Brummschleife, bzw. Masseschleife. Warum und wie krieg ichs weg?

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Da es ein immer wieder auftauchendes Problem - insbesondere bei LaptopDJs - ist und sehr oft hundsgemein gefährliche Ratschläge gegeben werden möchte ich kurz auf das Thema eingehen und beschreiben, wie man das Problem professionell beseitigen kann, ohne sich oder andere in Gefahr zu bringen.
Insbesondere gehe ich am Ende auf voll isolierten Notebooknetzteile ein.


Frage:


Warum brummts denn überhaupt?



Antwort:

Kurz: Weil ein Strom da fliesst, wo er nicht fliessen soll.

Lang:

Die Regeln des VDE schreiben vor, dass bei Geräten der Schutzklasse I (Gehäuse mit elektrisch leitenden Teilen) zusätzlich zur versorgenden Phase und dem Neutralleiter ein Schutzleiter angeschlossen werden muss.
Dieser Schutzleiter sorgt im Fehlerfall (Phase löst sich z.B. im Gerät und Gehäuse steht unter Spannung) dafür, dass die Spannung nicht am Gehäuse anliegen bleibt, sondern ein Kurzschluss zur Erde verursacht wird. Dadurch fliesst ein Strom, der Mangels Verbraucher und sehr niedrigem Leiterwiderstand schnell ansteigt und nach kurzer Zeit die Sicherung auslöst.

Strom weg -> Gefahr weg!

Ein DJ/Musiker muss aber verschiedene Geräte untereinander verbinden, die ein für Störungen anfälliges Signal übertragen. Hat mehr als eines dieser Geräte einen Schutzleiteranschluss, so hat man über die Audiokabel eine Schleife gebildet. Dies entspricht einem geschlossenen "Stromkreis".
Leider hat der Schutzleiter keinen Leiterwiderstand von 0 Ohm.
Das wiederum bedeutet, man hat an unterschiedlichen Punkten des Schutzleiters unterschiedliche Potentiale.
Blöderweise (naja eigentlich zum Glück...) hat "die Spannung" die Neigung an allen Stellen eines geschlossenen Kreises immer gleich hoch zu sein. Sie ist also um Ausgleich bemüht. Deshalb fliesst eine Ausgleichsstrom vom höheren Potential zum niedrigeren, welcher für das Brummen verantwortlich ist. (An sich ist es eine Harmonie der Netzfrequenz von 50Hz)


Frage:


Wie kann ich das verhindern?


Antwort:

  • Manchmal bringt es schon etwas, wenn man den Stecker einfach mal andersherum in die Steckdose steckt.
  • Eine Möglichkeit ist es alle Geräte in einem Sternpunkt zu erden. D.h. alle Geräte an einer Steckdosenleiste zu betreiben. Die Gefahr, dass es brummt ist dann zwar nicht völlig beseitigt, aber doch schon mal deutlich geringer, als wenn ich ein Gerät an einem Ende und das andere am anderen Ende eines Raumes einstecke.
    Problem hierbei: es ist räumlich nicht immer möglich und die Steckdosenleiste könnte überlastet werden.
  • Grundsätzlich alle Kabel so kurz wie irgend möglich.
  • Bei HiFi-Anlagen mit Receiver: Antennenkabel überprüfen. evtl. abziehen oder Mantelstromfilter dazwischen schalten. Die gibt es für knappe 10€ z.b. beim Conrad
  • Versuchen Geräte zu verwenden, die keinen Schutzleiteranschluss haben.
    Bei Notebooks darauf achten, dass das Netzteil einen 2-poligen Eurostecker hat und keinen Schukostecker.
    Unter Umständen ein Netzteil eines Fremdherstellers besorgen.
  • Line-Isolator oder DI-Box mit Groundlift verwenden.
    Diese trennen die Signale galvanisch und damit auch die Masseschleife. Das Brummen ist weg! DI-Boxen symetrieren das Signal zusätzlich. Auf langen Strecken ist das ohnehin unverzichtbar.
    Wichtig hierbei ist, dass man sich Gedanken macht welche Verbindungen das Problem verursachen und diese dann dementsprechend trennt.
  • Eine relativ unbekannt Möglichkeit zum trennen von USB Verbindungen sind sogenannte USB Isolatoren.
    Leider ist es nicht gerade leicht an so was ran zu kommen. Ich werde hier etwas weiter recherchieren und bei Gelegenheit ein Update bringen. Derzeit kenne ich nur eine Möglichkeit zu vernünftigen Preisen ein solches Gerät aufzutreiben (ca. 70$) Wegen Lieferschwierigkeiten der Umsetzer (ADuM4160) ist bis Mai 2010 leider aber nicht mit einem Testgerät zu rechnen.
    Eventuell werde ich mal schauen, ob ich anhand von vorhandenen Schaltplänen das Ganze nachbauen kann.


    Update:

    Leider haben die aktuell verfügbaren Chips einen grossen Nachteil: Sie unterstützen zwar das USB2 Protokoll, übertragen aber nur bis zu 12mbit fehlerfrei. Für Sounkarten wie die Audio8 usw. also nicht zu gebrauchen. Schade...
    Ich hoffe, dass sich da irgendwann nochmal was tut.

Noch ein kleiner TIPP:

Um zu testen, ob das Notebook die Probleme verursacht, bitte das Netzteil abziehen und nur auf Akkubetrieb laufen lassen. Ist das Brummen weg, löst ein Netzteil mit Eurostecker das Problem am elegantesten und billigsten, und man kann auf eingriffe in der Signalkette verzichten.


