Definition und Zweck:
Galvanische Trennung (oder elektrische Isolation) ist eine grundlegende Technik in der Elektrotechnik und Automatisierungstechnik, die dazu dient, elektrische Stromkreise voneinander zu isolieren, während gleichzeitig die Übertragung von Signalen oder Energie zwischen ihnen ermöglicht wird. Das bedeutet, es gibt keine direkte leitende Verbindung (z.B. keine gemeinsame Masse oder Schutzleiter) zwischen den isolierten Kreisen.
Der Hauptzweck der galvanischen Trennung ist es, die Sicherheit von Personen und Geräten zu erhöhen und die Störfestigkeit von Systemen zu verbessern, indem unerwünschte Spannungsdifferenzen, Gleichtaktstörungen, Masseschleifen oder Fehlerströme zwischen den Kreisen verhindert werden.
Realisierungstechniken:
Galvanische Trennung kann durch verschiedene Komponenten und Technologien erreicht werden:
- Optokoppler (Opto-Isolatoren): Wandeln ein elektrisches Signal in Licht um, das dann einen Photodetektor aktiviert, der wiederum ein elektrisches Signal im isolierten Kreis erzeugt. Sehr gebräuchlich für digitale Signale.
- Transformatoren: Übertragen Energie oder Signale über magnetische Kopplung, ohne direkten elektrischen Kontakt. Standard für Netzteile oder LAN-Schnittstellen (Ethernet).
- Kondensatoren: Können hochfrequente Signale über eine Isolationsschicht koppeln.
- Relais: Mechanische Trennung der Kontakte.
- Trennverstärker: Spezielle Verstärker, die eine galvanische Trennung von Analogsignalen bieten.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
Galvanische Trennung ist in industriellen Automatisierungssystemen von entscheidender Bedeutung:
- Sicherheit: Schutz des Bedienpersonals vor gefährlichen Berührungsspannungen (z.B. Trenntransformatoren).
- Störfestigkeit (EMV): Verhinderung der Übertragung von Störungen (Rauschen) von einem Kreis in einen anderen, was die Zuverlässigkeit von Messungen und Steuerungen erhöht.
- Potentialunterschiede: Ausgleich von Potentialunterschieden zwischen verschiedenen Anlagenteilen oder Gebäuden, die zu Ausgleichsströmen und Fehlfunktionen führen könnten.
- Schutz empfindlicher Elektronik: SPS-Eingangs- und Ausgangsmodule sind oft galvanisch getrennt, um die interne SPS-Logik vor hohen Spannungen oder Störungen aus dem Feld zu schützen.
- Kommunikationsschnittstellen: Ethernet-Schnittstellen oder serielle Ports sind oft galvanisch getrennt, um die Kommunikation stabil zu halten.
Die korrekte Anwendung der galvanischen Trennung ist ein Schlüsselfaktor für die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Automatisierungssystemen.
→ Siehe auch: Optokoppler, Trennverstärker, EMV-Richtlinie, Sicherheit, SPS, Digitaleingang
