Galvanische Netztrennung mit Trenntrafo (ETT 002 und ESS 102)

Beim Messen in Geräten entsteht oft die Situation, dass die Schaltung des Geräts mit dem Schutzleiter des 230V-Netzes verbunden ist. Verbunden ist z.B. das Metallgehäuse und auch die „Masse“ der Schaltung selbst.
Oszilloskope, Labornetzgeräte etc. sind normalerweise auch über den Nullleiter mit dem 230V-Netz verbunden. Dadurch kann es zu sehr unangenehmen Potentialunterschieden kommen, die so groß sein können, dass an den zu messenden Geräten oder gar an den Messgeräten Schäden auftreten. Noch schlimmer ist, dass der Mensch falls er an die beiden Pole dieses Potentials kommt, gefährdet ist.

Abhilfe schafft in diesen Fällen die Nutzung eines Trenntransformators für das zu prüfende Gerät, so dass die galvanische Kopplung aufgehoben ist.

Aus DDR Altbeständen habe ich eine Kombination eines Trenntrafos und eines Stelltrafos erstanden. Solche Altbestände werden manchmal günstig bei ebay abverkauft.

Der Stelltrafo erlaubt es, die Ausgangsspannung von 0..250 Volt einzustellen. Das hätte ich nicht unbedingt gebraucht, ist aber praktisch.

Aus diesen beiden Einzelteilen sollte nun ein Gerät entstehen.

Gerät Name Hersteller Daten
Trenntransformator ETT 002 VEB TPW Thalheim, GDR 220/2x110V primär, 220/2×110 V sekündär, 1,85 Ampere
Stelltransformator ESS 102 VEB Messgerätewerk Zwönitz, GDR Eingang 220V,
Ausgang 1-250V, 2 Ampere

Beide Geräte sind von 1989, also heute 23 Jahre alt. Während der ETT 002 sehr rustikal aussieht, er könnte auch in den 50ger Jahren gefertigt sein, wirkt der ESS 102 immer noch modern.

Suche im Web zeigt, dass der ESS 102 auch heute noch optisch fast unverändert hergestellt wird, und zwar von der „Thalheimer Transformatorenwerke GmbH“. Offensichtlich eine der wenigen Technologie-Firmen, die die Angliederung überlebt hat. Den ESS 102 bekommt man beispielsweise bei Völkner oder Conrad (allerdings nicht so günstig wie Abverkäufe von DDR-Beständen bei ebay).

Auch vom ETT 002 finde ich Exemplare (allerdings mit anderen Spannungen) bei Völkner.

Trenntransformator ETT 002

Ein paar Bilder zum Trafo.

 

 

 


Ordentliche Befestigungsbolzen sind an der Unterseite schon vorhanden, sehr schön…

Stelltransformator ESS 102

 


Die Windungen besitzen eine vernickelte Kontaktfläche

Der Schleifer besitzt kleine Kühlfahnen

 

 

 

Einbau in ein Gehäuse

Aus beiden Trafos und weiteren Bauteilen wurde ein Gesamtgerät angefertigt. Dieses besitzt folgende weitere Schaltungselemente:

  • Einschaltstrombegrenzung mit Relais
  • Panelmeter zur Anzeige der Ausgangsspannung
  • Netzteil für Panelmeter
Hinweis: Auf dieser Seite ist nur ein Experimentalaufbau (Schaltungsprinzip) beschrieben. Sollten Sie selbst ein ähnliches Gerät aufbauen, beachten Sie bitte unbedingt alle erforderlichen Sicherheitsvorschriften etc. Im Gerät entstehen Spannungen von mehreren Hundert Volt, die bei Berührung tödlich sein können. Dies hier ist keine Bauanleitung, sondern nur eine Prinzip-Beschreibung. Dies ist auch kein Gerät, das ein Anfänger bauen sollte.

