Was ist galvanische Trennung?

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pelmazo
Hat sich gelöscht

#1 erstellt: 28. Dez 2004, 13:24

Der Begriff galvanische Trennung taucht gelegentlich hier im Forum auf. Was ist das und wozu ist es gut?

Erstmal die Definition: Zwei Stromkreise sind galvanisch voneinander getrennt, wenn es keinen Weg gibt, über den Strom aus dem einen Stromkreis in den anderen fließen kann. In der Regel meint man hier Gleichstrom oder Wechselstrom mit niedriger Frequenz. Mehr dazu weiter unten.

Interessant wird das vor allem dann, wenn man trotzdem Energie oder ein Signal von einem Stromkreis zum anderen übertragen will. Es geht also darum, zwischen zwei Stromkreisen eine Art von Kopplung herzustellen, die Gleichstrom blockiert während ein Nutzsignal durchgelassen wird.

Es gibt verschiedene Bauelemente, die eine galvanische Trennung bewirken können. Das wichtigste ist der Transformator oder Übertrager. Die beiden Begriffe bezeichnen eigentlich das gleiche Ding, und in anderen Sprachen wie z.B. Englisch gibt es nur einen Begriff. Im Deutschen sagt man Transformator, wenn es um die Übertragung von Energie geht, und Übertrager wenn man ein Signal übertragen will. Der Kopplungsmechanismus geht hier über ein Magnetfeld. Die Stromkreise sind galvanisch getrennt weil die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Transformators nicht miteinander verbunden sind. (Es gibt übrigens auch sog. Spartransformatoren, in denen Primär- und Sekundärwicklung verbunden sind. Mit diesen ist keine galvanische Trennung möglich).

Andere Methoden der galvanischen Trennung sind z.B. Optokoppler (hier geht die Kopplung über Licht), Kondensatoren (Kopplung durch ein elektrisches Feld), Akustikkoppler (mechanische Kopplung), oder Funkkopplung (Kopplung über elektromagnetische Wellen).

Galvanische Trennung kann z.B. aus Sicherheitsgründen nötig sein. Ein Netztransformator bewirkt eine galvanische Trennung zwischen dem Stromnetz und der Elektronik im Inneren eines Gerätes. Dadurch wird verhindert, daß man durch Berühren eines Anschlusses einen Stromschlag bekommt.

Eine weiterer Zweck der galvanischen Trennung ist es, Störströme zu unterbinden (z.B. Brummschleifen). So enthält z.B. ein Mantelstromfilter (siehe anderer Thread hier im Hifi-Wissen) einen kleinen Übertrager, der die Radiofrequenzen durchläßt, aber Gleichstrom und die niedrigen Brummfrequenzen sperrt.

Einen ähnlichen Zweck erfüllt ein NF-Übertrager, der eine galvanische Trennung auf einer Audioleitung bewirkt, und so ebenfalls Brummschleifen unterbinden kann.

Bei der digitalen Signalübertragung (z.B. SPDIF, oder auch Ethernet) sind die Signalfrequenzen viel höher als bei analogem Audio, wodurch die eingesetzten Übertrager viel kleiner und billiger sein können. Bei SPDIF findet man daher Übertrager häufiger als bei analogem Audio. Bei Ethernet sind Übertrager Pflicht. Optisches SPDIF (Toslink) bietet natürlich ebenfalls galvanische Trennung (es ist gewissermaßen ein Optokoppler auf Distanz).

Master_J
Inventar

#2 erstellt: 28. Dez 2004, 17:17

pelmazo schrieb:

So enthält z.B. ein Mantelstromfilter (siehe anderer Thread hier im Hifi-Wissen) einen kleinen Übertrager, der die Radiofrequenzen durchläßt, aber Gleichstrom und die niedrigen Brummfrequenzen sperrt.

