswiderstands zur Messung hoher Wechselströme im kA-Bereich in einem Hochspannungsnetz.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines runden Querschnitts ist nicht beschränkt auf einen im mathematisch-geometrischen Sinne exakt kreisrunden Querschnitt. Vielmehr kann der Querschnitt auch durch ein Polygon nachgebildet sein, das eine Vielzahl von Ecken aufweist, wie beispielsweise 16 Ecken. In jedem Fall aber unterscheidet sich der erfindungsgemäße Strommesswiderstand von den eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderständen mit einem viereckigen und rechteckigen Querschnitt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der Anschlussteile und des Widerstandselements im Wesentlichen kreisrund und weist lediglich Abplattungen auf, die den Herstellungsprozess erleichtern bzw. die Montage einer Leitplatte ermöglichen, wie noch detailliert beschrieben wird.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das runde Widerstandselement einen größeren Außendurchmesser auf als die beiden runden Anschlussteile, wobei das Widerstandselement bezüglich der Stromflussrichtung mittig zwischen den beiden Anschlussteilen angeordnet ist.
Hierbei weist der Strommesswiderstand zwischen den beiden äußeren Anschlussteilen mit dem kleineren Außendurchmesser und dem mittigen Widerstandselement mit dem größeren Außendurchmesser eine Übergangskontur auf, die glatt und knickfrei sein kann, um eine homogene Stromverteilung zu erreichen. Beispielsweise kann die Übergangskontur auch einen konkaven Abschnitt aufweisen.
Weiterhin ist zu der Übergangskontur zu erwähnen, dass sich die Übergangskontur vorzugsweise ausschließlich in den Anschlussteilen befindet, während der Außendurchmesser des Widerstandselements entlang seiner Länge im Wesentlichen konstant ist. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass sich die Übergangskontur auch bis in das Widerstandselement erstreckt oder ausschließlich im Widerstandselement angeordnet ist.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die Anschlussteile mit dem Widerstandselement zusammengefügt sind, wie es grundsätzlich auch bei den eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderständen der Fall ist.
In einer Variante der Erfindung erfolgt diese Verbindung zwischen dem Widerstandselement einerseits und dem Anschlussteil andererseits durch Elektronenstrahlschweißen, wie es auch aus der bereits eingangs erwähnten Patentanmeldung EP 0 605 800 A1 bekannt ist. Allerdings muss der Elektronenstrahl bei der Herstellung einer solchen Elektronenstrahlschweißverbindung von der äußeren Mantelfläche ausgehend bis zum Mittelpunkt des Strommesswiderstands reichen. Dies ist jedoch aufgrund des relativ großen Außendurchmessers des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands relativ schwierig, weshalb eine Elektronenstrahlschweißverbindung nicht optimal ist.
In einer anderen, bevorzugten Variante der Erfindung erfolgt die Verbindung zwischen dem Widerstandselement einerseits und den Anschlussteilen andererseits deshalb durch Hartlöten (z.B. Vakuumhartlöten), was vorzugsweise in einem Ofen geschieht, der mit entsprechender Heizleistung in der Lage ist, die Werkstücke (Widerstandselement und Anschlussteile) homogen zu erwärmen und einem bestimmten zeitlichen Temperaturprofil auszusetzen. Hierbei tragen auch die Abkühlgradienten und die Abkühlzeiten zur Qualität der Hartlötverbindung bei. Für die Hartlötung ist in der Regel auch ein bestimmter Druck auf die Fügeverbindung notwendig. Die zu verbindenden Werkstücke (Widerstandselement und Anschlussteile) weisen jedoch bei dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand ein relativ hohes Eigengewicht auf, so dass in der Regel keine zusätzlicher Druck von außen auf die Werkstücke notwendig ist.
Vorzugsweise erfolgt das Hartlöten im Rahmen eines Vakuumhartlötprozesses, wobei derartige Prozesse an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind und deshalb nicht mehr beschrieben werden müssen.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements Mangan enthalten kann, was eine gute Lötverbindung erschwert. Vorzugsweise werden die Fügeflächen des Widerstandselements deshalb vor dem Zusammenfügen (Hartlöten) mit einer schichtförmigen Oberflächenveredelung versehen, die beispielsweise Nickel, Nickel-Phosphor (NiP), Gold oder Silber als Inhaltsstoffe aufweisen kann. Hierbei sind die Zusammensetzung der Legierung bzw. die Zusätze zum Nickel entscheidend für die Lötverbindung. Je edler die Nickel-Legierung ist, desto schneller bildet diese wieder eine Passivierung, was wiederum schlechter zu löten ist. Diese Oberflächenveredlung ermöglicht trotz eines manganhaltigen Widerstandsmaterials eine gute Lötverbindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand ist auf der Mantelfläche des Strommesswiderstands eine Leiterplatte montiert, um den Spannungsabfall über dem Widerstandselement zu messen. Diese Leiterplatte ist eine flexible Leiterplatte (Flex-Leiterkarte), die entsprechend der Außenkontur des Strommesswiderstands in Umfangsrichtung gewölbt oder geknickt ist.
Die Leiterplatte ist vorzugsweise durch eine Schweißverbindung mit dem Strommesswiderstand verbunden, beispielsweise durch eine Ultraschallschweißverbindung oder eine Laserschweißverbindung. Die Schweißverbindung kann beispielsweise nur im Bereich der Anschlussteile liegen, um dort auch Spannungsabgriffe auf der Innenseite der Leiterplatte mit den Anschlussteilen elektrisch und mechanisch zu verbinden. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die Schweißverbindung zwischen der Leiterplatte und dem Strommesswiderstand nur im Bereich des Widerstandselements liegt, um die Spannungsabgriffe innerhalb des Widerstandselements anzuordnen. Ferner besteht auch die Möglichkeit, dass sich die Schweißverbindung sowohl über die Anschlussteile als auch über das Widerstandselement erstreckt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Leiterplatte durch eine Lötverbindung mit dem Strommesswiderstand zu verbinden.
