Elektronik und Hochspannung

OP #7020864
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Hi,

Bei Freileitungsmasten treten Feldstärken von über 1000V/m auf. 
Standardelektronik ist normalerweise bis 10V/m getestet und ich frage 
mich, wie man solche sensitive Elektronik am besten in der unmittelbaren 
Umgebung (Ohne Überschlag natürlich) eines Freileitungsmasten schützen 
kann.

Nehmen wir an, man bringt eine Akkubetriebene, offene Elektronik in die 
Nähe einer 20kV Leitung, die starken elektrischen Felder werden die 
Elektronik ziemlich sicher beeinflussen. Nun kann man das ganze in einen 
Faradayschen Käfig verpacken, dann sollte ja eigentlich das E-Feld im 
Innern stark reduziert werden.

Nun stellen sich mir aber folgende Fragen:
- Wenn ich das GND Potential auf den Faradayschen Käfig lege, dann 
könnten sich Massenschleifen bilden und Störungen verursachen. Daher 
denke ich, den Faradayschen Käfig gar nicht mit der Elektronik im Innern 
zu verbinden macht am meisten Sinn.
- Was wäre mit einer Erdung des Faradayschen Käfigs (ohne GND Verbindung 
zum Innern)? So kann man sicher ein statischen Aufladen verhindern und 
es können Ausgleichsströme fließen, ohne die Elektronik im Innern zu 
beeinflussen.
#7020874
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Du solltest den ganzen Aufbau skizzieren. Einerseits sprichst du von 
"akkubetrieben", andrerseits sorgst du dich um Masseschleifen.

Gibt es irgendwelche Kabel mit denen dein akkubetriebenes Gerät 
verbunden werden soll?

Wenn das Gerät "floating" ist, wird eine halbwegs vernünftige 
Groundplane bereits das E-Feld derart verbiegen, so dass keine grossen 
Potenzialunterschiede über der Elektronik abfallen können. Es handelt 
sich schliesslich lediglich um quasistatische E-Felder bei 50 Hz.
Selbst geschützte Vogelarten haben kein Problem damit :)

Mehr Aufwand muss man natürlich betreiben, falls mit deinem Gerät 
ultrasenbsible hochohmige analoge Sensoren betrieben werden sollen.
OP #7020887
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GHz N. schrieb:
> Du solltest den ganzen Aufbau skizzieren. Einerseits sprichst du von
> "akkubetrieben", andrerseits sorgst du dich um Masseschleifen.

Dies, wenn man den GND der PCBs auf die Hülle hängt. Das ganze ist ein 
Gerät mit mehreren Sensoren (nicht hochempfindliche Analogsensoren), 
einem Display und Akku in einer Metallbox.

GHz N. schrieb:
> Gibt es irgendwelche Kabel mit denen dein akkubetriebenes Gerät
> verbunden werden soll?

Nein, von Außen her nicht (außer das der Betreiber geerdet ist).

GHz N. schrieb:
> Wenn das Gerät "floating" ist, wird eine halbwegs vernünftige
> Groundplane bereits das E-Feld derart verbiegen, so dass keine grossen
> Potenzialunterschiede über der Elektronik abfallen können. Es handelt
> sich schliesslich lediglich um quasistatische E-Felder bei 50 Hz.
> Selbst geschützte Vogelarten haben kein Problem damit :)

Habe ich mir auch gedacht, sonst würde ja jeder Akkuschrauber Probleme 
bereiten.

Patrick C. schrieb:
> Vielleicht gibt es hier noch fundierte Informationen ueber
> Freileitungsmasten:

Danke dir.
Gast #7020957
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Jeder Draht der herausgeht ist auch eine "Antenne". Je nach örtlichen 
Aufbau kann man da "viel Spaß" haben. Die normalen 50Hz-Sinuswellen sind 
noch recht harmlos. Allerdings musste ich schon einige PCs umziehen weil 
steile Störimpulse der Eisenbahn uns Straßenbahn Ärger machten. Ein 
5-Minutentest sagt noch wenig über eine dauerhafte Zuverlässigkeit.
#7021039
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Bert S. schrieb:
> Bei Freileitungsmasten treten Feldstärken von über 1000V/m auf.

