Strom im Kabel messen mit dem Multimeter

Spannung parallel, Strom in Reihe

Ein Multimeter im Spannungsbereich hat einen Innenwiderstand von etwa 10 MΩ. Es lässt sich deshalb überall parallel anlegen, ohne den Stromkreis nennenswert zu beeinflussen.

Im Strombereich ist der Aufbau der umgekehrte. Das Gerät misst den Spannungsabfall über einem eingebauten Widerstand, dem Nebenwiderstand. Im 10-A-Bereich liegt der typisch bei einigen Hundertstel Ohm, Fluke nennt für das 87V 0,03 Ω. Das Multimeter ist in dieser Stellung ein Stück Draht mit Anzeige. Es muss in den aufgetrennten Stromkreis eingesetzt werden, also in Reihe.

Wer es stattdessen parallel anlegt, misst nicht den Strom im Kabel. Er erzeugt einen zweiten Weg, der praktisch ein Kurzschluss ist.

Was an einer Batterie dabei passiert

Eine Starterbatterie mit 70Ah hat einen Innenwiderstand in der Größenordnung von 4 mΩ. Bei 12,7V ergibt das rechnerisch über 3000A Kurzschlussstrom. Wer das Multimeter im 10-A-Bereich an Plus und Minus hält, legt diesen Kurzschluss über zwei dünne Messleitungen.

Im günstigen Fall löst die Sicherung im Gerät aus. Brauchbare Multimeter haben dafür Hochleistungssicherungen mit aufgedrucktem Schaltvermögen, etwa 11A bei 1000V, die bis 17.000A und mehr sicher trennen. Eine Glas-Feinsicherung schaltet laut Datenblatt oft nur 35A oder das Zehnfache ihres Nennstroms und ist bei solchen Strömen kein Schutz.

Im ungünstigen Fall halten die Messleitungen den Strom nicht aus, das Kupfer verdampft und es entsteht ein Lichtbogen. Bei 12V reißt der schnell wieder ab, die Energie reicht aber für Metallspritzer und schwere Verbrennungen. Bei 24V und 48V wird es schlimmer: Die höhere Spannung hält den Lichtbogen länger, und Gleichstrom hat keinen Nulldurchgang. Ein Lichtbogen, der bei Wechselstrom hundertmal je Sekunde von selbst verlischt, brennt bei Gleichstrom weiter, bis er mechanisch abreißt.

Woher die 10-A-Grenze kommt

Die meisten Handmultimeter haben einen 10-A-Bereich, viele davon mit Einschränkung. Im Datenblatt steht dann etwa: über 5A höchstens 10 Sekunden, danach 15 Minuten Pause (UNI-T UT61E), oder über 10A höchstens 30 Sekunden, danach 10 Minuten Pause (Fluke 117). Nebenwiderstand und Buchse sind auf Dauerlast nicht ausgelegt.

Ein Batteriekabel führt 50A, 150A oder 400A. Dafür ist das Multimeter nicht gebaut. Ein Anwendungsfall bleibt am Fahrzeug: die Ruhestrommessung. Alle Verbraucher abschalten, die Minusklemme abnehmen, das Messgerät zwischen Batteriepol und Klemme setzen. Läuft während der Messung etwas an, fliegt die Gerätesicherung.

Strommesszange

Eine reine Wechselstromzange arbeitet als Stromwandler und zeigt bei Gleichstrom null an. Für Batteriekabel brauchen Sie eine Zange mit Hall-Sensor. Im Datenblatt steht dann „A DC" oder „True DC".

Vor jeder Messung wird bei geschlossener Zange ohne Leiter auf null gestellt. Der Hall-Sensor reagiert auf Restmagnetismus, Fremdfelder und Temperatur, ohne diesen Abgleich steht schon ohne Strom ein Wert in der Anzeige. In der Zange darf außerdem nur ein Leiter liegen. Hin- und Rückleiter zusammen ergeben null, weil sich die Magnetfelder aufheben.

Die Genauigkeit liegt typisch bei rund 2 % vom Messwert plus einigen Stellen, bei 200A also gut 4A. Für die Frage, ob ungefähr der erwartete Strom fließt, reicht das. Für eine Energiebilanz nicht.

