Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kontaktlose Strommessung in einem Kabel ohne Auftrennung der Einzelleiter


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von Andreas B. (bitverdreher)


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Hallo,
wie kann so etwas funktionieren?
https://katalog.elbro.com/wp-content/Import/ELBRO%20Media/DM8000.pdf
Es werden dabei 10% Messgenauigkeit angegeben.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Andreas B. schrieb:
> Es werden dabei 10% Messgenauigkeit angegeben.
Also 90% Ungenauigkeit. SCNR ;-)

> Es werden dabei 10% Messgenauigkeit angegeben.
Kurioserweise aber kein Offset wie bei den anderen Messbereichen.

Andreas B. schrieb:
> wie kann so etwas funktionieren?
Es sind mehrere Magnetfeldsensoren verbaut, die miteinander verrechnet 
werden.

Wir hatten das schon mal im diskutiert:
- Beitrag "Re: Zangenamperemeter - welches bzw. wie messen"
- Beitrag "Berührungslose Strommessung von Dreiphasigem Strom"

: Bearbeitet durch Moderator
von Andreas B. (bitverdreher)


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Lothar M. schrieb:
> Es sind mehrere Magnetfeldsensoren verbaut, die miteinander verrechnet
> werden.

Genau diese Verechnung würde mich mal interessieren. Man hat ja auch 
noch einen unbekannten Abstand zum Leiter. Selbst wenn man es also 
schafft, die Ader zu den Sensoren hin zu drehen, sind 10% Abweichung für 
mich noch sehr wenig angesetzt. Neben den unbekannten Abstand sind die 
Leiter in der Gegenrichtung in einem ebenfalls unbekannten Abstand ja 
auch noch da.
Ich habe ja keine geschlossene  Schleife wie in einem normalen 
Zangenamperemeter.
Da muß es also noch irgendwelche Tricks geben.

von J. T. (chaoskind)


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Ohne Ahnung zu haben wie es wirklich gemacht wird:
Evtl geht das mit einer Art Triangulation. Die relative Position der 
Sensoren zueinander ist bekannt. Also müsste in den Differenzen der 
Werte die Position des Leiters zu finden seien.
Falls nicht klar sein sollte, was ich meine, kann ich heut abend mal ne 
Skizze machen.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Andreas B. schrieb:
> Man hat ja auch noch einen unbekannten Abstand zum Leiter.
Lies den letzten Post im unteren Link meines vorigen Posts.

> Da muß es also noch irgendwelche Tricks geben.
Bei dem dortigen BEHA Duplex 93486 musstest du das Strommaximum selber 
suchen. Leider findet sich für das DM8000 keine Bedienungsanleitung, das 
Gerät an sich sieht aber verdächtig gleich aus wie das BEHA 93486... ;-)

- https://archiv.ew.tf.fau.de/leihgeraete/datasheet/Q443_D.pdf

: Bearbeitet durch Moderator
von Andreas B. (bitverdreher)


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Lothar M. schrieb:
> Andreas B. schrieb:
>> Man hat ja auch noch einen unbekannten Abstand zum Leiter.
> Lies den letzten Post im unteren Link meines vorigen Posts.

Na, ja. Da sucht man das Anzeigemaximum. Für eine Relativmessung mag das 
ja nett sein, aber was das mit den tatsächlich fließenden Strom zu tun 
hat...

von Uwe B. (uwe_beis)


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Ein interessantes Ding!

Andreas B. schrieb:
> Genau diese Verrechnung würde mich mal interessieren. Man hat ja auch
> noch einen unbekannten Abstand zum Leiter.
Ich kann mir schon sehr gut vorstellen, wie das geht:
Es gibt 3 Stromsensoren, wahrscheinlich Hall-Sensoren, verteilt links, 
rechts und in der Mitte des 180°-"Messbogens". Vorausgesetzt, es gibt 
nur einen Leiter und der läuft exakt rechtwinklig im Messbogen, ergeben 
sich 3 unterschiedliche Messwerte, die alle proportional zum Strom sind. 
Die Verhältnisse der Messwerte untereinander hängen von der Position 
ab. Umgekehrt gilt: Für jede Tripel von Messwerten gibt es genau eine 
Position der Leitung und für diese Position auch genau einen 
Empfindlichkeitsfaktor, mit dem z. B. die Summe der 3 Messwerte 
multipliziert werden kann.

Die Position lässt sich wahrscheinlich am Besten anhand einer vorher 
ermittelten 2-dimensionalen Tabelle bestimmen, denn für die theoretisch 
mögliche rein rechnerische Bestimmung wären sehr viele Faktoren zu 
berücksichtigen, aber auch vielleicht auch ein paar unbekannte, wie die 
Störung des Magnetfeldes durch Metallteile im Messgerät.