Der Link dazu:

Klick mich!
Wobei üblicherweise Kondensatoren eingesetzt werden.

pelmazo schrieb:

Einen ähnlichen Zweck erfüllt ein NF-Übertrager, der eine galvanische Trennung auf einer Audioleitung bewirkt, und so ebenfalls Brummschleifen unterbinden kann.

Hier will ich anmerken, dass deren Übertragungsbandbreite beschränkt ist.
Kann sich z.B. beim Einsatz an Subwoofern hörbar auswirken.

Gruss
Jochen

pelmazo
Hat sich gelöscht

#3 erstellt: 28. Dez 2004, 23:15

Wobei üblicherweise Kondensatoren eingesetzt werden.

Ich habe keine statistischen Untersuchungen angestellt, aber der von mir käuflich erworbene kommerzielle Mantelstromfilter enthält als zentrales Bauelement einen HF-Übertrager (nebst zusätzlichen Kondensatoren). Die ausschließliche Verwendung von Kondensatoren ist eher eine Billiglösung (vielleicht ist sie ja deswegen tatsächlich häufiger).

richi44
Hat sich gelöscht

#4 erstellt: 29. Dez 2004, 12:39

pelmazo schrieb:
Einen ähnlichen Zweck erfüllt ein NF-Übertrager, der eine galvanische Trennung auf einer Audioleitung bewirkt, und so ebenfalls Brummschleifen unterbinden kann.

Hier will ich anmerken, dass deren Übertragungsbandbreite beschränkt ist.
Kann sich z.B. beim Einsatz an Subwoofern hörbar auswirken.

Übertrager im Verstärker-Ausgang sind tatsächlich problematisch und teuer, weil sich selten gute Gegenkopplungen realisieren lassen, ohne den Ausgang wieder mit Masse zu verkoppeln (Ausgangssymmetrie).

Eingangsschaltungen mit Übertragern hingegen sind kaum ein Problem. Man muss den Übertrager an einem in Nullohmtechnik geschalteten OPV betreiben und die entsprechenden Widerstände in die Primärleitung einbauen, dann sind selbst mit Mini-Trafos ausgezeichnete Daten (Frequenzgang, Klirr) möglich, da die Trafos NUR die galvanische Trennung übernehmen und durch die Spannungslosigkeit (nur Strom, Restspannungen durch Drahtwiderstand) praktisch keine NF-Funktion haben. Diese Schaltungen sind in vielen Studiogeräten Standard und den grossen Linienübertragern haushoch überlegen.

Johnny1457
Neuling

#5 erstellt: 22. Jan 2007, 17:11

hi,

Hab folgendes Problem. Ein Wandler erzeugt aus dem Wechselstromnetz eine 600V Gleichspannung. Mit der Gleichspannung sollen Motoren geprüft werden. Der Wandler ist galvanisch getrennt. Muss das Motorgehäuse gegen zu hohe Berührungsspannungen geschützt werden, sprich ein Schutzleiter angeschlossen werden???

HiFi_Addicted
Inventar

#6 erstellt: 22. Jan 2007, 23:53

Wenn ein Schutzleiteranschluss Vorhanden ist muss der verwendet werden. Ausser es wird einen Schutztrennung verwendet.

Ich betreibe zwar meinen Anlage Teilweise mit "Schutztrennung" allerdigns ohne dafür zugelassenen Trafo.

http://upload.wikime...-Schutztrennung1.PNG

http://de.wikipedia.org/wiki/Trenntransformator
MfG Christoph

[Beitrag von HiFi_Addicted am 22. Jan 2007, 23:54 bearbeitet]

Avalarion
Stammgast

#7 erstellt: 23. Mrz 2007, 11:39

ich hatte vor kurzem eine diskussion mit bekannten und mir wurde erzählt, dass ich keinen "schlag" bekommen kann, wenn ich einen leiter berühre, der galvanisch vom stromnetz getrennt wurde, da das potetial nicht mehr erdbezogen ist.
ich kann mir das nur schwer vorstellen, da ich ja nur KEINEN "gewischt" bekomme, wenn die zwei punkte, die ich berühre das selbe potential habe.
selbst bei einem galvanisch getrennten leiter müsste dennoch eine potenteial differenz zwischen leiter und erde existieren.
kann ich einen schlag bekommen, oder nicht?