Nebenwiderstand

Ein Nebenwiderstand ist ein bekannter Widerstand, fest in der Leitung. Üblich sind Bauformen mit 75mV bei Nennstrom, ein 100-A-Shunt hat damit 0,75 mΩ. Gemessen wird an den beiden inneren Anschlüssen und umgerechnet: 37mV abgelesen bedeutet 37 geteilt durch 75 mal 100A, also 49A.

Der Shunt gehört in die Minusleitung zwischen Batterieminus und Masseverteilung, damit seine Messanschlüsse nahe am Bezugspotenzial liegen. Er kostet selbst Spannung: 75mV bei Nennstrom, also 7,5W Verlustwärme. Er wird warm und braucht Luft.

Spannungsfall messen statt Strom

Für die Frage, ob ein Kabel groß genug ist, brauchen Sie den Strom gar nicht. Der Spannungsfall beantwortet sie unmittelbar, und er lässt sich mit jedem Multimeter messen.

Gemessen wird unter Last, mit dem Verbraucher, für den das Kabel ausgelegt wurde. Ohne Last ist der Spannungsfall null und ein zu dünnes Kabel sieht aus wie ein gutes.

Die brauchbare Messanordnung

Der naheliegende Weg ist, an der Quelle 13,42V und am Verbraucher 13,31V zu messen und die Differenz zu bilden. Das funktioniert, ist aber ungenau. Die Anzeigetoleranz von typisch 0,5 % plus zwei Stellen liegt bei 13,4V schon bei rund 0,09V, und sie steckt in beiden Werten.

1. Last einschalten. Der Verbraucher läuft mit dem Strom, für den das Kabel ausgelegt ist.
2. Über den Leiter messen. Eine Prüfspitze an das eine Ende des Kabels, die andere an das andere Ende desselben Leiters, im Millivoltbereich. Das Gerät zeigt die 0,11V unmittelbar an, mit der dort geltenden Auflösung.
3. Plus und Minus getrennt. Der Rückweg ist der häufigere Fundort, weil er in Fahrzeugen oft über Karosserie, Schraubverbindungen und kurze Massebänder läuft, die niemand auf Querschnitt ausgelegt hat.
4. Mit dem Strom notieren. Ein Spannungsfall ohne den Strom dazu ist keine Aussage, siehe unten.

Ab wann Sie handeln sollten

Eine Zahl für alle 12-V-Anlagen gibt es nicht. Für Boote lässt DIN EN ISO 10133 höchstens 10 Prozent zu und nennt für bestimmte Stromkreise 3 Prozent. Die Spalten 1, 2 und 3 % sind die Auslegungsziele des Querschnittsrechners, 5 % ist ein Praxiswert für die obere Grenze. Für Gebäude regelt DIN VDE 0100-520 den Spannungsfall, seit der Ausgabe 2023 einheitlich mit 4 %. Die folgenden Grenzen sind deshalb Praxiswerte:

• Ladeleitungen von Lichtmaschine, Ladebooster oder Solarregler zur Batterie: 1 % als Auslegungsziel, über 3 % handeln. Grund: Das Ladegerät regelt auf die Spannung an seinen eigenen Klemmen. Fallen unterwegs 0,5V ab, kommen bei 14,4V Ladeschlussspannung rund 3,5 % weniger an der Batterie an, und sie wird später oder nicht ganz voll.
• Verbraucherleitungen: 3 % als Auslegungsziel, zu Wechselrichter, Winde und anderen hohen Strömen 2 %, 5 % als obere Grenze. Darüber schalten Geräte bei Unterspannung ab, obwohl die Batterie noch geladen ist.
• Eine einzelne Verbindungsstelle wie Kabelschuh, Schraubklemme oder Sicherungshalter: unter 50mV beim Betriebsstrom. Über 100mV gehört die Stelle geöffnet, gereinigt und neu gesetzt.
• Masseband zur Karosserie: unter 100mV.

