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Beispiel einer Erdungsschleife

Erdschleife mit magnetischen Feldlinien; Je größer die Oberfläche ${Anzeigestil A}$, je mehr Feldlinien ${Anzeigestil H}$, desto größer ist die induzierte Spannung ${Displaystil U}$, und desto mehr Summen.

EIN Masseschleife ist ein Problem in Elektroinstallationen, bei denen a Magnetfeld oder elektrischer Strom ungewollt ein elektrische Spannung induziert in einem geschlossenen Stromkreis.

Eine Erdschleife ist eine mögliche (und häufige) Ursache für Brummprobleme Biene Audio-, Streifen im Bild bei Video oder Störungen in Datentransfer. Nicht alle Brummprobleme lassen sich auf eine Erdschleife zurückführen.

Beispiel

EIN Hifi- Installation besteht aus mehreren Komponenten; ein CD-Player, ein Tuner und vielleicht andere Geräte. Irgendwann gibt es mp3kann auch spielen Computer hinzugefügt, aber jetzt kommt plötzlich ein nerviges Brummen, das nicht da war, als die Geräte noch getrennt voneinander verwendet wurden. Anscheinend gibt es eine Masseschleife.

Beschreibung des Kreises; beginnend mit dem Boden vom Stecker in die Steckdose des Computers über das Netzkabel des Computers bis zum Computergehäuse und der darin enthaltenen Soundkarte. Von der Soundkarte über ein abgeschirmtes Audiokabel zum Verstärker. Da geht ein zweites Audiokabel zum Radio. Der Verstärker und das Radio sind wahrscheinlich doppelt isoliert, dh nicht mit Masse verbunden, aber vom Radio scheint die Erdschleifenstrecke bis zum Antennenkabel, dem CAI-Anschluss und schließlich bis zum Bezirksverteilerpunkt weiterzugehen. Über die Erdverbindung zurück zur Erde des Computers, wodurch sich der Kreis schließt. Dass es in diesem Beispiel a Masseverbindung spielt keine Rolle, aber dass ein Kreis aus einigen Dutzend Metern gebildet wird und die Signalleitungen ein Teil davon sind.

Im und ums Haus gibt es relativ starke elektromagnetische Felder. Diese sind ausnahmslos die Schuldigen in der Erdungsschleife.

Die durch die Gerätekette erzeugte Masseschleife kann als großer een angesehen werden Spule mit einer einzigen Umdrehung. Wenn die Feldlinien des störenden Magnetfelds den Kreis kreuzen, magnetische Induktion Strom zu erzeugen. In der Praxis ist dies fließen mehrere zehn bis hundert Milliampere kann akzeptieren. Das wäre an sich kein Problem, wird aber so, wenn man bedenkt, dass der ohmsche Widerstand des Außenmantels des Audiokabels nie gleich Null sein wird. Ein Wert von mehreren zehn Milliohm ist üblich. Dadurch entsteht eine Lücke zwischen dem Anfang und dem Ende des Audiokabels Potenzieller unterschied (Spannung) über den Außenmantel. Diese Spannung kann man sich in Reihe mit dem gewünschten Signal vorstellen, so dass das am Verstärker ankommende Audiosignal eine Summe aus dem Signal des Radios oder Computers plus dem magnetischen Störfeld ist, das in den Kabeln in eine Spannung umgewandelt wurde.

Eine Beispielrechnung mit gängigen Werten:

${displaystyle U_{ ext{ns}}=I_{ ext{ind}}cdot R=0{,}1cdot 0{,}05=5,{ ext{mV}}}$

${displaystyle a=20cdot log {frac {U_{ ext{sig}}}{U_{ ext{ns}}}}=20cdot log {frac {100}{5}}=-26,{ ext{dB}}}$

Darin ist

• ${displaystyle U_{ ext{ns}}}$ die induzierte Spannung in Volt
• ${displaystyle I_{ ext{ind}}}$ das Induktionsstrom (100mA bei f = 50Hz)
• ${Anzeigestil R}$ das Widerstand des Abschirmung (ca. 50 m²)
• ${Anzeigestil a}$ das Verhältnis zwischen erwünschtem und unerwünschtem Signal in dB
• ${displaystyle U_{ ext{sig}}}$ nominaler Audiopegel: (ca. 100 mV)