Zu der Leiterplatte ist auch zu erwähnen, dass die Leiterplatte vorzugsweise mindestens zweilagig ausgeführt ist, um von beiden Seiten zugänglich zu sein.
Ferner kann die Leiterplatte zur Messung der Temperatur des Widerstandselements auch einen Temperatursensor tragen, insbesondere einen NTC-Widerstand (NTC: negative temperature coefficient) oder einen PTC-Widerstand (PTC: positive temperature coefficient). Alternativ möglich sind als Temperatursensor auch Chip-Temperatursensoren (Pt100, Pt1000, Ptx, 1-Wire, etc.)
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nicht nur ein einziges Paar von Spannungsabgriffen vorgesehen, um den Spannungsabfall über dem Widerstandselement zu messen. Vielmehr sind vorzugsweise mehrere Paare von Spannungsabgriffen vorgesehen, die an unterschiedlichen Stellen an dem Strommesswiderstand angeordnet sind und jeweils einen entsprechenden Spannungsmesswert liefern. Die Paare von Spannungsabgriffen sind vorzugsweise über den Umfang des Strommesswiderstand verteilt angeordnet und zwar vorzugsweise äquidistant. Beispielsweise kann die Anzahl der Paare von Spannungsabgriffen größer sein als 2, 4, 8, 12 oder 14, wobei in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung genau 16 Paare von Spannungsabgriffen vorgesehen sind.
Beispielsweise können die Spannungsabgriffe direkt an der Leiterplatte angebracht sein und direkt auf der Mantelfläche der Anschlussteile aufliegen. Die Spannungsabgriffe können dann auf der dem Strommesswiderstand zugewandten Seite der Leiterplatte angebracht sein und kontaktieren die Anschlussteile nach dem Aufschweißen der Leiterplatte. Vorzugsweise sind die Spannungsabgriffe jedoch durchkontaktiert auf beiden Seiten der Leiterplatte zugänglich.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die einzelnen Paare von Spannungsabgriffen jeweils einen Spannungsmesswert liefern. Aus den einzelnen Spannungsmessungswerten kann dann beispielsweise ein Mittelwert gebildet werden, der dann das Maß für den durch den Strommesswiderstand fließenden elektrischen Strom bildet. Vorzugsweise sind jedoch Gewichtungswiderstände vorgesehen, um die einzelnen Spannungsmesswerte zu gewichten, wobei dann aus den gewichteten Spannungsmesswerten ein resultierender Messwert ermittelt wird. Diese Gewichtungswiderstände können ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet sein.
Die Paare von Spannungsabgriffen sind vorzugsweise mit einer Messschaltung verbunden, die den Spannungsabfall über dem Widerstandselement ermittelt, wobei die Messschaltung den Spannungsabfall über dem Widerstandselement vorzugsweise aus den gewichteten Spannungsmesswerten berechnet. Die Messschaltung ist dabei vorzugsweise nicht auf der Leiterplatte selbst angeordnet, sondern auf mindestens einer separaten Messkarte, die durch eine Leitung mit der Leiterplatte verbunden ist.
Die Messschaltung kann auch mit einer Datenschnittstelle verbunden sein, um Messwerte des Spannungsabfalls an eine externe Auswertungseinheit zu übertragen. Vorzugsweise ist diese Datenschnittstelle eine elektro-optische Datenschnittstelle, welche die Messwerte über einen Lichtwellenleiter an die externe Auswertungseinheit überträgt.
Zur Schaffung von Redundanz bei der Messung sind vorzugsweise mindestens zwei Messkarten vorgesehen, die jeweils eine Messschaltung aufweisen, wobei die beiden Messschaltungen eingangsseitig mit der Leiterplatte verbunden sind und die Spannungsmesswerte der einzelnen Paare von Spannungsabgriffen aufnehmen.
Die einzelnen Messschaltungen können jeweils mindestens zwei oder mindestens drei Messpfade aufweisen, wobei die einzelnen Messpfade jeweils die Messwerte für den Spannungsabfall über dem Widerstandselement von der Leiterplatte aufnehmen. Bei drei Messpfaden können die beiden ersten Messpfade beispielsweise die gleiche Signalverstärkung aufweisen, während der dritte Messpfad eine geringere Signalverstärkung aufweist.
Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die Außenkontur des Strommesswiderstands nicht exakt rund sein muss, sondern Abplattungen in der Mantelfläche aufweisen kann, um die Leiterplatte planparallel auf der Abplattung zu montieren.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind über den Umfang des Strommesswiderstands verteilt mehrere Abplattungen in der Mantelfläche des Strommesswiderstands angeordnet und zwar vorzugsweise mehr als 2, 4, 6, 8, 10, 12 oder 14 Abplattungen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Strommesswiderstand im Querschnitt ein Polygon mit 16 Abplattungen. Hierbei ist die Leiterplatte entsprechend der Anzahl der Abplattungen in dem Strommesswiderstand mehrfach geknickt und enthält zwischen den Knickstellen jeweils ebene Leiterplattenabschnitte, die jeweils planparallel auf einer der Abplattungen montiert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit 16 Abplattungen in der Mantelfläche des Strommesswiderstands weist die Leiterplatte entsprechend 16 ebene Leiterplattenabschnitte auf, die dann jeweils planparallel auf einer der Abplattungen aufliegen.
Hierbei ist zu erwähnen, dass sich die Abplattungen in axialer Richtung vorzugsweise aus dem Bereich des Widerstandselements bis in die Bereiche der angrenzenden Anschlussteile erstrecken.