Ist der Spannungsfall zu hoch, hilft mehr Querschnitt oder weniger Länge. Doppelter Querschnitt halbiert den Fall, halbe Länge ebenso. Ein zweites Kabel parallel funktioniert nur bei gleicher Länge und gleichem Querschnitt, sonst trägt eines mehr Strom, als seine Sicherung vorsieht. Welcher Querschnitt für Ihre Strecke richtig ist, rechnet der Querschnittsrechner für Batteriekabel aus, das passende Kabel gibt es im Konfigurator auf den Zentimeter.

Eine schlechte Klemme finden

Setzen Sie die Prüfspitzen unter Last direkt über die Verbindungsstelle: eine auf den Kabelschuh, die andere auf den Bolzen oder Batteriepol dahinter. Der abgelesene Wert ist der Spannungsfall dieser Schraubverbindung allein. Die Pressung zwischen Kabel und Kabelschuh liegt unter Isolierung und Schrumpfschlauch, sie steckt im Wert über das ganze Kabel, von Kabelschuh zu Kabelschuh.

Zehn Watt in einer Schraubverbindung entstehen auf der Fläche einer Unterlegscheibe. Die Stelle wird warm, der Übergangswiderstand steigt mit der Temperatur, es wird noch wärmer. Am Ende kann ein geschmolzener Kabelschuh stehen.

Messen Sie kalt und nach fünf Minuten Last noch einmal an derselben Stelle. Eine gute Verbindung ändert sich kaum, eine schlechte wird schlechter. Bewegen Sie außerdem bei mäßiger Last vorsichtig das Kabel und beobachten Sie die Anzeige. Springt der Wert, sitzt die Verbindung nicht fest. Ein sauber verpresster Kabelschuh bleibt unter 10mV, wie das aussieht, steht in Batteriekabel verpressen lassen.

Warum der Widerstandsbereich hier nichts taugt

Den Widerstand einfach im Ohm-Bereich zu messen, scheitert an zwei Größenordnungen.

Erstens misst ein Multimeter Widerstand mit einem Prüfstrom von meist unter 1mA. An 1 mΩ fällt dabei 1µV ab, das liegt unter jeder Auflösung. Zweitens haben die Messleitungen selbst 0,2 bis 0,5 Ω, also das Zwei- bis Fünfhundertfache dessen, was gemessen werden soll.

Ein 3 m langes Kupferkabel mit 35 mm² hat rund 1,5 mΩ. Im Ohm-Bereich sehen Sie davon nichts. Unter 100A Last zeigt dasselbe Kabel 0,15V, und das liest jedes Gerät sauber ab. Wer solche Widerstände direkt messen will, braucht ein Vierleiter-Messgerät.

Sicherheit an der Batterie

• Ringe, Uhren und Armbänder ablegen. Ein Ehering zwischen Pluspol und Karosserie ist ein Kurzschluss über einen Leiter, den man nicht loslassen kann.
• Isoliertes Werkzeug verwenden. Beim Abklemmen zuerst Minus lösen, beim Anklemmen zuletzt Minus setzen.
• Bleibatterien können Wasserstoff abgeben. Keine Funken über der Batterie, also Verbraucher ausschalten, bevor ein Kabel gelöst oder angeklemmt wird.
• Vor jeder Messung wissen, wo die nächste Sicherung im gemessenen Abschnitt sitzt und wie hoch sie abgesichert ist. Wo sie sitzen sollte, steht in Wo die Sicherung hingehört.
• Das Messgerät muss zur Anlage passen. Bemessungsspannung und Messkategorie stehen aufgedruckt. An Steckdosen gilt mindestens CAT II, im Verteiler CAT III. Fluke rät, nach der höchsten Kategorie zu wählen, in der Sie messen könnten.

Was Sie festhalten sollten

Ein Spannungsfall ohne Angabe des Stroms ist keine Aussage. Notieren Sie den abgelesenen Wert, den Strom, gemessen oder aus der Verbraucherleistung gerechnet, die beiden Messpunkte, die Umgebungstemperatur und ob die Anlage vorher schon unter Last stand. Erst damit lässt sich die Messung in einem halben Jahr wiederholen und eine Veränderung deuten. Die ganze Fehlersuche mit dem Multimeter, Schritt für Schritt, steht in Spannungsabfall messen und Fehler finden.