Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 1000V an Masse => Überlegung


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von TM F. (p_richner)


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Hallo Zusammen

Ich überlege an einem Punkt in der Elektronik rum, wobei ich keine 
richtige Antwort finde:

Wenn man in einer 5V Schaltung an GND 1000 V gegenüber Erde anlegt und 
an VCC 1005 V, funktioniert dann die Schaltung trotzdem?

Der Potentialunterschied beträgt ja nur 5V zwischen VCC und GND.

Andererseits könnten die hohen Spannungen zu irgendeinem defekt an einem 
Halbleiter führen ?

Den Einschaltmoment würde ich mal weglassen. Da müsste man wohl langsam 
die Spannung hochfahren, so dass der Potentialunterschied wegen der 
Verzögerung zwischen GND und VCC keinen kritischen Unterschied erreicht.

Ein konkretes Anwendungsbeispiel habe ich nicht, es geht mir mehr um die 
Überlegung.

Was denkt ihr?

MfG

: Verschoben durch Moderator
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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TM F. schrieb:
> Andererseits könnten die hohen Spannungen zu irgendeinem defekt an einem
> Halbleiter führen ?
Das Innenleben der Schaltung sieht ja keine höhere Spannung als 5V, 
solange keiner an Vcc oder Masse irgendwas anklemmt...

> Was denkt ihr?
Unkritisch.
Es passiert laufend, dass irgendwo auf der Welt/Erde ein ganz anderes 
Potential als an meiner Schaltung ist, und die läuft trotzdem. Ich darf 
nur eben keine Verbindung dorthin haben.

: Bearbeitet durch Moderator
von Jörg B. (jbernau)


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TM F. schrieb:
> Wenn man in einer 5V Schaltung an GND 1000 V gegenüber Erde anlegt und
> an VCC 1005 V, funktioniert dann die Schaltung trotzdem?

Ich sehe hier Isolationsprobleme, aber rein theroretisch sollte das 
funktionieren, so lange die Isolation gegenüber der Gesamtschaltung und 
den anderen an 1000V angebundenen Potentialen groß genug ist.

VG

Jörg

von Andrew T. (marsufant)


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TM F. schrieb:
> Was denkt ihr?

Es ist Freitag, endlich ist wieder eine Freitagsfrage gestellt.

von Michael B. (laberkopp)


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TM F. schrieb:
> Wenn man in einer 5V Schaltung an GND 1000 V gegenüber Erde anlegt und
> an VCC 1005 V, funktioniert dann die Schaltung trotzdem?

Ja.

Es gibt keine absolute Spannung.

Spannung wird immer zwischen 2 Punkten gemesssen.


Wenn aber eine Schaltung, die auf dem Tiosch rumliegt und (wegen 
schlecht leitfähigem Holztisch auf nassem Fussboden) 0V gegenüber der 
Erde hat, plötzlich (durch einen Entladungsfunken oder so) 1000V 
aufgebraten bekommt (GND springt also von 0V gegenüber Erde auf 1000V 
gegenüber Erde in Nanosekunden), dann kann das durchaus ein 
Funktionssproblem oder gar Zerstörung ergeben, weil sich ja erst die 
anderen Leitungen der Schaltungen auch um 1000V aufladen müssen, die 5V 
VCC Leitung also auf 1005V, so daß kurze Zeit Masse=1000V und VCC=5V 
gilt und somit Spannung über dem IC -995V.

Das hat was mit der Trägheit zu tun, die sich durch die Kapazität 
ergibt, die Schaltungsteile gegenüber dem Rest der Welt haben, und der 
Induktivität der verbindenden Leitungen (Leiterbahnen).

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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TM F. schrieb:

> Wenn man in einer 5V Schaltung an GND 1000 V gegenüber Erde anlegt und
> an VCC 1005 V, funktioniert dann die Schaltung trotzdem?

Ja.

> Der Potentialunterschied beträgt ja nur 5V zwischen VCC und GND.