Die vorstehend beschriebene Messschaltung und weitere elektronische Komponenten des Strommesswiderstands benötigen im Betrieb eine Stromversorgung, die bei dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand grundsätzlich in herkömmlicher Weise erfolgen kann. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Strommesswiderstand jedoch zur Energiegewinnung aus dem Magnetfeld des Strommesswiderstands durch Energy-Harvesting mindestens eine Spule auf. Im Betrieb erzeugt der durch den Strommesswiderstand fließende elektrische Strom ein Magnetfeld, welches die Energy-Harvesting-Spule durchsetzt und dadurch eine Energiegewinnung ermöglicht. Diese Spule kann dann die zum Betrieb der Messschaltung benötigte elektrische Energie liefern und zwar allein oder mit einer zusätzlichen Energieversorgung. Vorzugsweise weist die Spule mindestens 20, 50, 100 oder 140 Windungen auf, wobei in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung genau 150 Windungen vorgesehen sind. Darüber hinaus enthält die Spule vorzugsweise einen Magnetkern, der die Anschlussteile ringförmig umgibt und mit der Spule bewickelt ist. In dem bevorzugen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mehrere Spulen vorgesehen, die jeweils eines der beiden Anschlussteile ringförmig umgeben.
Darüber hinaus kann auch ein Stromspeicher in dem Strommesswiderstand integriert sein, insbesondere mindestens ein so genannter Power-Cap mit einer Kapazität von mindestens 10 mF, 50 mF, 100 mF, 500 mF oder mindestens 1.000 mF.
Zur alleinigen oder unterstützenden Stromversorgung kann auch eine Photozelle in dem Strommesswiderstand integriert sein.
Bei dem Leitermaterial handelt es sich vorzugsweise um Kupfer oder eine Kupferlegierung, jedoch sind im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch andere Leitermaterialien möglich. Allerdings sollte das Leitermaterial der Anschlussteile einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand haben als das Widerstandsmaterial des Widerstandselements.
Beispielsweise kann es sich bei dem Widerstandsmaterial des Widerstandselements um eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung handeln, insbesondere mit 25 Gew% Mangan, 10 Gew% Nickel und dem Rest Kupfer oder mit 12 Gew% Mangan, 2 Gew% Nickel und dem Rest Kupfer.
Das Widerstandsmaterial des Widerstandselements weist vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der kleiner ist als 1.000 µΩcm, 500 µΩcm, 250 µΩcm, 100 µΩcm oder 50 µΩcm.
Das Leitermaterial der Anschlussteile weist dagegen vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der kleiner ist als 20 µΩcm, 10 µΩcm, 5 µΩcm oder 2 µΩcm.
Ferner ist zu erwähnen, dass das Widerstandselement, das erste Anschlussteil und/oder das zweite Anschlussteil vorzugsweise ohne Hohlräume massiv ausgeführt sind. Zum einen ist dies vorteilhaft, weil Hohlräume in dem Strommesswiderstand das Eindringen von Wasser ermöglichen könnten. Zum anderen ist die massive Ausführung des Strommesswiderstands aber auch vorteilhaft, weil der erfindungsgemäße Strommesswiderstand für eine ausreichende Kurzschlussfestigkeit eine große Masse haben muss, damit er die bei einem Kurzschluss entstehende thermische Verlustleistung puffern kann, ohne dass sich der Widerstandswert wesentlich ändert.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Anschlussteile in ihrer Mantelfläche jeweils eine axial verlaufende Längsnut aufweisen können, die von der Stirnfläche der Anschlussteile ausgeht. Diese Längsnuten ermöglichen vorteilhaft eine Verdrehsicherung.
Weiterhin können die beiden Anschlussteile jeweils in ihren Stirnflächen eine axial verlaufende Sackbohrung aufweisen, insbesondere mit einem Innengewinde, wobei die Sackbohrung vorzugsweise zentrisch und koaxial angeordnet ist. Diese Sackbohrung ermöglicht beispielsweise den Anschluss von Kabeln.
Darüber hinaus können die Anschlussteile in ihrer Mantelfläche jeweils mindestens eine radial verlaufende Sackbohrung zur Gehäusemontage aufweisen, wobei sich diese Sackbohrung beispielsweise in der Übergangskontur des Strommesswiderstands befinden kann.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Strommesswiderstand im Bereich des Widerstandselements im Querschnitt ein Polygon bildet, um die mehrfach eingeknickte Leiterplatte montieren zu können. In den Anschlussteilen befinden sind deshalb vorzugsweise entsprechende Ringnuten mit einem ebenfalls polygonalen Querschnitt in der gleichen Ausrichtung in Umfangsrichtung. Diese Ringnuten mit dem polygonalen Querschnitt dienen dann als Fertigungshilfen bei der automatisierten Montage der Leiterplatte.
Der erfindungsgemäße Strommesswiderstand unterscheidet sich von den eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderständen auch durch die wesentlich größeren Abmessungen, die an eine Strommessung im kA-Bereich angepasst sind. Der Außendurchmesser des runden Widerstandselements kann deshalb mindestens 6 cm, 7 cm, 8 cm oder 9 cm betragen, wobei der Außendurchmesser des runden Widerstandselements bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Wesentlichen 10 cm beträgt. Der Außendurchmesser der runden Anschlussteile beträgt dagegen vorzugsweise mindestens 2 cm, 3 cm, 4 cm oder 5 cm und ist somit wesentlich geringer als der Außendurchmesser des runden Widerstandselements.
In axialer Richtung weist der erfindungsgemäße Strommesswiderstand dagegen vorzugsweise eine relativ große Länge von mindestens 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm oder 60 cm auf, wobei die Länge des Strommesswiderstands in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen 64 cm beträgt.
Das einzelne Widerstandselement weist dagegen in Stromflussrichtung vorzugsweise eine axiale Länge von mindestens 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm oder 6 cm auf, wobei die Länge des Widerstandselements bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen 7 cm beträgt.
Die einzelnen Anschlussteile weisen dabei in Stromflussrichtung vorzugsweise eine axiale Länge von mindestens 10 cm, 20 cm, 25 cm oder 30 cm auf, wobei die axiale Länge der einzelnen Anschlussteile bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Wesentlichen 31 cm beträgt.