Was darf man nicht machen und warum?

Auf keine Fall darf der Schutzkontakt am Stecker abgeklebt werden. Auch darf ein Kabel nicht dahingehend manipuliert werden, dass der Schutzleiter abgeklemmt wird.
Dies ist illegal, gefährlich und für eine Profi unverantwortlich, da er nicht nur sich, sondern auch das Publikum mutwillig gefährdet!

Jetzt kommt ja öfter mal das Thema mit den Notebooknetzteilen auf. Die sind komplett isoliert und haben kein leitendes Gehäuse. Warum gibt es also da welche mit und welche ohne Schutzleiter?

Das habe ich mich auch eine Weile gefragt und hatte bisher keine befriedigende Antwort darauf. Letzte Woche allerdings war ich auf einer EAGLE-Schulung und habe einen Ingenieur kennen gelernt der unter anderem Transformatoren entwickelt.
Er hatte eine plausible Antwort: Manche Firmen verwenden Netzteile, die nicht den deutschen EMV Richtlinien entsprechen (Die Teile müllen ihre Umgebung mit elektromagnetischen Feldern zu, welche andere Geräte stören können).

Deshalb wird das Netzteil geschirmt. Der Schirm benötigt einen Masse, welche der Schutzleiter/Erdanschluss darstellt und hier gemäss EN 50178 aufgelegt wird.
Manchmal ist ist der Schutzleiter über einen Kondensator mit der Ausgangsseite des Netzteils (bzw. des Masse/GND) verbunden, oft direkt. Es besteht in beiden Fällen KEINE galvanische Trennung zwischen Eingangsseite (230V Netz) und Ausgangsseite (Schutzkleinspanung - in diesem Fall nach neuer Norm: PELV).

Die andere Variante ist die, dass Schaltnetzteile verwendet werden, welche je nach Wandlerprinzip (Art der Spannungstransformation) die Eingangsseite (230V) nicht galvanisch von der Ausgangsseite trennen. In diesem Fall ist das ganze als Schutzklasse I zu definieren, was zwingend die Verwendung eines Schutzleiters vorschreibt, da im Fehlerfall sämtliche leitenden Teile unter Netzspannung stehen könnten. Am Netzteil ist dies der äussere Ring des Anschlusssteckers, beim einem Notebook selber sind dies ALLE Steckverbinder am Notebook (USB, VGA, Ethernet, Audio...) und gegebenfalls das Gehäuse, so es aus leitendem Material besteht (DELL hatte da mal böse Probleme). zudem alle geräte, die mit dem notebook verbunden sind.


Gehe ich jetzt also her
und klebe den Schutzleiter ab, kann es zu zwei Problemen kommen:

  • Einer Beschädigung des Kabels welche direkten Kontakt zwischen Phase und Schutzleiter herstellt. Ich habe dann volle 230V am Ausgang des Netzteils, somit auf GND vom Notebook und damit eine Riesenproblem.
  • Intern wird das NT beschädigt und Schutzleiter sowie Phase kurz geschlossen. Ergebnis wie oben. Es besteht Lebensgefahr.

Man sollte beachten, dass bei abgeklemmten Schutzleiter Fehlerströme nicht abfliessen, und solange die Spannung anliegt, bis wer durch nen dummen Zufall Kontakt z.B. mit dem USB - Stecker bekommt. Der hat dann nämlich wie bereits gesagt auch 230V...


Da es dennoch immer wieder hartnäckige Verfechter der "ist doch komplett isoliert, was soll schon passieren" Fraktion gibt, die sogar teilweise vorgeben vom Fach zu sein (ich habe mehr als eine Diskussion geführt), hier ein kleiner Beitrag aus der Realität zum Thema Netzteil und Schutzleiter.
Es handelt sich um eine Rückrufaktion von externen PC-Netzteilen der Firma Sony:

Laut Sony Deutschland ist die europäische Variante des Netzteils mit einem Schutzleiter ausgestattet, so dass bei einem Kurzschluss die Sicherung greift und den Kontakt unterbricht. (Lebens-)Gefahr eines elektrischen Schlags besteht allerdings, wenn das Netzteil an einer Steckdose ohne Schutzkontakt angeschlossen ist. Der beschriebene Defekt soll bisher nur vereinzelt in Japan aufgetreten sein.
Quelle

Ich denke jedem sollte klar sein, dass Strom eine tückische Sache ist, die - obwohl sie alltäglich und völlig selbstverständlich angewendet wird - nicht zu unterschätzen ist.
Schutzleiter und andere Schutzeinrichtungen haben ihren Sinn und dürfen nicht manipuliert werden!

Wer fragen hat, kann mich gerne per PN anschreiben. Ich werde im Rahmen meiner Möglichkeiten antworten und versuchen zu helfen.

Ich habe das Thema etwas vereinfacht (meinem Wissen entsprechend) dargestellt, da es auch Gründe gibt die meiner Meinung nach eher selten das Problem sind, bzw. fehlt mir auch das theoretische Fachwissen hierfür.

Da ich keinen Anspruch auf Richtigkeit der von mir geposteten Informationen erhebe, bitte ich darum mir inhaltliche Fehler schnellstmöglich mit zu teilen, um diese dann umgehend zu verbessern.
 
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