Eben.

> Andererseits könnten die hohen Spannungen zu irgendeinem defekt an einem
> Halbleiter führen ?

Solange deine Schaltung WIRKLICH nur die Differenz von GND und VCC mit 
5V sieht, passiert nix. Aber wenn eine andere Verbindung, wie auch 
immer, mal mit dem "echten" GND in Kontakt kommt, stirbt deine Schaltung 
an Überspannung.

> Den Einschaltmoment würde ich mal weglassen. Da müsste man wohl langsam
> die Spannung hochfahren, so dass der Potentialunterschied wegen der
> Verzögerung zwischen GND und VCC keinen kritischen Unterschied erreicht.

Nö. Nimm einen Batteriehalter mit 3x1,5V, macht 4,5V. An Masse kannst du 
ein Hochspannungsnetzteil beliebiger Art anschließen und nahezu beliebig 
schnell die Spannung verändern, das interessiert die Schaltung nicht, 
solange sie gegen den Rest der Welt ausreichend isoliert ist.

Das ist wie die Monteure auf den Hoch- und Höchstspannungsleitungen, die 
per Hubschrauber auf die Leitungen abgesetzt werden, wenn sie unter 
Spannung steht. Da passiert nix.

Fast. Bei 100kV und mehr braucht man  einen Schutzanzug aus leitfähigem 
Material. Nicht als Isolation (er ist ja leitfähig), sondern als mobiler 
faradyischer Käfig, damit nicht die Körperoberfläche als 
Spitzenelektrode wirkt und dort Coronaentladungen stattfinden. Das ist 
unangenehm und ungesund.

von Peter D. (peda)


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TM F. schrieb:
> Den Einschaltmoment würde ich mal weglassen.

Deshalb macht man es auch nicht so. Man schaltet die 1000V mit den 5V in 
Reihe.
Ich hab mehrere Geräte, wo der MC auf bis zu 5kV gegenüber Erde liegt.
In einem Gerät sind es auch 15kV. Allerdings sitzt dort die komplette 
Baugruppe in einem Käfig auf 15kV Potential.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Wenn man ein normales Mobiltelefon o.ä. in der Hosentasche 
herumschleppt, folgt dessen elektrisches Potential auch dem des Körpers. 
Und jeder hat schon einmal einen elektrischen Schlag auf Grund 
elektrostatischer Entladung erlebt, ohne dass die mitgeführten Telefon 
etwas passiert ist. Wenn man nicht gerade ESD-ableitende Schuhe auf 
ESD-ableitendem Fußboden oder eine Erdungsarmband (inklusive 
Erdanschluss!) trägt, ist man sehr schnell um mehrere Kilovolt gegenüber 
der Erde aufgeladen.

Kritisch wird es ggf. dann, wenn man statt eines für die Ableitung 
geeigneten Teils eines Geräts, z.B. dessen Metallgehäuse, einen nicht 
gegen Entladungen geschützten Teil berührt. Dann kann es durchaus zu 
Schäden kommen. Ich entsinne mich an einen Steuerrechner, dessen 
Tastaturelektronik diskret mit 74Cxx aufgebaut war und keine 
Schutzdioden o.ä. enthielt. Etwa ein, zwei Male pro Jahr war eines der 
ICs defekt, und auch die einfache Laborantin wusste, wie man die 
Tastatur zerlegt und die immerhin gesockelten ICs tauschen konnte.

Man sollte also nicht unterschätzen, dass auch über Tastenkappen aus 
Kunststoff noch Entladungen stattfinden können, die ungeschützte 
Elektronik beschädigen. Oder die Entladungen werden sogar durch das 
Reiben verschiedener Kunstoffanteile der Taste selbst erzeugt.

: Bearbeitet durch User
von Autsch (Gast)


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Andrew T. schrieb:
> Es ist Freitag, endlich ist wieder eine Freitagsfrage gestellt.

Aha?