Auch die Masse der Anschlussteile und des Widerstandselements ist bei dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand vorzugsweise wesentlich größer als bei den eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderständen, um eine ausreichende Stromtragfähigkeit und Kurzschlussfestigkeit zu ermöglichen. So haben die Anschlussteile jeweils vorzugsweise eine Masse von mindestens 1 kg, 2 kg, 5 kg, 10 kg, 15 kg oder 20 kg und in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen 22 kg. Das Widerstandselement hat dagegen vorzugsweise eine Masse von mindestens 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg oder 2 kg, wobei die Masse in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen 2 kg beträgt.
Der erfindungsgemäße Strommesswiderstand unterscheidet sich von den bekannten Strommesswiderständen auch durch eine sehr hohe Dauerstrombelastbarkeit, die bei Wechselstrom bei mindestens 1 kA, 5 kA, 10 kA, 15 kA, 50 kA, 75 kA, 95 kA oder sogar mindestens 100 kA liegt.
Darüber hinaus ist der Strommesswiderstand auch für ein relativ hohes Spannungsniveau ausgelegt und eignet sich bei Wechselstrom für Spannungen von mindestens 1 kV, 5 kV, 10 kV, 50 kV, 110 kV, 220 kV oder mindestens 380 kV.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für den erfindungsgemäßen Strommesswiderstand als einzelnes Bauteil. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ergeben sich bereits aus der vorstehenden Beschreibung, so dass auf eine separate Beschreibung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens verzichtet werden kann.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehen zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands,
2 eine andere Seitenansicht des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands aus 1,
3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in 2,
4 eine Detailansicht des Detailbereichs Z in 3,
5 eine Detailansicht des Detailbereichs X in 3,
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands,
7 das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren in Form eines Flussdiagramms.

Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1, der in Hochspannungsnetzen von beispielsweise 220 kV Wechselstrom zur Strommessung im kA-Bereich eingesetzt werden kann.
Der Strommesswiderstand 1 weist zunächst zwei Anschlussteile 2, 3 aus Kupfer auf, die dazu dienen, einen zu messenden elektrischen Strom I_AC in den Strommesswiderstand 1 einzuleiten bzw. aus dem Strommesswiderstand 1 auszuleiten.
In Stromflussrichtung zwischen den beiden Anschlussteilen 2, 3 befindet sich ein Widerstandselement 4 aus einem Widerstandsmaterial (z.B. Noventin^®, d.h. CuMnNi_25-10).
Das Widerstandselement 4 ist an seinen beiden Stirnflächen durch eine Hartlötverbindung mit den beiden Anschlussteilen 2, 3 verbunden. Zur Ermöglichung dieses Hartlötprozesses trotz des ansonsten störenden Mangan-Anteils des Widerstandsmaterials weist das Widerstandselement 4 an beiden Fügeflächen eine schichtförmige Oberflächenveredelung 5, 6 aus Nickel-Phosphor (NiP) auf. Die Oberflächenveredelungen 5, 6 werden vor dem Herstellen der Lötverbindung aufgebracht, um den anschließenden Lötvorgang trotz des Mangan-Anteils des Widerstandselements 4 zu ermöglichen bzw. zu erleichtern.
Die Anschlussteile 2, 3 und das Widerstandselement 4 weisen grundsätzlich einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf, und zwar mit einem kleineren Durchmesser d1 im Bereich der Anschlussteile 2, 3 und einem größeren Außendurchmesser d2 im Bereich des Widerstandselements 4. Für eine Durchmesseranpassung zwischen den beiden Außendurchmessern d1, d2 weist das Anschlussteil 2 eine Übergangskontur 7 auf, während das andere Anschlussteil 3 eine entsprechende Übergangskontur 8 aufweist. Die beiden Übergangskonturen 7, 8 bilden den Übergang von dem kleinen Außendurchmesser d1 der Anschlussteile 2, 3 auf den größeren Außendurchmesser d2 des Widerstandselements 4. Hierbei ist zu erwähnen, dass die beiden Übergangskonturen 7, 8 jeweils einen konkaven Abschnitt aufweisen, um eine möglichst homogene Stromdichte auch innerhalb der Übergangskonturen 7, 8 zu gewährleisten.
In den Stirnflächen der beiden Anschlussteile 2,3 befindet sich jeweils eine koaxiale, zentrische Sackbohrung 9, 10 mit einem Innengewinde, wobei die beiden Sackbohrungen 9, 10 jeweils den Anschluss von Kabeln ermöglichen.
Darüber hinaus weisen die beiden Anschlussteile 2, 3 in ihrer Mantelfläche jeweils eine Längsnut 11, 12 auf, die eine Verdrehsicherung ermöglicht.
In den Übergangskonturen 7, 8 der beiden Anschlussteile 2, 3 befinden sich weiterhin mehrere radial verlaufende Sackbohrungen 13, 14, 15 und 16, die eine Gehäusemontage ermöglichen, wie noch detailliert erläutert wird.
Der Querschnitt des Widerstandselements 4 und der angrenzenden Bereiche der beiden Anschlussteile 2, 3 ist nicht exakt kreisförmig. Vielmehr weist der Strommesswiderstand 1 mittig insgesamt sechzehn Abplattungen 17 auf, die über den Umfang verteilt äquidistant angeordnet sind. Das Widerstandselement 4 weist also in einem Querschnitt rechtwinklig zur Stromflussrichtung einen Polygonquerschnitt mit sechzehn Ecken auf. Die Abplattungen 17 dienen zur Montage einer flexiblen Leiterplatte 18, die entsprechend der Anzahl der Abplattungen 17 mehrfach geknickt ist. Zwischen den einzelnen Knickstellen der Leiterplatte 18 liegen dabei jeweils ebene Leiterplattenabschnitte, die jeweils planparallel auf einer der Abplattungen 17 aufliegen.
