Galvanische Isolatoren: Eine Bastion des Schutzes gegen elektrische Gefahren

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Was macht ein galvanischer Isolator?

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Galvanische Trennung spielt eine entscheidende Rolle beim Schutz elektrischer Systeme vor einer Vielzahl von Gefahren, darunter:

Stromschlag: Wenn eine Person mit einer stromführenden Stromquelle in Kontakt kommt, besteht das Risiko eines Stromschlags, der tödlich sein kann. Galvanische Isolatoren verringern dieses Risiko, indem sie den Gleichstromfluss blockieren.
Erdschleifen: Unbeabsichtigte Verbindungen zwischen zwei oder mehr Erdungspunkten können zu Erdschleifen führen, die unerwünschte Ströme durch das System fließen lassen. Durch das Entfernen dieser Erdschleifen verhindern galvanische Isolatoren Störungen und Verzerrungen des Signals.
Korrosion: Im maritimen Bereich kann eine galvanische Trennung dazu beitragen, zu verhindern, dass Streugleichströme Korrosion an Metallkomponenten verursachen.

Arten von galvanischen Isolatoren

Galvanische Isolatorengibt es in verschiedenen Formen, die jeweils einen unterschiedlichen Mechanismus zur Isolierung verwenden:

Transformatorbasierte Isolatoren: Diese Isolatoren arbeiten mit Transformatoren, elektrischen Geräten, die elektromagnetische Induktion verwenden, um Energie zwischen Schaltkreisen zu übertragen. Da die Wicklungen des Transformators elektrisch isoliert sind, kann nur Wechselstrom durchfließen, Gleichstrom hingegen nicht.
Optokoppler-Isolatoren: Zur Isolierung verwenden Optokoppler Fototransistoren und Leuchtdioden (LEDs). Der Fototransistor auf der anderen Seite der Isolationsbarriere erkennt das von der LED ausgestrahlte Licht. Durch diese optische Kopplung wird die Übertragung von Signalen ohne direkten elektrischen Kontakt ermöglicht.
Kondensatorbasierte Isolatoren: Diese Isolatoren verhindern den Gleichstromfluss durch Verwendung von Kondensatoren. Im Wesentlichen lassen Kondensatoren Wechselstrom durchfließen, blockieren jedoch effektiv den Gleichstromfluss, indem sie elektrische Energie in einem elektrostatischen Feld speichern.

Video zu galvanischen Isolatoren

Wie funktionieren galvanische Isolatoren?

Galvanische Isolatoren funktionieren, indem sie den Fluss von Wechselstrom zulassen, aber den Fluss von galvanischem Strom zwischen verbundenen elektrischen Systemen blockieren. Wenn zwei elektrisch leitfähige Objekte mit unterschiedlichem Potenzial in einen Elektrolyten getaucht werden – beispielsweise in Seewasser bei Booten – kann galvanischer Strom, auch Streustrom genannt, auftreten. Dies kann dazu führen, dass Metallkomponenten korrodieren und beschädigt werden, insbesondere in maritimen Umgebungen. Um dies zu verhindern, blockieren galvanische Isolatoren mithilfe von Dioden den Fluss des galvanischen Stroms, lassen jedoch den Fluss von Wechselstrom durch. Dadurch unterbrechen sie erfolgreich die elektrische Verbindung der beiden Systeme und verhindern die schädlichen Auswirkungen der galvanischen Korrosion. Aufgrund der Tatsache, dass Wasser als Elektrolyt wirken und galvanische Korrosion verschlimmern kann, ist dies insbesondere bei maritimen Anwendungen wichtig, bei denen sich Boote im Wasser befinden. Kurz gesagt funktionieren galvanische Isolatoren, indem sie den Fluss des galvanischen Stroms durch Dioden blockieren, jedoch den Durchgang von Wechselstrom zulassen. Dies verhindert, dass angeschlossene elektrische Systeme durch galvanische Korrosion beschädigt werden.

Warum wird ein Isolator verwendet?

Die galvanische Trennung bietet mehrere wesentliche Vorteile:

Erhöhte Sicherheit: Verhindert das Risiko eines Stromschlags und schützt die Ausrüstung vor Schäden.
Verbesserte Signalqualität: Durch die Beseitigung von Störungen und Erdschleifen wird die Signalintegrität gewährleistet.
Korrosionsschutz: Verhindert Korrosion von Metallteilen in Meeresumgebungen.
Rauschunterdrückung: Verringert in empfindlichen elektrischen Systemen Störungen und Rauschen.

Wann ist eine galvanische Trennung erforderlich?

Verbindung unterschiedlicher Metalle: In elektrischen Systemen ist eine galvanische Trennung unerlässlich, wenn unterschiedliche Metalle wie Kupfer und Aluminium verbunden werden. Die elektrischen Komponenten können sich schnell abnutzen und möglicherweise aufgrund von galvanischer Korrosion, die durch den Potenzialunterschied zwischen diesen Metallen verursacht wird, ausfallen.
Erdungssysteme: Um zu verhindern, dass Streuströme zwischen verschiedenen Erdungspunkten fließen, wird in Erdungssystemen häufig eine galvanische Trennung verwendet. Streuströme können Störungen, Rauschen und sogar Schäden an empfindlichen elektronischen Geräten verursachen.
Blitzschutz: Ein wesentlicher Bestandteil von Blitzschutzsystemen ist die galvanische Trennung. Durch den Schutz empfindlicher elektronischer Schaltkreise vor Hochspannungsstößen durch Blitzeinschläge hilft sie, Schäden vorzubeugen und garantiert, dass wichtige Geräte weiterhin funktionieren.
Elektrische Schiffssysteme: Um Korrosion und elektrische Gefahren in Meeresumgebungen zu verhindern, ist eine galvanische Trennung entscheidend. Galvanische Trennung verringert das Risiko galvanischer Korrosion zwischen Metallen, die aufgrund der Leitfähigkeit von Meerwasser auftreten kann.
Industrielle Anwendungen: Galvanische Trennung wird in industriellen Umgebungen verwendet, um empfindliche Geräte vor Störungen und Rauschen zu schützen. Darüber hinaus hilft sie dabei, Streustromflüsse zu verhindern, die zu Fehlfunktionen und Sicherheitsrisiken führen können.

Den richtigen galvanischen Isolator auswählen

Bei der Auswahl eines galvanischen Isolators müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

Isolationsspannung: Die Toleranz des Isolators gegenüber Spannungsschwankungen zwischen den Schaltkreisen.
Der höchste Strom, für den der Isolator ausgelegt ist.
Nennstrom: Zu isolieren sind Wechsel-, Gleich- oder Analogsignale.
Umgebungsbedingungen: Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Vibration des Bereichs, in dem der Isolator eingesetzt wird.

Fazit

Als wichtige Schutzvorrichtungen für elektrische Systeme schützen galvanische Isolatoren vor elektrischen Gefahren, erhalten die Signalintegrität und bewahren die Geräte vor Schäden. Ihre wichtige Rolle im Bereich der Elektrotechnik wird durch ihre weitverbreitete Verwendung in zahlreichen Anwendungen unterstrichen. Wir können die galvanische Trennung nutzen, um elektrische Systeme sicherer, zuverlässiger und effizienter zu machen, indem wir uns ihrer Prinzipien, Vorteile und Auswahlkriterien bewusst sind.