das mit der signalübertragung usw ist gut vorstellbar, jedoch habe ich mir eben unter der sicherheit, die eine galvanische trennung gibt, wenig vorstellen. kann mir einer ein genaues beispielt liefern, bei dem sich die sicherheit verbessert?

danke

avalarion

kptools
Hat sich gelöscht

#8 erstellt: 24. Mrz 2007, 02:22

Hallo,

Avalarion schrieb:

....da das potential nicht mehr erdbezogen ist.

Das ist korrekt, denn genau darum geht es. Solange Du nur einen Leiter berührst, nimmst Du zwar dessen "Potential" an, aber es bildet sich kein Stromkreis gegen Erde. Es fehlt in diesem Fall der zweite Pol. Im Prinzip ähnlich, wie die Vögel, die auf einer Hochspannungsleitung sitzen.

kann mir einer ein genaues beispielt liefern, bei dem sich die sicherheit verbessert?

Trenntrafos werden z.B. bei Arbeiten mit Elektrowerkzeugen in Kesselanlagen verwendet. Siehe dazu auch mal den zweiten Link von HiFi_Adicted.

Grüsse aus OWL

kp

[Beitrag von kptools am 24. Mrz 2007, 02:29 bearbeitet]

Avalarion
Stammgast

#9 erstellt: 25. Mrz 2007, 07:39

ok
ich nehme also das potential des einen leiters an. das genau ist der grund, dass kein stromfluss entsteht? den eine potetialdifferenz zwischen mir und erde existiert sicher. es entsteht kein stromfluss, aber warum???

ps: danke für die schnelle antwort

kptools
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 25. Mrz 2007, 10:00

Hallo,

warum entsteht kein Stromfluss, wenn die Vögel auf einer 380.000 Volt Leitung sitzen? Weil der zweite Pol eines Stromkreises fehlt! Bei einem "geerdeten" Netz ist die Erde dieser "zweite Pol". Dieser entfällt durch einen Trenntrafo, da sich keiner der beiden Pole eines Stromkreises mehr auf die Erde bezieht. In diesem Fall nimmt bei Berührung eines Leiters "die gesamte Umgebung" das gleiche "Potential" an aber es kann kein Stromkreis gebildet werden. Dies würde erst dann passieren, wenn ich den anderen Leiter explizit wieder mit der Erde verbinden würde. Ich zitiere noch einmal aus

Wikipedia:

Wikipedia schrieb:

Um den Schutz aufrechtzuerhalten, dürfen Trenntransformatoren keinen Schutzleiter führen. Beim Anschluss von zwei Geräten am Trenntransformator müssen die Gehäuse der Verbraucher miteinander auf ein erdfreies gleiches Potenzial geführt werden ("erdfreier örtlicher Potenzialausgleich").

Lese Dir den Artikel noch einmal in Ruhe durch.

Grüsse aus OWL

kp

[Beitrag von kptools am 25. Mrz 2007, 10:03 bearbeitet]

Avalarion
Stammgast

#11 erstellt: 25. Mrz 2007, 10:15

ok
diese antwort hat mir sehr geholfen!!!
vielen dank

so jetzt die nächste frage:
warum trenne ich nicht einfach alle drei phasen meines hauses galvanisch vom erdbezogenen versorgernetz?
ich müsste keinen schutzleiter mehr legen. ich bräuchte keinen FI mehr. ich würde keine menschenleben mehr gefährden, denn man kann ja keinen schlag bekommen.
???

greets ava

HiFi_Addicted
Inventar

#12 erstellt: 25. Mrz 2007, 11:15

Erstens brauchst du anstelle von 3 Drähten 6 zur Trafostation und wenn irgendwer unbewerkterweise einen Erdschluss verursacht ist es vorbei mit der Sicherheit und es wird noch gefährlicher.