Die Leiterplatte 18 weist auf ihrer den Anschlussteilen 2, 3 zugewandten Innenseite sechzehn Paare von Spannungsabgriffen 19, 20 auf, die durchkontaktiert sind und auf den Anschlussteilen 2, 3 aufliegen und deshalb jeweils paarweise den Spannungsabfall über dem Widerstandselement 4 messen.
Die Leiterplatte 18 mit den Spannungsabgriffen 19, 20 ist hierbei durch eine Ultraschallschweißverbindung mit den Anschlussteilen 2, 3 verbunden.
In den beiden Anschlussteilen 2, 3 befinden sich weiterhin zwei Ringnuten 21, 22, die ebenfalls einen Polygonquerschnitt mit sechzehn Ecken aufweisen. Dieser Polygonquerschnitt der Ringnuten 21, 22 ermöglicht bei der automatisierten Herstellung eine exakte Winkelausrichtung und dient als Fertigungshilfe bei der Montage der Leiterplatte 18.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Strommesswiderstand 1 zur Hochstrommessung in einem Hochspannungsnetz dient. Zur Erreichung einer ausreichenden Stromtragfähigkeit und einer entsprechend großen Kurzschlussfestigkeit weist der Strommesswiderstand 1 große Abmessungen und relativ große Massen auf. So beträgt die axiale Gesamtlänge des Strommesswiderstands 1 640 mm. Die Anschlussteile 2, 3 haben jeweils eine Masse von ca. 18 - 22 kg, während die Masse des Widerstandselements 4 ungefähr 2,5 kg beträgt. Der Außendurchmesser d2 beträgt ca. 10 cm, während der Außendurchmesser d1 der Anschlussteile 2, 3 entsprechend kleiner ist.
Aus der Explosionsdarstellung in 6 ist weiterhin ersichtlich, dass die Anschlussteile 2, 3 von jeweils einer Energy-Harvesting-Spule 23, 24 umgeben sind, die aus dem Magnetfeld des Strommesswiderstands 1 elektrische Energie zum Betrieb von Messschaltungen gewinnt.
Die Messschaltungen sind redundant auf zwei Messkarten 25, 26 angeordnet, die mit der Leiterplatte 18 durch eine Leitung verbunden sind.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Leiterplatte 18 neben den Spannungsabgriffen 19, 20 zusätzlich auch Gewichtungswiderstände trägt, um die Spannungsmesswerte der einzelnen Paare von Spannungsabgriffen 19, 20 zu gewichten. Die gewichteten Spannungsmesswerte werden dann von der Leiterplatte 18 über die Leitung an die beiden Messkarten 25, 26 weitergeleitet und dort verarbeitet.
Die Messkarten 25, 26 tragen auch eine elektro-optische Datenschnittstelle, um Messdaten über einen Lichtwellenleiter an eine externe Auswertungseinheit zu übertragen.
Weiterhin ist aus der Explosionsdarstellung ersichtlich, dass der Strommesswiderstand 1 zwei Gehäuseteile 27, 28 aufweist, die an den Sackbohrungen 13-16 in dem Strommesswiderstand 1 befestigt werden können.
Das Gehäuseteil 28 bildet hierbei ein Einschubfach 29 für die beiden Messkarten 25, 26, wobei das Einschubfach 29 durch einen Deckel 30 verschlossen werden kann.
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm gemäß 7 das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beschrieben.
In einem ersten Schritt S1 werden zunächst die beiden Anschlussteile 2, 3 aus Kupfer und das Widerstandselement 4 aus Noventin^® als runde Rohlinge bereitgestellt.
In einem weiteren Schritt S2 werden dann die Rohlinge gedreht und/oder gefräst.
Im nächsten Schritt S3 erfolgt dann die Oberflächenveredelung des Widerstandselements an den Fügeflächen, um die Oberflächenveredelung 5, 6 aufzubringen.
Nach dieser Oberflächenveredelung kann dann in einem Schritt S4 der Hartlötprozess beginnen, um das Widerstandselement 4 mit den Anschlussteilen 2, 3 zusammenzufügen.
In einem nächsten Schritt S5 wird der Strommesswiderstand 1 dann stabilisiert und gereinigt.
Anschließend wird der Strommesswiderstand 1 in einem Schritt S6 abgedreht, um die gewünschte Außenkontur mit den Außendurchmessern d1, d2 zu erreichen.
In einem weiteren Schritt S7 werden dann die Abplattungen 17 in die runde Mantelfläche des Strommesswiderstands 1 gefräst.
Danach wird dann in einem Schritt S8 die Leiterplatte 18 durch Ultraschallschweißen an der Mantelfläche des Strommesswiderstands 1 befestigt.
In einem Schritt S9 erfolgt dann die Montage eines Gehäuses, das aus den beiden Gehäuseteilen 27, 28 besteht.
Danach werden in einem Schritt S10 die beiden Messkarten 25, 26 in das Einschubfach 29 eingesteckt.
In einem Schritt S11 erfolgt dann die Montage der Energy-Harvesting-Spulen 23, 24.
Schließlich erfolgt dann in einem Schritt S12 die Montage des Gehäusedeckels.