Obwohl es sich um Millivolt handelt, ist es nicht mehr zu vernachlässigen: −26 dB erzeugen ein starkes Brummen.

beschränken

Wenn die Ursache bekannt ist, ist die Lösung einfach:

1. Stellen Sie sicher, dass es keinen Zyklus gibt.
   1. Dies kann zum Beispiel durch a Transformator in die Schaltung einzubinden. Das muss nicht unbedingt im Audiopfad sein. In diesem Beispiel ist es viel attraktiver, es in das Antennenkabel des Radios zu stecken. Ein Schalenstromwandler (Isolationstransformator) kann in das vorhandene Koaxialkabel eingebaut werden. Dieser Transformator wird Radio-Hochfrequenzfrequenzen nur für einen passieren Isolator Form für die Störsignale von 50 Hz. Im Audiopfad ist die Trennung zwischen wünschenswert und unerwünscht weniger einfach.
2. Wenn das unvermeidbar ist, reduzieren Sie die Fläche des Zyklus. Nicht der Umfang, sondern die Fläche bestimmt die Anzahl der enthaltenen Feldlinien und damit das Brummen.
   1. Dies kann oft durch Bündeln von Kabeln, aber auch durch Herstellen von Anschlüssen an der richtigen Stelle erfolgen. Zum Beispiel ein Draht zwischen einer Zentralheizung und dem Metall von CAIstellen Sie sicher, dass der Kreis eine Acht wird und der größte Teil des induzierten Stroms außerhalb der Signalkabel abgeleitet wird.
3. Stellen Sie sicher, dass der Strom in der Schleife keine Spannung erzeugt, indem Sie die Widerstände innerhalb des Audiopfades so gering wie möglich halten (und außen so hoch wie möglich).
   1. Ein Strom muss keine Spannung verursachen. Das erfordert Widerstand. Wenn der Widerstand in der Abschirmung der Audiokabel niedrig genug bleibt, werden die Störungen proportional geringer sein. Dies ist in der Praxis allerdings nicht ganz einfach, denn eine Halbierung des Widerstands führt zu einer um 6 dB geringeren Störsignalabnahme, ein Unterschied, der gerade noch spürbar ist. Entscheiden Sie sich in jedem Fall für kurze Kabel mit festem Mantel. Bei Bedarf können Sie selbst Hand anlegen, indem Sie verschiedene Audiokomponenten miteinander vergleichen Installationsdraht (VD-Draht) (Vorsicht: keine Fläche erzeugen, also bündeln).

Mantelstromwandler

Dies ist nur ein Beispiel für eine Erdungsschleife. Erdschleifen können sogar innerhalb eines Geräts oder einer einzelnen Platine auftreten. Die magnetischen Störquellen können auch andere als das Stromnetz sein und sind oft im selben Gerät zu finden. Die Ursachen sind jedoch immer die gleichen: magnetische Störfelder und niederohmige Kreise, in denen Ströme induziert werden. Ein zentraler Erdungspunkt, sternförmige Verkabelung (oder Leiterbahnanordnung), getrennte Verlegung von Stromversorgungsleitungen und Signalleitung sind alles Maßnahmen, die eine Lösung bieten können.

Abschirmungen für Magnetfelder funktionieren nur, wenn der Mantel ein geschlossenes Ganzes bildet und ein Strom darin fließen kann (Faradayscher Käfig). Die bekannten Metalltrennwände dienen dazu, elektrisch Feld arbeiten aber - unabhängig von der Art des Metalls - in keiner Weise auf dem magnetisch Feld.

Eine mäßig wirksame Ausnahme von dieser Regel ist das sogenannte Mumetall, ein besonderes Legierung was in diesem Zusammenhang am besten als eine Ansammlung von kurzgeschlossenen Kreisen von Metallpartikeln gesehen werden kann, was zu Wirbelströme im Material und das Magnetfeld wird gedämpft.

Siehe auch

• Faradaysches Induktionsgesetz
• Magnetischer Fluss
• Gesetz von Ampere
• Maxwells Gesetze