Ich habe schon einige Schaltungen mit exakt solchen Rahmenbedingungen 
entwickeln müssen. Bei Wechselrichter ist beispielsweise oft ein 
Microcontroller oder etwas Logik auf der "heißen Seite". Zwangsläufig.

Oder nimm eine PFC hinter einem Brückengleichrichter. Kannst ja da gern 
mal die Masse Erden, weil Freitagsthema und so.

von TM F. (p_richner)


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OK dann war ich mit meinen Überlegungen doch richtig.

Vielen Dank für eure Antworten und ein schönes Wochenende mit viel 
Schnee:)

MfG

von Dieter (Gast)


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Und damit du sattelfest wirst, versuch Dir das ganze mit dem Smartphone 
sitzend im Faradayschen Käfig zu erklären. Während der Entladung auf den 
Käfig befindet sich dieser auf ca. 100kV.

von Kaminari (Gast)


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Dieter schrieb:
> versuch Dir das ganze mit dem Smartphone
> sitzend im Faradayschen Käfig zu erklären. Während der Entladung
> auf den Käfig befindet sich dieser auf ca. 100kV.

Bist Du da sicher? Meine Vorstellung sagt mir eher, daß ein geerdeter 
Faraday-Käfig sich kaum (und höchstens stellenweise*) vom Erdpotential
wegbewegen wird.

*Lediglich ein strombedingter Spannungsfall zwischen dem Eindring- und
dem Erdungspunkt will mir in den Kopf - doch den Großteil der Spannung
sehe ich intuitiv über dem Lichtbogen abfallen.

Du siehst das anders? Wie genau?

von Dieter (Gast)


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Es gibt beides. Das Experiment mit dem Käfig am Boden und das Experiment 
mit dem Käfig frei hängend in der Luft, so dass man zeigen kann, wie der 
Käfig  geladen ist. Ich bezog mich dabei auf letzteres.

von Falk B. (falk)


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Kaminari schrieb:
> Dieter schrieb:
>> versuch Dir das ganze mit dem Smartphone
>> sitzend im Faradayschen Käfig zu erklären. Während der Entladung
>> auf den Käfig befindet sich dieser auf ca. 100kV.
>
> Bist Du da sicher? Meine Vorstellung sagt mir eher, daß ein geerdeter
> Faraday-Käfig sich kaum (und höchstens stellenweise*) vom Erdpotential
> wegbewegen wird.

Jain.

> *Lediglich ein strombedingter Spannungsfall zwischen dem Eindring- und
> dem Erdungspunkt will mir in den Kopf - doch den Großteil der Spannung
> sehe ich intuitiv über dem Lichtbogen abfallen.

Nein. Es gibt auch einen induktiven Spannungsabfall, und gerade bei 
Stroßentladungen ist der erheblich. Da braucht man nicht in erster Linie 
dicke, niederohmig Kabel zur Erdung, denn die haben auch ~1uH/m, sondern 
flache, möglichst breite Erdbänder und Flächen. Die sind dann wirklich 
sehr niederimpedant bzw. niederinduktiv bis weit unter 10nH.

von Harald W. (wilhelms)


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Lothar M. schrieb:

> Es passiert laufend, dass irgendwo auf der Welt/Erde ein ganz anderes
> Potential als an meiner Schaltung ist, und die läuft trotzdem. Ich darf
> nur eben keine Verbindung dorthin haben.

Genau. M.W. werden manchmal Reparaturen an Hochspannungsanlagen unter
Spannung per Hubschrauber gemacht. Dort wird aber wohl als erstes eine
"Masseverbindung" zwischen Hubschrauber und Leitung hergestellt und
dabei funkt es manchmal mächtig. Steht aber erst die Verbindung, ist
ein Arbeiten ungefährlich. Bei etwas kleineren Spannungen werden wohl
auch Reparaturen an Strassenbahnoberleitungen von isolierten Platt-
formen auf Fahrzeugen gemacht.

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