> Neben den unbekannten Abstand sind die
> Leiter in der Gegenrichtung in einem ebenfalls unbekannten Abstand ja
> auch noch da.
Das stimmt natürlich. Da darf nichts in der Nähe sein, was das reine 
Magnetfeld der Leitung nennenswert verfälscht. Das Erdmagnetfeld 
vielleicht? Das könnte man, wie bei einer Waage, vorher zur Kompensation 
bestimmen. Dann darf man das Gerät aber nicht mehr (nennenswert) bewegen 
bzw. anders ausrichten.

von Sebastian W. (wangnick)


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Andreas B. schrieb:
> Für eine Relativmessung mag das ja nett sein, aber was das mit den
> tatsächlich fließenden Strom zu tun hat...

Ich habe das Prinzip mal vor gut zehn Jahren ausprobiert, siehe 
Beitrag "Re: Strommessung am Kabel".

Es wird wohl auch bei den Meßgeräten eine Annahme über die Distanz des 
durchflossenen Leiters vom Sensor getroffen sein.

LG, Sebastian

von Uwe B. (uwe_beis)


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Ich sehe gerade, dass meine ganze schöne Theorie Unsinn ist, denn es 
wird der Strom innerhalb eines mehradrigen Kabels mit Hin- und 
Rückleitern gemessen. Das hatte ich übersehen.

Ich vermute jetzt, dass mit mehreren Paaren aus je 2 90° zueinander 
gedrehten Stromsensoren sich die Positionen und die Abstände zwischen 
den Sensoren und den beiden Leitern bestimmen lassen. Dann ließe sich 
daraus auch wieder der Empfindlichkeitsfaktor und so der Strom 
bestimmen.

Mathematisch müsste das so gehen:
Zu bestimmen sind die X- und die Y-Postion des Hinleiters und die X- und 
die Y-Postion des Rückleiters, sowie der Strom. Das sind 5 Unbekannte, 
die sich durch 5 unabhängige Messwerte errechnen lassen. Danach würden 5 
Messaufnehmer benötigt, die so positioniert sind, dass ihre Messwerte 
maximal unabhängig voneinander sind (z. B. 2 davon 90° gedreht).

Und nix mit Erdmagnetfeld - das Gerät misst nur Wechselstrom.

: Bearbeitet durch User
von Uwe B. (uwe_beis)


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Uwe B. schrieb:
> Zu bestimmen sind die X- und die Y-Postion des Hinleiters und die X- und
> die Y-Postion des Rückleiters, sowie der Strom. Das sind 5 Unbekannte,
> die sich durch 5 unabhängige Messwerte errechnen lassen.
Und wenn dann noch Drehstrom mit 4 statt 2 Leitern gemessen werden kann, 
hört der Spaß rein mathematisch langsam auf...

von Andreas B. (bitverdreher)


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Sebastian W. schrieb:
> Es wird wohl auch bei den Meßgeräten eine Annahme über die Distanz des
> durchflossenen Leiters vom Sensor getroffen sein.

Das müßte dann für das o.a. Gerät schon mal unter 10% Abweichung 
erfolgen.

Uwe B. schrieb:
> Mathematisch müsste das so gehen:
> Zu bestimmen sind die X- und die Y-Postion des Hinleiters und die X- und
> die Y-Postion des Rückleiters, sowie der Strom. Das sind 5 Unbekannte,
> die sich durch 5 unabhängige Messwerte errechnen lassen. Danach würden 5
> Messaufnehmer benötigt, die so positioniert sind, dass ihre Messwerte
> maximal unabhängig voneinander sind (z. B. 2 davon 90° gedreht).

Das würde Sinn machen, ja. Blöderweise sind die Messwerte nicht 
unabhängig von den anderen Leitern.

Uwe B. schrieb:
> Und wenn dann noch Drehstrom mit 4 statt 2 Leitern gemessen werden kann,
> hört der Spaß rein mathematisch langsam auf...

Laut Prospekt oben ist das immer noch spaßig. ;-)
Daher ja die Frage nach den großen Trick dabei.

von Bruno V. (bruno_v)


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Sebastian W. schrieb:
> Es wird wohl auch bei den Meßgeräten eine Annahme über die Distanz des
> durchflossenen Leiters vom Sensor getroffen sein.

Zum einen sind es nur 2 cm, zum anderen wird der Adernaufbau per 
Schalter vorgegeben.

