Netzbrumm / Signalmasse erden / Blitzschutz?

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asklucas
Neuling

#1 erstellt: 07. Jan 2010, 11:45

Hallo!

Ich habe Fragen zur Erdung von HiFi-Komponenten.

Vorgeschichte:

Alle Geräte sind in einem selbstgebauten ausziehbaren Metallregal. Darauf habe ich eine Spannung von circa 30 V AC 50 Hz gegen PE gemessen.
Durch Messungen bin ich darauf gekommen, daß die Schutzklasse II-Geräte alle auf der Signalmasse eine Wechselspannung gegen PE haben. Soweit ich Infos gefunden habe, wird mit Kondensatoren Zwischen L und GND und N und GND eine »virtuelle« Signalmasse erzeugt, die das Potential der halben Netzspannung gegen PE hat.

Meßergebnisse:
(jeweils einzelnes Gerät GND gegen PE, nichts Anderes angeschlossen)

o TechniSat Receiver: ~ 108 V
o Sony AV Receiver: ~ 30 V
o Philips CD Player: ~ 36 V
o Sony VCR: (vergessen)
o Gefen HDMI over Cat. 5 Konverter: 0 V (Schutzklasse I: < 1 Ohm zwischen Gehäuse, Kabelschirmen und PE (»Ziegelnetzteil«))

Wenn ich den TechniSat mit Cinch an den Sony anschließe, erhöht sich das Potential des Sony auf die Höhe des TechniSat. Klar.

Habe ich da nicht einen Ausgleichsstrom zwischen den Geräten (Elektrotechnisch kein Problem, solange die Stromhöhe die Norm einhält)?

Akustisch aber ein Problem: Wenn ich den Sony voll aufdrehe, höre ich 50 Hz und 100 Hz Netzbrumm in den Lautsprechern. Wenn ich die Erdschraube des Sony und die Ummantelung des TechniSat an eine provisorische an PE angeschlossene Potentialausgleichschiene ziehe, ist der Netzbrumm weg.

Fragen:

o Ist das Normal? Wenn man die Signalmasse aller Komponenten auf PE legt, ist der Brumm weg, man hat aber eine Masse- und Erdschleife, die brummen kann. Wenn man alles nicht erdet, hat man ständig irgendwelche Ausgleichsströme.

o Wenn ich nicht erde, fließen die Ausgleichsströme über irgendwelche Signalmassen an den Gefen ab und erzeugen Netzbrumm. Selbst ohne Gefen würden die Ströme über den TechniSat über das Sat-Kabel abfließen, wäre das Kabel blitzschutztechnisch ordnungsgemäß geerdet (ist es noch nicht).

o Wenn ich die Signalmassen erde, habe ich dann überhaupt einen Blitzschutz? Soweit ich das sehe, betreffen alle Blitz-Überspannungsableiter nur die Signalleitungen bzw. L und N und leiten gegen PE ab. Bei einem direkten Blitzschlag steht der Blitzableiter und damit auch PE ja kurzzeitig unter sehr hoher Spannung und damit auch alle Signalmassen in allen Geräten!

o Sind Audiogeräte überhaupt darauf ausgelegt, solche Potentiale auf der Signalmasse anliegen zu haben?

o Wie ist das eigentlich bei den Amis? Manche sagen, die haben keine Probleme mit Netzbrumm, weil sie keine Fis und Schutzleiter haben. Woanders habe ich gelesen, daß die Amis alles standardmäßig erden.

Danke!

L.

Ultraschall
Inventar

#2 erstellt: 07. Jan 2010, 21:30

asklucas schrieb:

Hallo!
Alle Geräte sind in einem selbstgebauten ausziehbaren Metallregal. Darauf habe ich eine Spannung von circa 30 V AC 50 Hz gegen PE gemessen.
Durch Messungen bin ich darauf gekommen, daß die Schutzklasse II-Geräte alle auf der Signalmasse eine Wechselspannung gegen PE haben. Soweit ich Infos gefunden habe, wird mit Kondensatoren Zwischen L und GND und N und GND eine »virtuelle« Signalmasse erzeugt, die das Potential der halben Netzspannung gegen PE hat.