Mag sein, aber soooo viel ist das nicht, schon gar nicht bei 50Hz.

> Standardelektronik ist normalerweise bis 10V/m getestet

Bei DEUTLICH höheren Frequenzen, da reden wir von 2-3 stelligen MHz!

> und ich frage
> mich, wie man solche sensitive Elektronik am besten in der unmittelbaren
> Umgebung (Ohne Überschlag natürlich) eines Freileitungsmasten schützen
> kann.

Gar nicht, denn das ist nicht nötig.

> Nehmen wir an, man bringt eine Akkubetriebene, offene Elektronik in die
> Nähe einer 20kV Leitung, die starken elektrischen Felder werden die
> Elektronik ziemlich sicher beeinflussen.

Nö, nur wenn es totaler Murks oder hyperempfindlich ist.

> Nun kann man das ganze in einen
> Faradayschen Käfig verpacken,

Aka Blechdose.

> dann sollte ja eigentlich das E-Feld im
> Innern stark reduziert werden.

Sicher.

> Nun stellen sich mir aber folgende Fragen:
> - Wenn ich das GND Potential auf den Faradayschen Käfig lege, dann
> könnten sich Massenschleifen bilden und Störungen verursachen.

Quark. Du erzeugst gerade Masseschleifenhysterie.

> Daher
> denke ich, den Faradayschen Käfig gar nicht mit der Elektronik im Innern
> zu verbinden macht am meisten Sinn.

Nö. Eine Schirmung gegen kapazitive Einkopplung, sprich E-Felder, MUSS 
immer niederimpedant an Masse der zu schützenden Schaltung angeschlossen 
werden. Wenn nicht, VERSTÄRKT so ein "Schirm" die kapazitive Kopplung!

> - Was wäre mit einer Erdung des Faradayschen Käfigs (ohne GND Verbindung
> zum Innern)? So kann man sicher ein statischen Aufladen verhindern und
> es können Ausgleichsströme fließen, ohne die Elektronik im Innern zu
> beeinflussen.

www.ungesundeshalbwissen.de
Gast #7021475
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Bert S. schrieb:
> Hi,
>
> Bei Freileitungsmasten treten Feldstärken von über 1000V/m auf.

Aber nicht auf der Erde unter der Freileitung.


Bert S. schrieb:
> Nehmen wir an, man bringt eine Akkubetriebene, offene Elektronik in die
> Nähe einer 20kV Leitung, die starken elektrischen Felder werden die
> Elektronik ziemlich sicher beeinflussen.

Quark. Du wirst deine Arduinospielerei wahrscheinlich problemlos mitten 
unter der FL auf der Erde betreiben können. Man kann sich zwar blöd 
genug anstellen daß eine Schaltung dann nicht mehr funktioniert, aber 
dann wird die auch in anderen, alltäglicheren Umgebungen größere 
Probleme zeigen.

Spaßfakt: Du hast in modernen Mikroprozessoren E-Feldstärken die denen 
von Hochspannungsleitungen in nichts nachstehen bzw. diese auch deutlich 
übertreffen.
#7021525
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Knallt ihn ab, den Troll schrieb:
> Bert S. schrieb:
>> Hi,
>>
>> Bei Freileitungsmasten treten Feldstärken von über 1000V/m auf.
>
> Aber nicht auf der Erde unter der Freileitung.

Naja, vorsicht! Ne 400kV Freileitung hängt geschätzt in 15m Höhe.
400kV sind die Effektivspannung Phase-Phase,
/ wurzel(3) = 230kV (RMS) gegen Erde
* wurzel(2) = 325kV Spitze!

325kV/15m ~ 22kV/m!! Hoppla!
Gast #7021553
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Falk B. schrieb:
> Knallt ihn ab, den Troll schrieb:
>> Bert S. schrieb:
>>> Hi,
>>>
>>> Bei Freileitungsmasten treten Feldstärken von über 1000V/m auf.
>>
>> Aber nicht auf der Erde unter der Freileitung.
>
> Naja, vorsicht! Ne 400kV Freileitung hängt geschätzt in 15m Höhe.
> 400kV sind die Effektivspannung Phase-Phase,
> / wurzel(3) = 230kV (RMS) gegen Erde
> * wurzel(2) = 325kV Spitze!
>
> 325kV/15m ~ 22kV/m!! Hoppla!

