Maßnahmen gegen galvanische oder Gleichtaktkopplung

Definition

Zwei oder mehr Geräte werden durch die Spannungsversorgung und Kommunikationskabel miteinander verbunden (siehe Abb. R32). Wenn externe Ströme (Blitzschlag, Fehlerströme, Störungen) über diese Gleichtaktstrompfade fließen, tritt zwischen den Punkten A und B, deren Potential als ausgeglichen angenommen wird, eine unerwünschte Spannung auf. Diese Streuspannung kann Schwachstromkreise oder schnelle elektronische Schaltungen stören.

Alle Kabel einschließlich der Schutzleiter haben eine Impedanz, insbesondere bei hohen Frequenzen.

Abb. R32: Definition der Gleichtaktkopplung

Die berührbaren leitfähigen Teile (ECPs) der Geräte 1 und 2 sind über Verbindungen mit den Impedanzen Z₁ und Z₂ an eine gemeinsame Erdungsklemme angeschlossen.

Die Streuüberspannung fließt über Z₁ zur Erde. Das Potential von Gerät 1 erhöht sich auf Z₁ I₁. Der Potentialunterschied zu Gerät 2 (Anfangspotential = 0) führt zu der Entstehung von Strom I₂.

[math]\displaystyle{ Z_1\, I_1=\left ( Z_{sign}\, + Z_2 \right )I_2\Rightarrow \frac{I_2}{I_1}=\frac{Z_1}{\left ( Z_{sign}\, + Z_2 \right )} }[/math]

Der auf der Signalleitung vorhandene Strom I₂ stört Gerät 2.

Beispiele

(siehe Abb. R33)

• Geräte, die über einen gemeinsamen Bezugsleiter verbunden sind (z.B. PEN, PE), der durch schnelle oder starke (di/dt) Stromänderungen beeinträchtigt wird (Fehlerstrom, Blitzschlag, Kurzschluss, Laständerungen, Taktschaltungen, Oberschwingungsströme, Blindleistungskompensationsanlagen usw.).
• Ein gemeinsamer Rückweg für mehrere Quellen elektrischer Energie.

Abb. R33: Beispiel für Gleichtaktkopplung

Gegenmaßnahmen

(siehe Abb. R34)

Impedanzen in Gleichtaktstrompfaden sollten, wenn sie nicht vermieden werden können, möglichst klein gehalten werden. Die vorrangigen Gegenmaßnahmen zur Verringerung der Auswirkungen der Gleichtaktkopplung sind:

• Verringerung der Gleichtaktimpedanzen:
  • Vermaschen der gemeinsamen Bezugsleiter,
  • Verwendung von kurzen Leitern oder flachen Litzen, die bei gleichem Querschnitt eine niedrigere Impedanz haben als runde Kabel,
  • Installation funktionsfähiger Potentialausgleichsverbindungen zwischen den Geräten.
• Verringerung der Amplitude der Störströme durch Einbau von Gleichtaktfiltern und Gegentaktdrosseln

Abb. R34: Gegenmaßnahmen für Gleichtaktkopplung

Ist die Impedanz des Parallelerdungsleiters PEC (Z_zus.) im Vergleich zu Z_Sign. sehr niedrig, fließt der größte Teil des Störstroms über den PEC, d.h. nicht über die Signalleitung wie im vorherigen Fall. Der Potentialunterschied zwischen den Geräten 1 und 2 wird sehr gering und die Störung akzeptierbar.