Abb.; Netzfilter

Das Schaltbild eines typischen Netzfilters. CX = Kondensator der Klasse X, CY = Klasse Y

Basiswissen:

Netzfilter

Achtung! Vorsicht Netzspannung! Sicherheit geht vor: Die VDE-Vorschriften sind einhalten! Laien, Jugendliche und Kinder dürfen diese Schaltung nur unter Aufsicht eines fachlich versierten Erwachsenen aufbauen und anwenden.

Netzfilter wirken in zwei Richtungen: Sie schützen das Lichtnetz vor Störungen eines Gerätes und schützen es vor Störimpulsen aus dem Netz. Wie Netzfilter aufgebaut sind und was es beim Einsatz zu beachten gibt, zeigt dieser Text.

Elektrische Geräte sollen in ihrer Umgebung störungsfrei funktionieren. Sie dürfen ihr elektrisches Umfeld nicht unzulässig beeinflussen, also möglichst keine Störungen emittieren, noch dürfen sie durch die elektrische „Nachbarschaft“ gestört werden (Störfestigkeit).

Drei mögliche Verbreitungswege von Störungen sind zu nennen:

-entlang der (Strom-)Leitungen im Bereich der Längst-, Lang-, Mittel-, und Kurzwelle breiten sich Störungen als Störspannung über die Verbindungsleitungen aus.

- durch Kopplung: Funkstörungen breiten sich sowohl auf induktiver als auch auf kapazitiver Basis aus.

- durch HF-Strahlung Störungen breiten sich durch Strahlung über die Anschlussleitungen oder über Geräteteile aus.

Betrachten wir den ersten Fall und dort speziell die Zuleitungen des Lichtnetzes. Leitungsgebundene Störungen werden unter anderem über das 230-Volt-Netz in ein Gerät eingetragen. Man unterscheidet symmetrische und asymmetrische Störungen. Sie werden auch Gegentakt- bzw. Gleichtaktstörungen genannt.

Symmetrische Störungen:

Ausgehend von einer erdfreien Störquelle wandern die Störungen längs der angeschlossenen Leitungen (z.B. Phase). Der Störstrom fließt auf dem anderen Leiter (z.B. Null) wieder zurück. Beide Ströme befinden sich im Gegentakt und werden daher als Gegentaktstörung oder symmetrische Störung bezeichnet.

Asymmetrische Störungen:

Durch Masseverbindungen oder parasitäre Kapazitäten in der Störquelle und der Störsenke wird ein Störstrom hervorgerufen, der auf den Anschlussleitungen von der Störquelle zur Störsenke und über die Erdleitung wieder zurück fließt. Die beiden Ströme befinden sich im Gleichtakt und werden damit als Gleichtaktstörung oder asymmetrische Störung bezeichnet.

Verursacher derartiger Störungen sind beispielsweise Funkenstörungen durch Bürstenmotoren (z.B. Bohrmaschine), Schaltnetzteile, Dimmer (Phasenanschnittsteuerungen), Frequenzumrichter für Drehstrommotoren, Schaltungen mit Mikroprozessoren, PC und Laptops, PC-Monitore, Fernseher und verschiedene andere elektronische Gerätschaften mehr.

Abb.: Stromkompensierte Drossel

Wickelsinn einer stromkompensierten Drossel.

Asymmetrisch

Zur Reduzierung asymmetrischer Störungen (Gleichtaktstörströme) werden bei tieffrequenten Frequenzen so genannte stromkompensierte Drosseln eingesetzt. Sie enthalten mehrere gleichsinnige Wicklungen auf einem Ferritring. Diese Induktivitäten unterdrücken besonders gut asymmetrische Ströme, welche in derselben Richtung auf den Leitungen fließen. Für den 230V Wechselstrom, der im Gegentakt auf beiden Leitungen – also in entgegengesetzter Richtung - fließt, stellen stromkompensierte Drosseln hingegen nur eine recht geringe Induktivität dar, weil sich die Magnetfelder des Lichtstroms gegeneinander aufheben. So kann im Ferritkern kein die Störung dämpfendes Magnetfeld aufgebaut werden. Stromkompensierte Drosseln sind folglich nicht dazu geeignet, symmetrische (Gegentaktstörungen) zu reduzieren. Die volle Induktivität wirkt nur auf die Störanteile.

Asymmetrische Störungen höherer Frequenz leiten Kondensatoren der Klasse Y (Y-Kondensatoren) über den Schutzleiter gegen Erde ab. Sie sind daher zwischen Phase gegen Schutzleiter bzw. Neutralleiter gegen Schutzerde geschaltet. Sie müssen besonders überspannungsfest und sicher sein, um etwa bei einem in einiger Entfernung stattfindenden Blitzeinschlag keinen Kurzschluss zum Gehäuse zu verursachen.