Die radiale E-Feldausbreitung beachten. Je weiter du vom Leiterbündel 
weg bist, desto geringer wird die Feldstärke. Deshalb schrieb ich ja 
immer "auf der Erde".
Und wenn du noch nahe beim Mast stehst, reduziert dieser das Ganze 
nochmal.

Und wie gesagt, die E-Feldstärken in üblichen Mikroprozessoren liegen 
ähnlich hoch.
Gast #7021566
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Falk B. schrieb:

> 325kV/15m ~ 22kV/m!! Hoppla!

Und, oh Wunder, da kann man problemlos mit dem Auto drunter durch fahren 
selbst wenn dieses eine Antenne auf dem Dach hat.
Oder auf dem Elektrofahrrad, mit Telefon am Lenker und den dazu 
gehörenden Stöpseln im Ohr. Wird auch regelmäßig überlebt, von Telefonen 
und Radlern...
Persönliche Seite #7021607
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Hallo Bert S.

Bert S. schrieb:

> Bei Freileitungsmasten treten Feldstärken von über 1000V/m auf.
> Standardelektronik ist normalerweise bis 10V/m getestet

"Standardelektronik" (Was ist das eigentlich? Konsumerkram IPC-A-600 
Klasse I?)
könnte z.B. mit 12V betrieben werden. Wenn Du nun auf der Leiterplatte 
dafür einen (relativ entspannten) Isolationsabstand von 1mm hast, würde 
das einer Feldstärke von 12V/0,001m entsprechen, was sich auf 12000V/m 
umrechnen lässt.

Das ist erheblich mehr als die oben angegebenen 1000V/m. ;O)
Deine 1000V/m sind vom Boden aus sehr weit entfernt, und auch 
geometrisch ist das ganze entzerrt, weil die 1000V/m oben am Seil 
gelten, wo sich die Feldstärke konzentriert, wohingegen die Feldstärke 
am Boden "weit ausgedünnt" ist.

Das kommt schon gut hin, sowohl physikalisch/praktisch als auch 
rechnerisch.Die Berechnung solcher Felder ist aber teilweise etwas 
komplizierter, wegen solcher geometrischer Effekte, und auch wegen 
Nichtlinearitäten. Darum, und wegen Feuchtigkeit und Verschmutzung gibt 
es große Sicherheitszuschläge.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de
Persönliche Seite #7021619
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Hallo Trollunfreundlicher.

Knallt ihn ab, den Troll schrieb:

> Die radiale E-Feldausbreitung beachten. Je weiter du vom Leiterbündel
> weg bist, desto geringer wird die Feldstärke. Deshalb schrieb ich ja
> immer "auf der Erde".

Geometrieeffekte, Kanten- und Spitzeneffekte machen das ganze relativ 
unübersichtlich. Nicht umsonst werden z.B. Bündelleiter (nicht nur wegen 
des Querschnitts) und Koronaringe zur Feldsteuerung eingesetzt.

Alles etwas zu unübersichtlich, um es "per Bauchgefühl abzuschätzen". 
Das ist bei Hochspannung meistens sowieso eine schlechte Idee.

> Und wie gesagt, die E-Feldstärken in üblichen Mikroprozessoren liegen
> ähnlich hoch.

Pro: Ja, aber die Durchschlagfeldstärken von Quarz und anderen 
Metalloxiden sind ja auch viel höher als die von Luft. ;O)
Contra: Die Mischspannung aus Gleichspannung mit 
Wechselspannungsanteilen hoher Frequenz kann ganz komische Effekte 
hervorrufen. Speziell auch in gasförmigen Isolatoren mit einer 
Teilionisation....


Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.l02.de
Gast #7021633
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Falk B. schrieb:
> Naja, vorsicht! Ne 400kV Freileitung hängt geschätzt in 15m Höhe.
> 400kV sind die Effektivspannung Phase-Phase,
> / wurzel(3) = 230kV (RMS) gegen Erde
> * wurzel(2) = 325kV Spitze!
>
> 325kV/15m ~ 22kV/m!! Hoppla!