JEIN
Es gibt außerdem/bzw. eigentlich meistens Kapazitive Kopplungen zwischen der Primärwicklung des 230V/50Hz-Netztrafos und dem Trafokern- der an Gerätemasse liegt. Die von Dir angesprochenen Y-Kondensatoren findet man meist in Geräten mit Schaltnetzteilen.

asklucas schrieb:

Meßergebnisse:
(jeweils einzelnes Gerät GND gegen PE, nichts Anderes angeschlossen)

o TechniSat Receiver: ~ 108 V
o Sony AV Receiver: ~ 30 V
o Philips CD Player: ~ 36 V
o Sony VCR: (vergessen)
o Gefen HDMI over Cat. 5 Konverter: 0 V (Schutzklasse I: < 1 Ohm zwischen Gehäuse, Kabelschirmen und PE (»Ziegelnetzteil«))

Wenn ich den TechniSat mit Cinch an den Sony anschließe, erhöht sich das Potential des Sony auf die Höhe des TechniSat. Klar.

Nein nicht klar, das hängt vom Innenwiderstand der Störspannungen ab und davon in welcher Phasenlage zueinander sie sind-ein Netzstecker andersrum dürfte ein anderes Ergebniss bringen.

asklucas schrieb:

Habe ich da nicht einen Ausgleichsstrom zwischen den Geräten (Elektrotechnisch kein Problem, solange die Stromhöhe die Norm einhält)?

Ja hast Du und der Ausgleichsstrom induziert in die Signalleitungen innerhalb der Abschirmung Störspannungen.

asklucas schrieb:

Akustisch aber ein Problem: Wenn ich den Sony voll aufdrehe, höre ich 50 Hz und 100 Hz Netzbrumm in den Lautsprechern. Wenn ich die Erdschraube des Sony und die Ummantelung des TechniSat an eine provisorische an PE angeschlossene Potentialausgleichschiene ziehe, ist der Netzbrumm weg.

Das kann von Gerätekombination und Haushalt zu Haushalt anders sein. Ist ein kompliziertes vielschichtiges Thema.

asklucas schrieb:

o Wenn ich nicht erde, fließen die Ausgleichsströme über irgendwelche Signalmassen an den Gefen ab und erzeugen Netzbrumm. Selbst ohne Gefen würden die Ströme über den TechniSat über das Sat-Kabel abfließen, wäre das Kabel blitzschutztechnisch ordnungsgemäß geerdet (ist es noch nicht).

o Wenn ich die Signalmassen erde, habe ich dann überhaupt einen Blitzschutz? Soweit ich das sehe, betreffen alle Blitz-Überspannungsableiter nur die Signalleitungen bzw. L und N und leiten gegen PE ab. Bei einem direkten Blitzschlag steht der Blitzableiter und damit auch PE ja kurzzeitig unter sehr hoher Spannung und damit auch alle Signalmassen in allen Geräten!

ja ist so, aber der rest des gerätes geht ja auch potentialmäßig mehr oder weniger gleichzeitig und gleichmäßig hoch und damit sind die überlebenschancen in bezug auf diese Problem gut-problematisch ist das nicht gleichzeitige ändern des Potentials-also die Differenzen

Grüße-man könnte Romane drüber schreiben, aber wenigstens eine kurze Antwort wollte ich geben.

asklucas
Neuling

#3 erstellt: 11. Jan 2010, 08:56

Hallo Ultraschall,

vielen Dank für die rasche Antwort! Ich konnte leider nicht am Wochenende antworten, da ich mit Messen beschäftigt war.

Das Thema ist wirklich sehr komplex, ich hatte schon Hunderte Seiten gelesen (EMV Guidelines, Forenbeiträge etc.).

In der industriellen EMV ist es fast einfacher, da gibt's Metallschaltschränke, die geerdet sind, symmetrische Signalübertragung etc..

Bei Consumer Electronics ist wohl das Grundproblem, daß alles auf einstecken und paßt schon optimiert ist. Nur paßt's dann halt doch nicht.
Komplett verwirrend sind die Beiträge, die empfehlen, in der SCHUKO-Dose den PE mit Isolierband abzukleben oder den Kabelschirm aufzutrennen (bei unsymmetrischer Audioübertragung!). Also weniger Voodoo, eher Schwachsinn.