Dazu ist es durchaus möglich, dass Drehstrom nur symmetrisch (0 Strom 
über N) sein darf und wie oben ausgerichtet werden muss. Da reichen dann 
2 oder 3 Sensoren

von Uwe B. (uwe_beis)


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Andreas B. schrieb:
> Das würde Sinn machen, ja. Blöderweise sind die Messwerte nicht
> unabhängig von den anderen Leitern.
Ich glaube, da habe ich nicht den richtigen Terminus verwendet: 
Natürlich sind sie alle voneinander abhängig, aber keiner darf von 
keinem anderen linear abhängig sein (d. h., sich auf irgend eine Weise 
aus einem oder mehreren anderen berechnen lassen). Dann bekommt man 5 
Messwerte, die sich mit 5 Gleichungen in 5 Ergebnisse, eins davon der 
Strom, umformen lassen.

Bei Drehstrom müssten noch mehr Sensoren gebraucht werden: Es würden ja 
die Positionen der 4 (aktiven) Adern ermittelt werden müssen und dann 
daraus 3 Ströme (der vierte ist die Summe der 3 und damit linear 
abhängig von den 3 anderen). Damit komme ich auf ein Gleichungssystem 
mit 7 Unbekannten, für dessen Lösung 7 linear unabhängige Messwerte 
gebraucht würden. Oh ha.

Dass das theoretisch geht, halte ich für ziemlich sicher. Wie weit bzw. 
wie genau das in der Praxis mit diesem Verfahren dann auch geht, kann 
ich natürlich nicht abschätzen. Aber 10% Fehler scheint mir nicht 
unplausibel.

Bruno V. schrieb:
> Zum einen sind es nur 2 cm, zum anderen wird der Adernaufbau per
> Schalter vorgegeben.
Warum das so ist, verstehe ich nicht. Vielleicht wird die Genauigkeit 
höher, wenn man weiß, dass es weniger (aktive) Adern sind? Generell 
müssten ja auch 3 (bzw. 4) Ströme in einem Drehstromsystem angezeigt 
werden können.

Das erste Symbol sieht aus wie ein Koax-Kabel, aber natürlich ist eine 
Einzelader gemeint. Bei Koax-Kabel würde das System versagen, fällt mir 
dazu ein.

: Bearbeitet durch User
von Bruno V. (bruno_v)


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Uwe B. schrieb:
> Generell
> müssten ja auch 3 (bzw. 4) Ströme in einem Drehstromsystem angezeigt
> werden können.

Behauptet das denn jemand? Ich glaube, dass es bei Drehstrom einfach den 
Strom der ausgesuchten Ader *3 nimmt.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Außen am Leiter ist das Drehfehld durchaus auch messbar. Es geht über 
mehrere Sensoren. Für eine sinnvolle Funktion ist es bei dem Gerät 
notwendig, dass es sich um dickere Kabel handelt, bei dem die internen 
Kabel nicht zu dicht zusammen sind und vor allem nicht verdrillt wurden.

von Bruno V. (bruno_v)


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Dieter D. schrieb:
> Außen am Leiter ist das Drehfehld durchaus auch messbar. Es geht über
> mehrere Sensoren. Für eine sinnvolle Funktion ist es bei dem Gerät
> notwendig, dass es sich um dickere Kabel handelt, bei dem die internen
> Kabel nicht zu dicht zusammen sind und vor allem nicht verdrillt wurden.

Natürlich kann man so ein Gerät bauen. Vermutlich im Umfang einer 
Diplomarbeit, mit vielen H-Sensoren und pfiffigen Algorithmen. 
(Verdrillt halte ich da für kein Problem, solange es nicht im 
Zentimeter-Bereich ist.)

Hier geht es um das vom TO verlinkte Gerät. Da scheint niemand zu 
behaupten, dass es mehrere Leiter individuell auswertet. Die Form des 
Sensors macht es auch sehr unwahrscheinlich.

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Bruno V. schrieb:
> Hier geht es um das vom TO verlinkte Gerät.

Bei dem Gerät wird ein Mehrleiterkabel mit offener Zange gemessen. Somit 
enthält das Teil zwei Sensoren. Über die zwei Sensoren wird das Drehfeld 
erfaßt. In dem Falle wäre das die Amplitude. Als Differenz aus den 
Sensoren werden im Minimum die Leiterabstände relativ zum Öffnungswinkel 
ermittelt. Daraus kann analog oder digital ein Stromfluss durch die 
Leiter ausgegeben werden.

von Sebastian W. (wangnick)


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Dieter D. schrieb:
> Über die zwei Sensoren wird das Drehfeld erfaßt.