Bezugszeichenliste

1: Strommesswiderstand
2, 3: Anschlussteile zur Einleitung bzw. Ausleitung des zu messenden Stroms
4: Widerstandselement
5, 6: Oberflächenveredelung an den Fügeflächen des Widerstandselements
7, 8: Übergangskontur zwischen Anschlussteilen und Widerstandselement
9, 10: Axiale Sackbohrungen in den Stirnflächen der Anschlussteile
11, 12: Längsnuten in den Anschlussteilen
13-16: Sackbohrungen zur Gehäusemontage
17: Abplattungen
18: Flexible Leiterplatte
19, 20: Spannungsabgriffe
21, 22: Ringnuten in den Anschlussteilen
23, 24: Energy-Harvesting-Spule zur Energiegewinnung durch Energy Harvesting
25, 26: Messkarten
27, 28: Gehäuseteile
29: Einschubfach für die Messkarten
30: Deckel des Einschubfachs
d1: Durchmesser im Bereich der Anschlussteile
d2: Durchmesser im Bereich des Widerstandselements

Claims

Strommesswiderstand (1) zur Messung eines elektrischen Stroms (I_AC), mit a) einem ersten Anschlussteil (2) aus einem Leitermaterial zur Einleitung des elektrischen Stroms (I_AC) in den Strommesswiderstand (1), b) einem zweiten Anschlussteil (3) aus einem Leitermaterial zur Ausleitung des elektrischen Stroms (I_AC) aus dem Strommesswiderstand (1), und c) einem Widerstandselement (4) aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung zwischen dem ersten Anschlussteil (2) und dem zweiten Anschlussteil (3) angeordnet und mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) zusammengefügt ist, so dass der zu messende elektrische Strom (I_AC) im Betrieb durch das Widerstandselement (4) fließt und einen Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) erzeugt, d) wobei das erste Anschlussteil (2), das zweite Anschlussteil (3) und das Widerstandselement (4) jeweils in einer Schnittebene rechtwinklig zur Stromflussrichtung des elektrischen Stroms (I_AC) einen im Wesentlichen runden Querschnitt haben, e) wobei auf der Mantelfläche des Strommesswiderstands (1) eine Leiterplatte (18) befestigt ist, um den Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) zu messen, dadurch gekennzeichnet, f) dass die Leiterplatte (18) eine flexible Leiterplatte (18) ist, die entsprechend der Außenkontur des Strommesswiderstands (1) in Umfangsrichtung gewölbt oder geknickt ist.
Strommesswiderstand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass das runde Widerstandselement (4) einen Außendurchmesser (d2) aufweist, der größer ist als der Außendurchmesser (d1) der beiden runden Anschlussteile (2, 3), und b) dass das Widerstandselement (4) bezüglich der Stromflussrichtung mittig zwischen den beiden Anschlussteilen (2, 3) angeordnet ist, und c) dass der Strommesswiderstand (1) zwischen den beiden äußeren Anschlussteilen (2, 3) mit dem kleineren Außendurchmesser (d1) und dem mittigen Widerstandselement (4) mit dem größeren Außendurchmesser (d2) eine Übergangskontur (7, 8) aufweist, d) dass die Übergangskontur (7, 8) vorzugsweise glatt und knickfrei ist, um eine homogene Stromverteilung zu erreichen, e) dass sich die Übergangskontur (7, 8) vorzugsweise ausschließlich in den Anschlussteilen (2, 3) befindet, und f) dass die Übergangskontur (7, 8) mindestens teilweise konkav ist.
Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (4) durch eine der folgenden Verbindungsarten mit dem ersten Anschlussteil (2) und mit dem zweiten Anschlussteil (3) zusammengefügt ist: a) Lötverbindung, insbesondere Hartlötverbindung, insbesondere Vakuumhartlötverbindung, b) Schweißverbindung, insbesondere Elektronenstrahlschweißverbindung.
Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (4) an den Fügestellen zu den beiden Anschlussteilen (2, 3) eine schichtförmige Oberflächenveredelung (5, 6) aufweist, insbesondere mit Nickel, Nickel-Phosphor, Gold oder Silber als Inhaltsstoffen.
Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterplatte (18) in axialer Richtung im Bereich des Widerstandselements (4) angeordnet ist und sich in axialer Richtung beidseitig bis über die Mantelfläche der beiden Anschlussteile (2, 3) erstreckt, und b) dass die Leiterplatte (18) durch eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung mit dem Strommesswiderstand (1) verbunden ist, insbesondere durch d1) eine Ultraschallschweißverbindung oder d2) eine Laserschweißverbindung, und c) dass die Leiterplatte (18) mindestens zwei Leiterplattenlagen aufweist, und d) dass die Leiterplatte (18) zur Messung der Temperatur des Widerstandsmaterials auch einen Temperatursensor trägt, insbesondere einen NTC-Widerstand oder einen PTC-Widerstand.
Strommesswiderstand (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass mehrere Paare von Spannungsabgriffen (19, 20) vorgesehen sind, wobei jedes Paar von Spannungsabgriffen (19, 20) den Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) misst und einen entsprechenden Spannungsmesswert liefert, und b) dass die Paare von Spannungsabgriffen (19, 20) über den Umfang des Strommesswiderstands (1) verteilt angeordnet sind, um den Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) an mehreren verschiedenen Stellen verteilt über den Umfang des Strommesswiderstands (1) zu messen, c) dass die Anzahl der Paare von Spannungsabgriffen (19, 20) größer ist als 2, 4, 8, 12, 14, insbesondere mit genau 16 Paaren von Spannungsabgriffen (19, 20), und d) dass die Spannungsabgriffe direkt an der Leiterplatte (18) angebracht sind und direkt auf der Mantelfläche der Anschlussteile (2, 3) aufliegen, und e) dass die Paare von Spannungsabgriffen (19, 20) jeweils mit Gewichtungswiderständen verbunden sind, um die einzelnen Spannungsmesswerte entsprechend dem Widerstandswert der Gewichtungswiderstände zu gewichten, und f) dass die Gewichtungswiderstände auf der Leiterplatte (18) angeordnet sind.