Kurzer Statusbericht:
Ich vergaß im letzten Beitrag einen Mac mini zu erwähnen, der als HTPC dient.
Der hat anscheinend keine galvanische Verbindung zwischen PE und Signalmasse, wodurch ein Ausgleichsstrom über Ethernet einen weiteren Netzbrumm erzeugte.
Ich habe jetzt provisorisch die Ethernet-Steckdose mit dem PE verbunden und den Kabelschirm eines Firewire-Kabels mit der provisorischen Potentialausgleichsschiene.

Jetzt bin ich fast ganz Brummfrei! Ein tolles Gefühl, wenn man bei voll aufgedrehtem Verstärker endlich das Elektronenrauschen hört und nicht den Netzbrumm!

Lessons Learned:
Wenn man die Spannungen > 1 V AC endlich los ist und zwischen TP-Schirm und Potentialausgleichsschiene < 1 Ω Widerstand und 0,0 V AC sowie 0,0 Hz Frequenz am Multimeter angezeigt werden, sollte man das Multimeter auf mV umschalten: siehe da, 20 mV Potentialunterschied, das war der verbleibende Brumm.

Jetzt noch ein paar theoretische Fragen, dafür mach' ich ein neues Posting.

asklucas
Neuling

#4 erstellt: 11. Jan 2010, 10:34

Ultraschall schrieb:

Ich nehme an, der Sat-Receiver hat ein Schaltnetzteil mit CY's. Wenn der AV-Receiver ein konventionelles Netzteil hat, wie wird dann verhindert, daß die Signalmasse "floated"?

Ultraschall schrieb:

Nein nicht klar, das hängt vom Innenwiderstand der Störspannungen ab und davon in welcher Phasenlage zueinander sie sind-ein Netzstecker andersrum dürfte ein anderes Ergebniss bringen.

Okay, ist die Konstruktion von nicht geerdeten Schutzklasse II Geräten im Audio-Bereich nicht unangemessen?
Begründung: es ist nicht auszuschließen, daß irgendwo die Signalmasse mit PE zusammenkommt und dann Ausgleichsströme über unsymmetrische NF-Verbindungen fließen.
In meinen Fall:
1. Erdung des Sat-Kabels nach DIN EN 60728-11 (VDE 0855-1)
2. Erdung des Ethernet-TP-Kabels nach DIN EN 50310 (VDE 0800-2-310)
3. Schutzklasse I Geräte, die fast unweigerlich vorkommen (bei mir HDMI Konverter und Beamer)

Ultraschall schrieb:

Ja hast Du und der Ausgleichsstrom induziert in die Signalleitungen innerhalb der Abschirmung Störspannungen.

Nicht zu überhören!

Ultraschall schrieb:

Das kann von Gerätekombination und Haushalt zu Haushalt anders sein. Ist ein kompliziertes vielschichtiges Thema.

Den Netzbrumm bin ich los (siehe vorheriges Posting).
Kann man verallgemeinern, daß in einem Fall wie meinem mit Schutzklasse I Geräten, ein Potentialausgleich "richtig" ist, also eine geerdete Potentialausgleichsschiene hinter den Geräten und sternförmig die Signalmassen auf die Potentialausgleichschiene führen?

Ultraschall schrieb:

Das versteh' ich noch nicht ganz:
Blitz schlägt mit 100 kV in den Blitzableiter ein. Durch die Verbindung mit der Potentialausgleichsschiene im Keller habe ich dann auf sämtlichen PEs z. B. 5 kV. Durch die Nullung habe ich auf N auch 5 kV.
Auf L induziert der Blitzstrom nur eine geringere Spannung.
Jetzt liegen also am geerdeten Metallgehäuse und den Signalmassen des Verstärkers 5 kV an.
Woher die Annahme, daß die Differenz gering genug ist, also auf den Signalleitungen auch circa 5 kV anliegen und z. B. ein Kondensator im Tiefpass nicht gegart wird?

Ultraschall schrieb:

Grüße-man könnte Romane drüber schreiben, aber wenigstens eine kurze Antwort wollte ich geben.

Ich hoffe, Du hast etwas Zeit, zu meinem Roman noch etwas zu schreiben.
Danke!!!