Es reicht schon wenn sich 2 Personen gleichzeitig (einer je Wicklungsende ins Netz greifen dass es 2 Tote mehr gibt.

Alle Schalter und Sicherungen müssten auch 2 Polig ausgeführt werden und Schmelzsicherungen vollständig aus dem Verkehr gezogen werden.

MfG Christoph

kptools
Hat sich gelöscht

#13 erstellt: 25. Mrz 2007, 11:34

Hallo,

da hast Du nur ein "paar" Kleinigkeiten übersehen.

Beim Anschluss von zwei (oder mehreren) Geräten am Trenntransformator müssen die Gehäuse der Verbraucher miteinander auf ein erdfreies gleiches Potenzial geführt werden ("erdfreier örtlicher Potenzialausgleich").

....bei dem penibelst darauf geachtet werden muss, daß es nicht doch wieder zu einer Erdverbindung kommt (Gasleitung, Wasserleitung, Telefonleitung, etc.). Und was ist, wenn nur eine Phase durch einen Fehler irgendwo unbemerkt eine Erdverbindung herstellt und es zu einer Berührung einer weiteren Phase kommt? Du siehst, die Probleme werden eher mehr, als weniger. Außerdem würde sich der Installationsaufwand durch allpolig abschaltende Sicherungen enorm erhöhen.

Der einzige "Fehler", dem man unserem jetzigen System "ankreiden" muss, ist der nicht verpolungssichere

Schutzkontaktstecker (siehe unter Verpolungssicherheit) zum Geräteanschluss, der aus der Historie unserer Energieversorgung entstanden ist.

Dazu kommt, daß jeder Trenntransformator über einen Innenwiderstand verfügt, der die Netzimpedanz zusätzlich (unnötig) erhöht. Bei den Lasten heutiger Haushalte (Elektroherd, Spülmaschine, Waschmaschine) müsste er schon sehr ordentlich dimensioniert sein, um diese zusätzliche Impedanz so gering wie möglich zu halten. Dazu dann noch in Drehstromausführung, was die Sache nicht gerade billig macht. Und dann noch die Verlustleistung, denn selbstverständlich würde so ein Trenntrafo hinter der Messung eingebaut und somit wären diese Kosten vom Kunden zu tragen.

HiFi_Addicted schrieb:

Erstens brauchst du anstelle von 3 Drähten 6 zur Trafostation....

Das ist nicht erforderlich, ansonsten stimmt der Rest so.

....und Schmelzsicherungen vollständig aus dem Verkehr gezogen werden.

Es wäre ja hier eine Option und würde keine Nachrüstung aller Anlagen zur Folge haben müssen. Das vorgelagerte Netz mit seiner Erde würde ja auch nichts mehr von der Kundenanlage sehen. Die Probleme entstehen allein hier.

Grüsse aus OWL

kp

[Beitrag von kptools am 25. Mrz 2007, 11:35 bearbeitet]

HiFi_Addicted
Inventar

#14 erstellt: 25. Mrz 2007, 12:08

Ich hatte eher daran gedacht schon im Trafohaus auf den Sternpunkt zu verzichten.

Auf die Idee dass sich jemand einen Schweren Trenntrafo in den Keller stellt bin ich gar nicht gekommen

MfG Christoph

kptools
Hat sich gelöscht

#15 erstellt: 25. Mrz 2007, 13:03

Hallo,

dann hätten die Energieversorger ja die Kosten (und Probleme) an der Backe

.

Und die Aufgabenstellung war ja folgende:

warum trenne ich nicht einfach alle drei phasen meines hauses galvanisch vom erdbezogenen versorgernetz?