Strommesswiderstand (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Paare von Spannungsabgriffen (19, 20) mit einer Messschaltung verbunden sind, die aus den Messwerten den Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) ermittelt, und b) dass die Messschaltung den Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) aus den gewichteten Spannungsmesswerten berechnet, und c) dass die Messschaltung nicht auf der Leiterplatte (18) angeordnet ist, sondern auf mindestens einer separaten Messkarte (25, 26), die durch eine Leitung mit der Leiterplatte (18) verbunden ist, und d) dass die Messschaltung mit einer Datenschnittstelle verbunden ist, um Messwerte des Spannungsabfalls (U_MESS) an eine externe Auswertungseinheit zu übertragen, e) dass die Datenschnittstelle vorzugsweise eine elektro-optische Datenschnittstelle ist, welche die Messwerte über einen Lichtwellenleiter an die externe Auswertungseinheit überträgt, und f) dass zur Schaffung von Redundanz bei der Messung zwei Messkarten (25, 26) vorgesehen sind, die jeweils eine Messschaltung aufweisen, und g) dass die Messschaltung mindestens drei Messpfade aufweist, wobei die einzelnen Messpfade jeweils die Messwerte für den Spannungsabfall über dem Widerstandselement (4) von der Leiterplatte (18) aufnehmen, und h) dass der erste Messpfad und der zweite Messpfad die gleiche Signalverstärkung aufweisen, während der dritte Messpfad eine geringere Signalverstärkung aufweist.
Strommesswiderstand (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass die im Wesentlichen runde Außenkontur des Strommesswiderstands (1) mindestens eine ebene Abplattung (17) in der Mantelfläche des Strommesswiderstands (1) aufweist, um die Leiterplatte (18) planparallel auf der Abplattung (17) zu montieren, und b) dass über den Umfang des Strommesswiderstands (1) verteilt mehrere Abplattungen (17) in der Mantelfläche des Strommesswiderstands (1) angeordnet sind, insbesondere mindestens 2, 4, 6, 8, 10, 12 oder 14, vorzugsweise genau 16, und c) dass die sich Abplattungen (17) in der Mantelfläche des Widerstandselements (4) befinden, und d) dass sich die Abplattungen (17) in Stromflussrichtung beidseitig bis in die Anschlussteile (2, 3) erstrecken, und e) dass die Leiterplatte (18) entsprechend der Anzahl der Abplattungen (17) mehrfach geknickt ist und mehrere ebene Leiterplattenabschnitte aufweist, die jeweils planparallel auf einer der Abplattungen (17) montiert sind.
Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass zur Energiegewinnung aus dem Magnetfeld des Strommesswiderstands (1) durch Energy-Harvesting mindestens eine Spule (23, 24) vorgesehen ist, und b) dass die Spule (23, 24) die zum Betrieb der Messschaltung benötigte elektrische Energie liefert, insbesondere allein oder mit einer zusätzlichen Energieversorgung, und c) dass die Spule (23, 24) mindestens 20, 50,100,140 Windungen aufweist, insbesondere genau 150 Windungen, und d) dass die Spule (23, 24) einen Magnetkern enthält, und e) dass zum Energy-Harvesting vorzugsweise mehrere Spulen (23, 24) vorgesehen sind, die jeweils eines der beiden Anschlussteile (2, 3) ringförmig umgeben, und f) dass vorzugsweise ein Stromspeicher in den Strommesswiderstand (1) integriert ist, insbesondere mindestens ein Power-Cap mit einer Kapazität von mindestens 10 mF, 50 mF, 100 mF, 500 mF oder mindestens 1.000 mF, und g) dass zur unterstützenden Stromversorgung vorzugsweise eine Photozelle in den Strommesswiderstand (1) integriert ist.
Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Leitermaterial Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, und b) dass das Leitermaterial der Anschlussteile (2, 3) einen geringeren spezifischen elektrischen Widerstand hat als das Widerstandsmaterial des Widerstandselements (4), und c) dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements (4) vorzugsweise eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung ist, insbesondere c1) mit 25 Gewichtsprozent Mangan, 10 Gewichtsprozent Nickel und dem Rest Kupfer, oder c2) mit 12 Gewichtsprozent Mangan, 2 Gewichtsprozent Nickel und dem Rest Kupfer, und d) dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements (4) einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 1000 µΩcm, 500 µΩcm, 250 µΩcm, 100 µΩcm oder 50 µΩcm aufweist, und e) dass das Leitermaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 20 µΩcm, 10 µΩcm, 5 µΩcm oder 2 µΩcm aufweist, und f) dass vorzugsweise das Widerstandselement (4), das erste Anschlussteil und/oder das zweite Anschlussteil ohne Hohlräume massiv ausgeführt sind, und g) dass vorzugsweise die Anschlussteile (2, 3) in ihrer Mantelfläche jeweils eine axial verlaufende Längsnut (11, 12) aufweisen, die von der Stirnfläche der Anschlussteile (2, 3) ausgeht, und h) dass vorzugsweise die beiden Anschlussteile (2, 3) in ihrer Mantelfläche jeweils mindestens eine radial verlaufende Sackbohrung (13-16) zur Gehäusemontage aufweisen, insbesondere in der Übergangskontur (7, 8), und i) dass vorzugsweise die beiden Anschlussteile (2, 3) in ihren Stirnfläche jeweils eine axial verlaufende Sackbohrung (9, 10) aufweisen, insbesondere mit einem Innengewinde, insbesondere zentrisch und koaxial, und j) dass vorzugsweise die beiden Anschlussteile (2, 3) in ihrer Mantelfläche jeweils eine umlaufende Ringnut (21, 22) mit einem Polygonquerschnitt aufweisen, der als Fertigungshilfe dient, und k) dass der Außendurchmesser (d2) des runden Widerstandselements (4) vorzugsweise mindestens 6cm, 7cm, 8cm oder 9cm, insbesondere im Wesentlichen 10cm beträgt, und I) dass der Außendurchmesser (d1) der runden Anschlussteile (2, 3) vorzugsweise mindestens 2 cm, 3 cm, 4 cm oder 5 cm beträgt, und