Dieter, hat du so etwas schon einmal gebaut? Fände ich spannend ...

LG, Sebastian

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Sebastian W. schrieb:
> Dieter, hat du so etwas schon einmal gebaut? Fände ich spannend ...

Nee, das habe ich nicht. Es gab vor vielen Jahren so eine komische 
Aufgabe in der Elektrotechnik zu den Feldern um zwei Leiter, wo niemand 
wußte, wofür das gut sein soll.

von Uwe B. (uwe_beis)


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Dieter D. schrieb:
> Bei dem Gerät wird ein Mehrleiterkabel mit offener Zange gemessen. Somit
> enthält das Teil zwei Sensoren.
Wir sind uns ja ziemlich einig. Allerdings meine ich, dass für zwei 
Leiter (mit identischen, aber entgegengesetzten Strömen) theoretisch 
mindestens 5 Sensoren erforderlich sind, wenn die (X- und Y-)Positionen 
der beiden Leiter unbekannt sind. Beschrieben habe ich das weiter oben.

von Bruno V. (bruno_v)


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Uwe B. schrieb:

> theoretisch mindestens 5 Sensoren erforderlich sind, wenn die (X- und 
Y-)Positionen der beiden Leiter unbekannt sind.

Und hier möchte er sogar 4 Leiter parallel messen. Wenn man sowas bauen 
wollt, würde man vermutlich das Kabel umschließen und die Entfernung zu 
den Adern als gleichmäßig annehmen.

So ein Gerät wäre ziemlich cool. Gäbe es eine Nachfrage danach? Oder 
reicht es, das Maximum zu suchen und Symmetrie zu unterstellen

von Uwe B. (uwe_beis)


Angehängte Dateien:

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Ich kann's nicht lassen, ich habe mir noch einmal Gedanken über meine 
Theorie gemacht. Ich habe ja behauptet, dass bei 2 Leitern (mit 
Stromsumme 0) mind. 5 Sensoren erforderlich sind. Weil aus 5 Gleichungen 
die X- und Y-Positionen der Leiter und der Strom bestimmt werden muss.

Dann habe ich geschrieben, dass bei 4 Leitern 7 Sensoren erforderlich 
wären, aber ich korrigiere mich, es wären 9: 4 X- und Y-Positionen und 
der Strom. Aber auch da bin ich mir unsicher. Es könnten auch 11 wegen 3 
linear unabhängigen (= unterschiedlichen) Strömen sein.

Nach der Theorie wären für nur einen Leiter 3 Sensoren bzw. Messwerte 
erforderlich. Das müsste noch übersichtlich sein. Beispiel in der 
Grafik:

An Position A ist ein Kreuzsensor (2 Sensoren). Aus den Messwerten 
ergibt sich ganz leicht die Richtung (rote Linie), auf der der Leiter 
Liegen muss. Mit einem weiteren Kreuzsensor wäre die Postion einfach zu 
finden (Triangulation), aber ich behaupte, es genügt ein einfacher 
Sensor, Beispiel:

Der 3. Sensor befindet sich an Position B. Sein Messwert ist 0. Also 
muss der Leiter "querab" vom Sensor liegen. Das ist offensichtlich und 
ein einfacher Sonderfall.

Ist der 3. Sensor z. B. an Position C ist es nicht mehr ganz so 
offensichtlich. Aber mit Überlegen (mit Mathematik ginge es zweifellos 
auch) lässt sich erkennen: Es gibt nur eine Position für den Leiter auf 
der roten Linie, bei dem der Messwert zu den Messwerten des 
Kreuzsensors, also auch die Quantität aller 3 Messwerte, zueinander 
passen.

Damit ist die Position des Leiters bekannt und aus den Abständen der 
Sensoren und deren Messwerten lässt sich der Strom bestimmen. 3 
Messwerte führen über 3 Gleichungen mit 3 Unbekannten zu der Lösung.

So - wenn ich nun einen zusätzlichen Rückleiter habe, habe ich 5 
Unbekannte und bei 4 Leitern sind es 9 (oder 11?) Unbekannte, für die 5 
bzw. 9 (oder 11?) Sensoren erforderlich wären.

Wie gut das in der Praxis geht, wenn man die ganze Messeinrichtung 
optimiert, mag ich nicht beurteilen - darum geht es mir auch nicht.

Dieter D. schrieb:
> Nee, das habe ich nicht. Es gab vor vielen Jahren so eine komische
> Aufgabe in der Elektrotechnik zu den Feldern um zwei Leiter, wo niemand
> wußte, wofür das gut sein soll.