Grüsse aus OWL

kp

[Beitrag von kptools am 25. Mrz 2007, 13:06 bearbeitet]

richi44
Hat sich gelöscht

#16 erstellt: 27. Mrz 2007, 08:11

Es gilt noch ein Problem zu beachten: Es gibt Geräte (TV), die über das Antennenkabel eine Masse zugeführt bekommen. Diese hat zwar noch nichts mit dem Netz zu tun, trotzdem haben wir einen nicht isolierten Standort.
Weiter gibt es Geräte mit einem Netzfilter mit Y-Kondensatoren, also eine kapazitive Verbindung der beiden Netzleiter (wir haben ja keinen Neutralleiter mehr) zum Gehäuse. Wenn wir nun eine Verbindung zwischen TV und einem ungeerdeten Netzfilter herstellen (Cinch TV zu PC), so haben wir vor der Verbindungsherstellung einen Potenzialunterschied, nachher einen Strom auf dem Cinch-Schirm. Beim Einstecken funkt es ganz nett und die Finger sollten nicht beide Teile gleichzeitig berühren.

Und nochwas ist zu beachten (gilt eher in der Landwirtschaft und im Gewerbe): Es gibt Drehstrommotoren, die zum Starten in Stern betrieben werden, nach dem Anlaufen aber auf Dreieck umgeschaltet werden, um die volle Kraft zu entwickeln.
Mit vollständig getrennten Phasen müsste entweder auf Drehstrommotoren verzichtet werden, zumindest auf die Sternschaltung, oder die Motoren müsste umgewickelt und mit 6 Anschlüssen versehen werden, oder es müsste eine künstliche Phase mit einem Phasenschieber-Kondensator erreicht werden, was einen nicht sonderlich guten Wirkungsgrad ergibt, oder es müsste mit einem nachgeschalteten Trafo wieder die Stern-Dreieckschaltung rekonstruiert werden.

Das alles bedeutet, dass vieles, was heute üblich ist, nicht mehr geht oder dann mit jeweiligen Zusatztrafos sehr teuer wird.
Da lob ich mir eigentlich die Schweizer Verstromung. Hier sind dreipolige Steckdosen üblich (es gibt das Selbe mit 5 Polen, sodass sowohl die normalen dreipoligen Stecker passen als auch solche mit den zwei zusätzlichn Phasen-Stiften), an welche mit Schutzleiter versehene Geräte angeschlossen werden, wobei eine Phasne/Neutralvertauschung nicht möglich ist aufgrund der Stiftanordnung.

Und es sind auch eine Vielzahl von Stereogeräten mit einer Kaltgerätebuchse ausgerüstet und MÜSSEN daher mit Schutzleiter betrieben werden. Das gleiche gilt für alle Kühlschränke und Geräte mit Metallgehäuse, also auch fast alle Küchengeräte und Bügeleisen. Da ist eine Gefährdung nur dann gegeben, wenn man das Ding auseinander nimmt. Im Originalzustand kann es keinen Kurzschluss geben, der den Benutzer gefährdet. Und damit ist das Thema ausphasen vom Tisch, wie auch Ströme auf dem Cinch-Kabel-Schirm.

cr
Inventar

#17 erstellt: 26. Jun 2007, 09:28

Gibt es Mantelstromfilter für Telefonleitungen? Sobal mein Notebook mit dem Analogmodem dranhängt, ist beim Telefon ein deutliches Brummen hörbar. Vermutlich ist dies auch die Ursache, daß ich nicht bei jedem Provider eine funktionierende Verbindung bekomme (Brummen stört ev. das Nutzsignal bei Providern mit leiserem Nutzsignal).

richi44
Hat sich gelöscht

#18 erstellt: 26. Jun 2007, 12:32

Das dürfte eigentlich nicht passieren, denn richtigerweise darf die Telefonleitung keine Masseverbindung bekommen. Zwischen Telefonleitung und Modem müsste ein Trafo sitzen, der das Audiosignal überträgt. Ausserdem müsste er gleichstromfrei sein (oder durch einen Luftspalt den Ruhestrom von ca 40mA vertragen).
Sekundär wäre dann das eigentliche Modem dran, das natürlich Masseverbindung hat.