Komplettschaltbild Stell-Trenn-Transformator

Als Panelmeter wurde ein Typ mit LED-Anzeige gewählt, so dass sofort sichtbar ist, wenn das Gerät eingeschaltet ist. Statt der ursprünglich geplanten Ansteuerung über einen weiteren kleinen Trafo wurde die Eingangsspannung des Panelmeters direkt aus der Ausgangswechselspannung gewonnen. Die Wechselspannung wird gleichgerichtet und zur Messung mit einem kleinen Kondensator geglättet. Dieser Kondensator wird auf bis zu 240*sqrt(2)  = 339 Volt aufgeladen, muß also ausreichend spannungsfest sein, ich habe einen 400V-Typ genommen. Im Schaltbild sieht man zwei Spannungsteiler:

  • Der erste Spannungsteiler (R3,R5,R4) kompensiert die gleichgerichtete Wechselspannung um den Faktor 1/sqrt(2), so dass der dargestellte Gleichspannungswert am Panelmeter dem echten Wechselspannungswert am Ausgang des Geräts entspricht. Die real verwendeten Werte wurden aus einer Menge von 10%-igen  Widerständen der angegeben Werte  passend ausgemessen. Wer 1%-ige oder gar 0,1%-ige Widerstände hat, kann sich die Werte selbst ausrechnen, der Spannungsteiler muß die Spannung die hinter der Diode anliegt, um den Faktor 1/sqrt(2) reduzieren
  • Der zweite Spannungsteiler besteht aus den Bereichswiderständen für das Panelmeter (R6 und R7, 9,999M und 1K) für den Bereich bis 500 Volt laut Gebrauchsanweisung des Panelmeters

Ein kleiner Trafo versorgt das Panelmeter und die Einschaltstrombegrenzung.

Für die Versorgung des Panelmeters wird die gleichgerichtete Spannung noch mit einem 7808 stabilisiert.

Die Einschaltstrombegrenzung besteht aus dem Relais, einem NTC R8 und aus dem RC-Glied R2/C5. Ein Transformator benötigt für wenige Millisekunden nach dem Einschalten einen sehr hohen Strom. Während dieser Zeit fliesst der Strom auch über den NTC und verhindert so das Entstehen zu hoher Ströme im Stromnetz. Nach wenigen dutzend Millisekunden zieht das Relais an, da dessen Betriebsspannung in C5 via R2 aufgeladen wird.  Der NTC wird überbrückt und der Trafo bekommt nun den vollen Netzstrom.

Das in der Schaltung dargestellte kleine Entstörnetzwerk am 230V-Eingang ist nicht wirklich nötig, war aber bei der gewählten Anschlußbuchse schon fertig mit dabei (Buchse wurde einem Schaltnetzteil entnommen).

Ausgangssteckdosen: Deren Schutzkontaktleiter darf nicht angeschlossen werden. Werden mehrere Meßgeräte verwendet, müssen diese an jeweils eigenen Trenntransformatoren angeschlossen werden. Nur so sind alle Geräte untereinander potentialfrei.

Das Gehäuse wurde aus 11mm HDF („hochdichte Faserplatte“) angefertigt. Dieses Material lässt sich hervorragend sägen und bohren und ist in jedem Baumarkt verfügbar. Es ist ausserdem sehr „steif“, so dass entstehende Gehäuse sehr stabil sind.

Im folgenden einige Bilder von Bau des Geräts.


Unterseite sowie die beiden Seitenteile des Gehäuses wurden verleimt, die Gerätefüße sind bereits montiert. Winkel wurden zur weiteren  Stabilisierung des Gehäuses eingeklebt. Eine Verschraubung wird erst ganz am Ende des Zusammenbaus erfolgen.

 


Die Öffnungen an der Frontplatte und der Rückseite wurden gebohrt und gesägt.
Der Stelltrafo ist bereits befestigt. Hinten zu sehen die Steckdosen und die Kaltgerätebuchse mit den Sicherungshaltern.

 


Eine Leiterplatte 150x100mm nimmt das Panelmeter und den Ein/Ausschalter auf. Für die Leiterplatte selbst wurde an der Frontplatte ein Ausschnitt ausgesägt.

 


Rückseite. Auch hier trägt eine alte, nicht mehr benötigte Leiterplatte die Kaltgerätebuchse und die Sicherungshalter. Die amerikanischen Sicherungshalter sind finde ich deutlich stabiler als die europäischen, daher verwende ich amerikanische Sicherungen und passende Halter.

 


Verdrahtung. Auf ausreichenden Kabelquerschnitt ist zu achten.

 


Probebetrieb des Panelmeters. Eingestellt sind 100 Volt, extern gemessen mit Multimeter. Die geringe Abweichung (die Anzeige wechselt immer mal, zwischen 99 und 102 Volt) ist für mich ok.

 


20 Volt am Ausgang

 


Maximale Ausgangsspannung, das externe Meßgerät zeigt 238 Volt an.

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