Symmetrischen Störungen wirkt man mit X-Kondensatoren (Kondensatoren der Klasse X) entgegen. X- und Y-Kondensatoren sind selbstheilend, d. h. sie verursachen bei innerem elektrischem Durchschlag keinen Kurzschluss.

Gefahren durch Netzfilter?

Durch die Art, wie Y-Kondensatoren gegen den Schutzleiter verschaltet sind, entstehen Ableitströme. Je größer die Kapazitäten eines Kondensatoren, desto besser ist zwar die Dämpfung des Filters, entsprechend höher sind allerdings auch die ungewollten Ableitströme. An dem Y-Kondensatoren, der an Phase geschaltet ist, liegt die volle Netzspannung an. Der Blindstrom durch den Y-Kondensator darf nur gering sein. Wie gering, legen Normen fest. Für Geräte der Schutzklasse I gelten 3,5 mA (Details siehe Tabelle), für industrielle Baugruppen werden maximal 5 mA toleriert.

Die beiden Y-Kondensatoren bilden einen kapazitiven Spannungsteiler, der dann zum Tragen kommt, wenn in einem Gerät der Schutzklasse 1 der grün-gelbe Schutzleiter unterbrochen ist. Dann liegen auf dem Gehäuse 230 Volt : 2 = 115 Volt Wechselspannung an. Ein Stromschlag ist zwar sehr unangenehm, aber wegen des geringen Stromes für Leib und Leben ungefährlich. Er ist der Grund, weshalb medizinische Geräte nur einen sehr geringeren Ableitstrom von 0,5 mA aufweisen dürfen. Derlei Netzfilter werden so dimensioniert, dass der Wert der Drossel vergrößert und die Y-Kondensatoren verkleinert werden.

Tabelle Ableitströme

Geräte max. zulässiger Ableitstrom
Ortsveränderliche Geräte der Schutzklasse I 0,75 mA
Ortsfeste Geräte der Schutzklasse I 3,5 mA
Ortsfeste Wärmegeräte der Schutzklasse I 5 mA
Geräte der Schutzklasse II 0,25 mA
Abgedeckte Geräte 5 mA
Andere Geräte 3,5 mA
* Ortsfestes Gerät fest montiert oder Gewicht größer 18 kg (ohne Tragegriff)

FI-Schalter löst aus

Sind in einem Haushalt und an einer Phase mehrere Netzfilter zu je 5 mA Ableitstrom hinter einem Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) in Betrieb, kann es durch die Addition der Ableitströme zum Auslösen des FI-Schalters kommen. Trennt dieser z.B. bei typisch 30 mA Fehlerstrom die Last vom Netz, reichen rechnerisch bereits sechs Netzfilter aus. Geht man weiterhin davon aus, dass mehrere Verbraucher zusätzlich geringe Fehlerströme beitragen, kann das Ereignis sogar früher eintreten. Netzfilter sollten somit nicht „inflationär“ Anwendung finden.

Ein gutes Schaltnetzteil, das für die Nutzung im Shack konzipiert wurde, sollte bereits mit einem wirkungsvollen, integrierten Netzfilter ausgestattet sein. Bei Verwendung eines herkömmlichen geregelten Netzteils kann ein vorgeschaltetes Netzfilter maßgeblich dazu beitragen, dass sowohl Netzteil als auch Transceiver mit einer „sauberen“ Spannung ihren Dienst tun.

Die wichtigsten Schutzklassen elektrischer Geräte

Schutzklasse I

Alle elektrisch leitfähigen Gehäuseteile des Betriebsmittels sind mit dem Schutzleitersystem der festen Elektroinstallation verbunden, das sich auf Erdpotential befindet. Bewegliche Geräte der Schutzklasse I haben einen Schutzkontaktstecker („Schukostecker“). Die Schutzleiterverbindung ist so ausgeführt, dass sie beim Einstecken des Steckers als erste hergestellt wird und bei einem Schadensfall als letzte getrennt wird.

Schutzklasse II

Betriebsmittel mit Schutzklasse II haben eine verstärkte oder doppelte Isolierung zwischen Netzstromkreis und Ausgangsspannung beziehungsweise Metallgehäuse und haben keinen Anschluss an den Schutzleiter. Diese Schutzmaßnahme wird auch als Schutzisolierung bezeichnet. Selbst wenn sie elektrisch leitende Oberflächen haben, so sind sie durch eine verstärkte Isolierung vor Kontakt mit Spannung führenden Teilen geschützt. Bewegliche Geräte der Schutzklasse II haben keinen Schukostecker; zum Anschluss werden Stecker verwendet, die keinen Schutzkontakt besitzen. Bei kleinen Strömen (bis zu 2,5A) werden Eurostecker verwendet.

Quelle: Wikipedia.org (gekürzt)

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Copyright Michael Wöste