Wenn also das Modem im Laptop ist, müsste halt dieses mit einem Trafo intern entkoppelt sein, nur ist sowas zu gross und schwer. Dann darf halt das Lap über nichts mit der Aussenwelt verbunden sein, also keine Schutzerde und keine NF-Verbindung zu TV oder Tuner.
Ist das Modem nicht im Lap, sondern extern, sollte es keine Probleme geben.

Also, wenn es ohne irgendwelche Masseverbindungen geht, müsste allenfalls die Masse zur Anlage getrennt werden (Audiotrafo), oder wenn es nur noch über eine Videoverbindung Masse gibt, dann halt den Fernseher von der Antenne abtrennen (Mantelstromfilter).

cr
Inventar

#19 erstellt: 26. Jun 2007, 13:43

Das Notebook hat ein massefeies Netzgerät und ist sonst niergends aneschlossen. Das Kabel zur Telbuchse ist aber sehr lang (30m), wenn ich einen Telfonapaarat statt Notebook daran anstecke, gibt es aber kein Brummen.
Die Telefonleitung führt natürlich Gleichstrom, wie zur Versorgung von Analogtelefonen üblich.

cazaa
Neuling

#20 erstellt: 15. Jun 2008, 12:42

Hallo ,
ich bin grad am lernen für eine Audiovidiotechnikprüfung an der uni.
folgendes problem:

z.b. bei einem konzert.
ich habe ein gerät A und ein gerät B beide sind über ein langes kabel miteinander verbunden, also relativ weit voneinander entfernt.
laut meinem skirpt kommt es zu brummschleifen wenn ich beide an die selbe steckdose (also selbe erdung) schließe.WARUM?

sind beide an seperaten steckdosen kommt es zu ausgleichsstömen.Warum?

sind beide an sepertaten steckdosen aber ein trafo ist dazwischen geschaltet werden dies ausgleichströme dann vermieden? ist das die beste lösung ? und wenn ja warum?

danke schonmal für die antwort. ich schreibe am dienstag also wäre es gut wenn so blad wie möglich jemand eine antwort hat.

sps_owl
Neuling

#21 erstellt: 26. Okt 2008, 18:29

Hallo Cazaa,
die Ausgleichströme werden dann vermieden, wenn die Signalleitung galvanisch getrennt wird. Entweder zum Beispiel über einen Trenntransformator mit entsprechender Impendanz, oder über einen Umsetzer auf Lichtwellenleiter, welches meiner Meinung nach die sauberste Lösung der galvanischen Trennung darstellt. Zum Beispiel lassen sich Netzwerk oder USB Signale inkl. Schirm mittlerweile zu 100% isolieren, ohne die Signalqualität zu beeinträchtigen. Entsprechende Geräte und Umsetzer sind im Internet verfügbar zum beispiel unter

http://www.baaske.net/elektrische_sicherheit.html

Viele Grüße
Stefan

zuzlhuba
Neuling

#22 erstellt: 13. Sep 2009, 02:26

Ich hatte mal ein TFT Bildschirm ohne Netzteil (extern, 12V), da hab ich statt dessen ein separates Computernetzteil genommen und probiert wie es geht.
Hat super funktioniert, der Bildschirm wie der Rechner, allerdings brannte nach kurzer Zeit das 12V Kabel durch.
Woher kam der Strom?
Der Computer und der Bildschirm waren lediglich durch die gemeinsame Masse über das VGA Kabel verbunden, beide Geräte an der selben Steckdose, beide Netzteile eigentlich baugleich und geerdet. Das wäre die zweite Verbindung, doch das ist auch die Masse.
Ich habe nie nachgemessen, doch kann es sein dass es zwischen 2 an der selben Leitung hängenden und geerdeten Netzteilen, wo die Masse sogar die selbe ist, ein Potentialunterschied gibt?

pelmazo
Hat sich gelöscht

#23 erstellt: 15. Sep 2009, 09:51

Kein so großer daß ein Kabel durchbrennt. Irgendwo muß ein Fehler gewesen sein.