Was ist eine galvanische Trennung?
Bei der galvanischen Trennung wird die elektrische Leitung zwischen zwei Stromkreisen unterbrochen oder zwei leitfähige Gegenstände voneinander entkoppelt. Der Namensgeber der galvanischen Trennung ist der italienische Arzt und Biophysiker Luigi Galvani, der 1780 durch einen Zufall den Galvanismus entdeckte. Werden Gegenstände galvanisch getrennt, sind die elektrischen Potentiale ebenfalls voneinander getrennt und die Stromkreise potentialfrei.
Warum ist in der Messtechnik eine galvanische Trennung notwendig?
In der Messtechnik ist eine galvanische Trennung notwendig, um Erdschleifen, Potentialverschiebungen und elektromagnetische Störungen zu vermeiden, die Messergebnisse verfälschen können. Sie sorgt für eine saubere, störungsfreie Signalübertragung, schützt Anwender und Messsysteme bei Prüfungen an spannungsführenden Bauteilen und stellt sicher, dass auch in EMV-belasteten Umgebungen oder bei langen Leitungen präzise und zuverlässige Daten erfasst werden.
Vermeidung von Erdstromschleifen mit galvanischer Trennung
Bei Messstrecken mit Massebezug können auftretende Erdpotentialdifferenzen Verfälschungen verursachen, da das Signal nicht nur über die Analogstrecke, sondern teilweise auch über die Erde übertragen wird. Diese sogenannten Erdstromschleifen können zu einer fehlerhaften Auswertung des Signals führen. Eine galvanische Trennung im Eingang des Messwerterfassungsgeräts verhindert die Entstehung solcher Erdstromschleifen und stellt so eine unverfälschte Signalübertragung sicher.
Vermeidung von Potentialverschiebungen mit galvanischer Trennung
Durch die Verkettung mehrerer Messkreise können Bezugspotentiale unerwünscht angehoben werden. Der Einsatz galvanisch getrennter Messeingänge löst dieses Problem, da diese den Einfluss der unterschiedlichen Bezugsspannungen beseitigen.
Vermeidung von elektromagnetischen Störungen mit galvanischer Trennung
Insbesondere bei Anwendungen mit langen Leitungsstrecken oder in EMV-belasteten Umgebungen muss mit induktiven oder kapazitiven Störungen im Messkreis gerechnet werden. In solchen Fällen sorgt die galvanische Trennung in Kombination mit einer geeigneten Signalfilterung für eine sichere und ungestörte Übertragung des Nutzsignals.
Galvanische Trennung: Hochgenaue Messeingänge
Im Bereich der Produktprüfung von elektrischen Geräten sind Erwärmungsmessungen an spannungsführenden Komponenten an der Tagesordnung. Es ist möglich, dass Thermoelemente oder Pt100-Sensoren mit der Netzspannung in Berührung kommen. Bei dieser Messanwendung ist es zwingend notwendig, dass die Eingänge der Messgeräte einzeln gegeneinander und zur Versorgungsspannung galvanisch getrennt sind. Speziell für diese Anwendung bietet Delphin Messgeräte an, die eine Trennspannung von bis zu 650 VAC zwischen den einzelnen Kanälen und 1.000 VAC zur Versorgungsspannung garantieren. Die Eingänge sind zur Messung von Thermoelementen oder Pt100(0)-Sensoren und Strom- oder Spannungssignalen geeignet.
Galvanische Trennung: Kopplungsglieder in der Messtechnik
Zur Realisierung der für die galvanische Trennung benötigten elektrischen Entkopplung kommen verschiedene Kopplungsglieder in Frage, die mittels unterschiedlicher physikalischer Prinzipen elektrische Signale zwischen den nicht leitend verbundenen Stromkreisen übertragen.
Kondensatoren nutzen ein elektrisches Feld zur Signalübertragung. Transformatoren erzeugen ein Magnetfeld, das durch Induktion das elektrische Signal in den elektrisch entkoppelten Sekundärstromkreis überträgt. In Messwerterfassungsgeräten kommen hingegen in der Regel Optokoppler zur Signalübertragung zum Einsatz. Mit dem Optokoppler wird ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umgewandelt. Dieses trifft auf den Empfänger, der es wiederum in ein elektrisches Signal umwandelt. Die beiden Stromkreise sind elektrisch entkoppelt und die Übertragung ungewünschter Artefakte wird verhindert.