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Galvanische Trennung
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Wenn es für Ladungsträger keinen Weg gibt, aus einem Stromkreis in einen anderen zu fließen, spricht man von galvanischer Trennung der beiden Stromkreise. Zwischen den Stromkreisen besteht dann keine elektrisch leitfähige Verbindung.
Die Stromkreise können jedoch dennoch elektrische Leistung oder Signale austauschen. Dazu werden verschiedene galvanisch trennende Bauteile wie z.B. Transformatoren, Optokoppler oder auch Kondensatoren verwendet. Die Übertragung erfolgt in diesen Fällen dann über den Umweg eines Magnetfeldes, mittels Infrarotstrahlung oder durch Ladungsverschiebung.
Das bekannteste Beispiel für eine galvanische Trennung sind Transformatoren, insbesondere wenn sie aus dem öffentlichen Stromnetz gespeist werden (Netztransformatoren). Mit ihnen wird neben der Spannungsanpassung eine galvanische Trennung zum Netz geschaffen, um in den angeschlossenen Stromkreisen die Sicherheit vor dem Berühren der Netzspannung herzustellen. Das wird durch zwei elektrisch voneinander getrennte Spulen, die sich auf einem gemeinsamen Eisenkern befinden, realisiert.
Kunststoffzahnräder in Handbohrmaschinen oder isolierende Klauenkupplungen dienen der Schutzisolation elektrischer Handgeräte und stellen eine zusätzliche Potentialtrennung zwischen metallischen Antriebsteilen und den äußeren, berührbaren metallischen Teilen her.
Ein galvanisch getrennter Informationsaustausch ist durch nicht-elektrische Übertragungswege mit entsprechenden Wandlern möglich. Dazu zählen die optische Übertragung (Optokoppler, Lichtleitkabel), die induktive Kopplung (Transformatoren und Übertrager) oder die mechanische Übertragung durch Druckluft (Pneumatikelemente) oder isolierende mechanische Teile (z.B. in Relais).
Auch die Ladungsverschiebung kann zur galvanischen Signaltrennung eingesetzt werden, indem hochfrequente Signale mit gut isolierten, spannungsfesten kleinen Kondensatoren kapazitiv gekoppelt werden.
Eine galvanische Trennung ist in folgenden Fällen erforderlich:
- zur Sicherheit (z. B. medizinische Geräte, elektrisches Spielzeug, alle netzbetriebenen Geräte mit Schutzkleinspannung, wie Steckernetzteile, Audiogeräte, Ladegeräte usw.)
- aus messtechnischen Gründen: Potentialtrennung der Spannungsversorgung von Messgeräten vom Stromkreis der zu messenden Spannung oder Potentialtrennung im Messsignalweg (z.B. Stromzangen, Stromwandler)
- zur Verhinderung von Brummschleifen und elektromagnetischen Störungen (z. B. Audiogeräte, Analog- und Digitalsignale in der Industrie, Übertrager in Datennetzen, z.B. Ethernet)
Wenn mehrere elektrische Größen simultan gemessen und z.B. in einem Computer erfasst werden sollen, deren Bezugspotenziale sich unterscheiden, dann müssen die Messwertaufnehmer voneinander galvanisch getrennt sein. Das kann zum Beispiel mit Stromwandlern, Isolationsverstärkern oder Analog-Optokopplern erreicht werden.
Eine konsequent ausgeführte galvanische Trennung ist ein wirksamer Schutz gegen elektromagnetische Störungen. Das gilt auch dann, wenn keine galvanische Verbindung zu anderen Stromkreisen besteht - lange Kabel können auch ohne leitende Verbindung Störungen auffangen und in Signaleingänge weiterleiten. Diese sogenannten Gleichtaktstörungen können durch Potentialtrennung von den Signaleingängen ferngehalten werden. Industrieanlagen und -geräte müssen z.B sog. Burst-Tests bestehen, bei denen steile Hochspannungsimpulse kapazitiv auf die Kabel gekoppelt werden. Auch der Schutz gegenüber eingestrahlten elektromagnetischen Wellen wird durch potentialtrennte Signaleingänge verbessert. Die Maßnahmen sind unter dem Begriff elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zusammengefasst.
Galvanische Trennung ist weiterhin bei der Datenfernübertragung auf Hochspannungsleitungen und zum Schutz vor einem elektromagnetischen Puls (EMP) erforderlich.
Der Name „galvanische Trennung“ bzw. „galvanische Verbindung“ für das Vorhanden- oder Nicht-Vorhandensein einer leitfähigen Verbindung ist in Zusammenhang mit den Forschungen des italienischen Arztes Luigi Galvani geprägt worden.
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