Vor allen Dingen hängen auf dem Freileitungsmast alle 3 Phasen, d.h. am 
Boden befindest du dich schon ziemlich im Fernfeld eines Dipols. Und 
dessen Feldstärke nimmt alles andere als linear mit der Entfernung ab. 
Deine Rechnung mit dem homogenen Feld kannst du also i.A. vergessen.
Gast #7021639
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Bernd W. schrieb:
> Geometrieeffekte, Kanten- und Spitzeneffekte machen das ganze relativ
> unübersichtlich. Nicht umsonst werden z.B. Bündelleiter (nicht nur wegen
> des Querschnitts) und Koronaringe zur Feldsteuerung eingesetzt.

Ja, das stimmt schon. Bündelleiter werden aus genau diesem Grund 
eingesetzt: den Leiterquerschnitt aus "Feldsicht" aufblasen, um die 
E-Feldstärke am Rand zu reduzieren. Sonst gäbe es lustiges Feuerwerk um 
den Leiter herum.


Bernd W. schrieb:
> Alles etwas zu unübersichtlich, um es "per Bauchgefühl abzuschätzen".
> Das ist bei Hochspannung meistens sowieso eine schlechte Idee.

Hm...denke ich nicht. Die Abschätzung Zylinderfeld/Radialfeld sollte, 
wenn keine Masten in der Nähe sind, zur Abschätzung ausreichen. Klar ist 
das nur Grobwerk, aber reichen sollte es.
#7023848
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In einer Abhandlung zur Luftelektrizität (Gewitter...) wurde 
geschrieben, daß normalerweise ca 180V/m gegeben sind. Die gesamte 
Atmosphäre hätte eine ständige Kapazität von ca 1 Farad. Bei Gewitter 
steigt die Feldstärke dann wohl mal  300-240 V/m und mehr, besonders bei 
Schneefall kann sich auch die Polarität auch ändern. Gehört nicht 
wirklich hier her, aber vielleicht interessiert es jemanden. 
tschulligung
Gast #7024040
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Christian M. schrieb:
> Wie hoch ist die HF-Reichweite von Gleichspannung oder 50Hz, was in
> meinen Augen auch wechselnde Gleichspannung ist?! HF fängt irgendwo ab
> 50-100kHz an.

Wenn ich mich mit den Stellen nicht verzählt habe, dann entspricht 50 Hz 
einer Wellenlänge von 6000 km. Da musst Du schon einige Tankfüllungen 
leerfahren, bis Du in den Bereich des Fernfeldes kommst.

Im Nahbereich musst Du kapazitive und induktive Kopplung separat 
betrachten. Der Draht über dem Boden stellt einen Plattenkondensator mit 
wenigen pF dar, das E-Feld kann man wohl ignorieren. Ein Leiter über 
weite Strecke parallel zum Draht könnte aber durchaus was induziert 
bekommen. Zumindest gibt es Weidezaun-Besitzer, die derartiges 
berichten.
#7024993
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Falk B. schrieb:
> Stimmt, die Rechnung ist arg vereinfacht. Aber selbst wenn man das Feld
> als stark inhomogen betrachtet und da einen Faktor 10 reinrechnet, sind
> es immer noch 2kV/m.

Dieter schrieb:
> Kondensator Leitung gegen Platte ist das.

Es laufen ja Hin- und Rückleiter über der "GND-Platte". D.h. das Feld 
nimmt mit Abstand von den Leitungen nach unten hin noch (deutlich) 
schneller ab.
#7025192
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> Und wie gesagt, die E-Feldstärken in üblichen Mikroprozessoren liegen ähnlich 
hoch. (22kV/m)

Nein natuerlich nicht. da fehlt ein rechtes Stueck. Nehmen wir 
Strukturbreiten von aelteren 100nm, die neusten Chips haben 10nm oder 
weniger.
Ueber diesen 100nm liegen nun 5V an, das waeren dann 50MV/m

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