Differenzströme

Differenzströme bezeichnen Ströme, die sich aus der algebraischen Differenz zweier oder mehrerer Leiterströme ergeben. Sie treten auf, wenn in einem überwachten Bereich nicht alle Leitungen gleich starke Ströme führen oder wenn ein Teil des Stroms abgeleitet wird. In vielen Fällen werden Differenzströme als I_diff = I1 - I2 (bzw. allgemein als Differenz der Ströme zweier Pfade) beschrieben. Im zeitlichen Verlauf von Wechselströmen ändern sich I_diff und die Differenzsignale entsprechend der Belastungssituation.

Anwendungsgebiete und Funktionsprinzipien

- Differenzschutz: In Schutzsystemen wird der Strom in alle Einspeisepfade eines geschützten Bereichs mit Stromwandlern gemessen. Unter Normalbetrieb addieren sich die Ströme der Eingänge algebraisch zu null, sodass I_diff nahe null ist. Bei einem Fehler innerhalb des geschützten Bereichs liefern sich die Ströme ungleiche Werte, wodurch ein nicht-null Differenzstrom entsteht und der Schutzrelais den Fehler auslöst.

- Rest- bzw. Fehlerstromschutz (RCD): Hier wird die Differenz zwischen dem zu einem Leiter führenden und dem zu neutralen Pfad führenden Strom überwacht. Eine Differenzabweichung deutet auf Leckströme (z. B. Fehlerströme über Gehäuse) hin und führt zum Abschalten der Anlage.

- Mess- und Anzeigetechnik: Differenzstromsensoren und Differenzverstärker erfassen Ungleichheiten zwischen Parallelpfaden, zum Beispiel zur Überwachung von Mehrleiterkabeln oder zur Erkennung von Leitungsanomalien.

- Signalverarbeitung: In Differenzverstärkern dient der Strom- bzw. Spannungsunterschied als gewünschtes Signal, während gemeinsame Störkomponenten (Common-Mode) reduziert werden.

Herausforderungen

Hohe Differenzströme können durch CT-Sättigung, Inrush- oder Netzharmoniken verursacht werden und müssen durch geeignete Kalibrierung, Filterung oder kompensierende Maßnahmen berücksichtigt werden.