Mir fällt außer diesem Messgerät z. B. ein, dass man das vielleicht zum 
Messen des Stroms in Hochspannungs-Drehstrom-Übertragungs-Leitungen 
anwenden kann - wenn in der Erde nichts das Magnetfeld verformt. Mit 
einem richtig präzisen Sensor könnte man nacheinander 9 (11?) Positionen 
unter der HDÜ-Leitung abfahren (solange die Ströme konstant sind). 
Anderseits sind die Positionen der Leitungen schon bekannt, also 
vielleicht reichen 3 Messungen. Oder so. Mein Gott, ich übersehe das auf 
die Schnelle auch nicht alles so genau.

von Roland D. (roland_d284)


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Moin,

Uwe B. schrieb:

> Ich kann's nicht lassen, ich habe mir noch einmal Gedanken über meine
> Theorie gemacht. Ich habe ja behauptet, dass bei 2 Leitern (mit
> Stromsumme 0) mind. 5 Sensoren erforderlich sind. Weil aus 5 Gleichungen
> die X- und Y-Positionen der Leiter und der Strom bestimmt werden muss.
> ....

Interessant, aber kann es nicht sein, dass die Sache viel einfacher ist?

Angenommen 2 Adern, Summenstrom ist Null. Dann ist das Magnetfeld das 
selbe, als wenn durch zwei Adern Gleichstrom flösse, die beiden Adern 
sich aber mit 50 Umdrehungen pro Sekunde umeinander rotieren. Bei 3 
Phasen das gleiche. Bei 4 Adern asymmetrisch ist das rotierende 
Magnetfeld halt nicht so schön rund, es humpelt etwas, aber es ist in 
Näherung immer noch das selbe Feld von zwei rotierenden Adern mit 
Gleichstrom nur das sie sich um einen anderen Mittelpunkt drehen. 
Bleiben als unbekannte nur der Abstand der beiden (eventuell virtuellen) 
Adern und der Strom. Wenn genauer sein soll, der gedachte 
Rotationsmittelpunkt.

Letztlich ist es das selbe Feld wie das, eines rotierenden Stabmagneten 
mit unbekanntem Fluss und Länge (und eventuell Position der 
Rotationsachse).

Also 2 bis 4 Unbekannt - da müssten doch 2 bis 4 Sensoren reichen?

Gruß, Roland

von Uwe B. (uwe_beis)


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Der Denkansatz mit den rotierenden DC-Leitungen gefällt mir gut. Aber es 
wird mit 2 Sensoren nicht klappen, dazu will ich folgendes Beispiel 
bringen: Du kannst bei zwei Sensoren nicht unterscheiden, ob ein kleiner 
Strom in der Nähe oder ein größerer in größerer Entfernung fließt.

Bei zwei Sensoren gibt es immer eine Linie, auf der beide Sensoren 
dasselbe Signal empfangen, solange der Strom der Lage auf der Linie 
angepasst ist. In der Mitte zwischen den Sensoren ist die Linie eine 
Gerade (sofern die Sensoren symmetrisch zur Mittellinie ausgerichtet 
sind).

Anders gesagt: Mit zwei Sensoren lässt sich nur die Linie bestimmen, auf 
dem die Leiter liegen. Mit einem 3. Sensor bekomme ich 3 Linien, die 
sich kreuzen - im Idealfall alle 3 in einem Punkt. Damit lässt sich dann 
auch der Strom berechnen.

Und das gilt auch nur für nur einen Leiter. Bei zwei Leitern spielt 
jetzt noch der Abstand eine Rolle. Geringer Abstand in kleiner, oder 
größerer Abstand bei größerer Entfernung.

Es bleiben 5 Gleichungen mit 5 Unbekannten, wenn Hin- und Rückstrom 
gleich sind.

Gruß zurück
Uwe

Nachtrag: Es gibt noch einen wesentlichen Unterschied bei dem Denkansatz 
mit den rotierenden DC-Leitungen: Die erzeugen ein konstantes, sich 
drehendes Feld. Die Wechselstromleitungen erzeugen ein Feld mit stabiler 
Lage, aber wechselnder Stärke. Ein sich drehendes Feld wäre natürlich 
gut zur Positionsbestimmung zu verwenden.

: Bearbeitet durch User
von Lu (oszi45)


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Ob das alles stimmt oder Werbung ist? Mir reicht Stück 
Verlängerungskabel mit 3 od. 5 Drähten, die man einzeln in der Zange 
messen kann. :-)

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