m) dass der Strommesswiderstand (1) in Stromflussrichtung vorzugsweise eine axiale Länge von mindestens 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm oder 60 cm aufweist, insbesondere im Wesentlichen 64cm, und n) dass das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung vorzugsweise eine axiale Länge von mindestens 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm oder 6 cm aufweist, insbesondere im Wesentlichen 7 cm, und o) dass die beiden Anschlussteile (2, 3) in Stromflussrichtung vorzugsweise jeweils eine axiale Länge von mindestens 10 cm, 20 cm, 25 cm oder 30 cm aufweisen, insbesondere im Wesentlichen 31 cm, und p) dass die beiden Anschlussteile (2, 3) vorzugsweise jeweils eine Masse von mindestens 1kg, 2kg, 5kg, 10kg, 15kg oder 20kg haben, insbesondere im Wesentlichen 22kg, und q) dass das Widerstandselement (4) vorzugsweise eine Masse von mindestens 0,5 kg, 1 kg, 1,5 kg oder 2 kg aufweist, insbesondere im Wesentlichen 2,5 kg, und r) dass der Strommesswiderstand (1) bei Wechselstrom vorzugsweise eine Dauerstrombelastbarkeit von mindestens 1 kA, 5 kA, 10 kA, 25 kA, 50 kA, 75 kA, 9 5kA oder mindestens 100 kA aufweist, und s) dass vorzugsweise der Strommesswiderstand (1) bei Wechselstrom für ein Spannungsniveau von mindestens 1 kV, 5 kV, 10 kV, 50 kV, 110 kV, 220 kV oder mindestens 380 kV geeignet ist, und t) dass das erste Anschlussteil, das zweite Anschlussteil und/oder das Widerstandselement (4) jeweils in einer Schnittebene rechtwinklig zur Stromflussrichtung des elektrischen Stroms (I_AC) vorzugsweise einen polygonalen Querschnitt haben mit mindestens 12, 14 oder 16 Ecken, um den im Wesentlichen runden Querschnitt zu bilden.
Herstellungsverfahren für einen Strommesswiderstand (1), mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellung eines ersten Anschlussteils (2) aus einem Leitermaterial zur Einleitung des elektrischen Stroms (I_AC) in den Strommesswiderstand (1), b) Bereitstellung eines zweiten Anschlussteils (3) aus einem Leitermaterial zur Ausleitung des elektrischen Stroms (I_AC) aus dem Strommesswiderstand (1), c) Bereitstellung eines Widerstandselements (4) aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial, d) Zusammenfügen des Widerstandselements (4) mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) zu dem Strommesswiderstand (1), so dass das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung zwischen dem ersten Anschlussteil (2) und dem zweiten Anschlussteil (3) angeordnet ist und der zu messende elektrische Strom (I_AC) im Betrieb durch das Widerstandselement (4) fließt und einen Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) erzeugt, e) wobei das erste Anschlussteil (2), das zweite Anschlussteil (3) und das Widerstandselement (4) jeweils in einer Schnittebene rechtwinklig zur Stromflussrichtung einen im Wesentlichen runden Querschnitt haben, f) Befestigung einer Leiterplatte (18) zur Messung des Spannungsabfalls über dem Widerstandselement (4) auf der Mantelfläche des Widerstandselements (4), dadurch gekennzeichnet, g) dass die Leiterplatte (18) eine flexible Leiterplatte (18) ist, die entsprechend der Außenkontur des Strommesswiderstands (1) in Umfangsrichtung gewölbt oder geknickt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenfügen des Widerstandselements (4) mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) durch eines der folgenden Fügeverfahren erfolgt: a) Löten, insbesondere Hartlöten, insbesondere Vakuumhartlöten, b) Schweißen, insbesondere Elektronenstrahlschweißen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch folgenden Schritt vor dem Zusammenfügen des Widerstandselements (4) mit den beiden Anschlussteilen (2, 3): Oberflächenveredelung der Fügefläche, insbesondere durch eine Beschichtung (5, 6) mit Nickel, Nickel-Phosphor, Gold und/oder Silber als Inhaltsstoffen.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch folgende Schritte nach dem Zusammenfügen des Widerstandselements (4) mit den beiden Anschlussteilen (2, 3): a) Formen der Außenkontur des Strommesswiderstands (1), insbesondere durch Drehen oder Fräsen, a1) insbesondere mit einem größeren Außendurchmesser (d2) bei dem mittigen Widerstandselement (4) als bei den äußeren Anschlussteilen (2, 3), a2) insbesondere mit einer Übergangskontur (7, 8) zwischen den beiden äußeren Anschlussteilen (2, 3) mit dem kleineren Außendurchmesser (d1) und dem mittigen Widerstandselement (4) mit dem größeren Außendurchmesser (d2), und b) Formen von mindestens einer ebenen Abplattung (17) in der Mantelfläche des Strommesswiderstands (1) zur planparallelen Montage der Leiterplatte (18) auf der Abplattung (17), wobei vorzugsweise b1) zahlreiche Abplattungen (17) über den Umfang des Strommesswiderstands (1) verteilt in der Mantelfläche des Strommesswiderstands (1) geformt werden, und b2) die Leiterplatte (18) entsprechend der Anzahl der Abplattungen (17) mehrfach geknickt ist und mehrere ebene Leiterplattenabschnitte aufweist, und b3) die einzelnen ebenen Leiterplattenabschnitte jeweils planparallel auf einer der Abplattungen (17) des Strommesswiderstands (1) montiert sind.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Montage eines Gehäuses (27, 28) auf dem Strommesswiderstand (1), wobei das Gehäuse das Widerstandselement (4) einschließt, und b) Einführen von mindestens einer Messkarte (25, 26) in das Gehäuse (27, 28), wobei die Messkarte (25, 26) den Spannungsabfall (U_MESS) über dem Widerstandselement (4) misst, und c) Montage mindestens einer Spule (23, 24) zur Energiegewinnung aus dem Magnetfeld des Strommesswiderstands (1) durch Energy-Harvesting, und d) Montage eines Gehäusedeckels auf dem Strommesswiderstand (1).