Heute will ich mal eine einfache und preisgünstige Maßnahme vorstellen, um die Performance von Audio-Anlagen und Messaufbauten deutlich zu verbessern: Mithilfe einer externen Erdung.
Warum macht eine externe Erdung Sinn?
Dazu sollte man sich ein wenig mit dem Aufbau des Stromnetzes auseinandersetzen:
Hier habe ich mal eine Grafik gefunden:
https://de.wikipedia.org/wiki/Stromnetz#/media/Datei:Stromversorgung.svg
Der zugehörige Artikel findet sich hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Stromnetz
Interessant ist dabei Folgendes: Im gesamten Hoch- und Mittelspannungsbereich werden nur die 3 Phasen übertragen. Das sieht man auch gut bei Hochspannungsleitungen: Immer 3 Leitungen oder ein Vielfaches davon!
Erst für die Hausanschlüsse gibt es 3 Phasen + N. Wenn die Stromversorgung noch oberirdisch erfolgt: Es sind immer 4 Leitungen auf dem Dach.
Dies liegt am letztem Transformator (von Mittelspannung auf Niederspannung): Dieser erzeugt einen Nullpunkt – der N-Leiter. Dies hat folgenden Vorteil: Zwischen N und Phase erhält man 3 x 230V AC für normale Verbraucher, Zwischen zwei Phasen hat man 400V AC – bei Verwendung aller drei Phasen Kraftstrom/Drehstrom für Verbraucher mit höherem Stromverbrauch.
Eine Darstellung der Trafotypen findet sich hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schaltgruppe
Zum Einsatz kommt die Beschaltung „Dy5“
Der Mittelpunkt des „Sterns“ wird am Transformator geerdet – also übergroßer Staberder oder Vergleichbares.
Die 4 Leitungen, also 3 Phasen + N, werden zum jeweiligen Hausanschluss geführt. Erst hinter dem Stromzähler wird aufgespaltet: Eine Schiene für N und eine Schiene für Schutzleiter (An diese werden noch zusätzlich Fundamenterder, Wasser- und Gasleitungen, etc. angeschlossen.) Im Sicherungskasten werden einmal die Schienen von N und Schutzleiter verbunden. Der Schutzleiter hat technisch zuerst mal die Funktion metallische Gehäuse auf Erdpotential zu legen – für den Fall das im Gerät ein Defekt auftritt und das Gehäuse damit spannungsführend sein kann. Liegt das Gehäuse auf Schutzleiter, erzeugt ein Defekt (z.B. loses Kabel) einen Kurzschluss und löst die Sicherung aus. Dient also rein dem Personenschutz und funktioniert.
Eine zweite Funktion bei vielen elektronischen Geräten, ist das Gehäuse auf Schutzleiter zu legen umso eine Abschirmung gegen Störungen von außen zu erreichen. Oft legt man auch den Ground vom Signal auf Gehäuse und damit Schutzleiter. Funktioniert im Prinzip, beinhaltet aber auch ein Störpotential!
Die Störungen haben mehrere Ursachen:
- Sind die 3 Phasen vom Netz nicht gleichmäßig belastet kann sich N= Erdpotential minimal verschieben und damit Wechselspannung führen.
- Hier mit einem normalen Multimeter die Differenz zwischen Hauserde und externer Erde gemessen (AC)
- Ein Gleichspannungsoffset ist ebenfalls vorhanden
- Hier die gemessene Breitbandstörung über die Zeit. In erster Linie 50 HZ aber mit schwankender Amplitude!
- Das ist die seektive Messung – 50 Hz und mit 150Hz die dritte Harmonische
- Die ganze Hauserde wirkt natürlich auch als Antenne und kann Hochfrequenzstörungen aufnehmen
- Dies sind die Störungen im Bereich 50 kHz – 100MHz . Der niedrig frequente Teil links kommt von diversen Schaltnetzteilen und regenerativen Energien, die Spitzen rechts sind Rundfunk.
- Hier die Breitbandmessung 500kHz – 500 MHz. Der Wert schwankt von ca. 100mV bis 200mV!
- Das Spektrum bis 3,5 GHZ sieht hier gut aus – ländliche Lage, kein W-Lan im Haus, diverse Abschirmmaßnahmen. In anderen Gebieten, sieht das ganz anders aus!
- Alle anderen Verbraucher sind ja auch an N und Schutzerde angeschlossen – deren Störungen hat man dann auch. Übliche Netzfilter filtern übrigens nur Phase und N, nicht aber den Schutzleiter.
Die Lösung ist eine externe Erde – dies wurde auch schon von der PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt, früher Eichamt) Braunschweig für bestimmte Messaufgaben angeraten .
Der Aufbau ist ganz einfach: Möglichst nah bei dem zu schützenden Aufbau eine solide externe Erdung, z.B. Staberder anbringen. Diese mit einem möglichst niederohmigen Kabel (größer 32mm²!) mit den Schutzleiteranschlüssen der verwendeten Anlage verbinden. Den ursprünglichen Schutzleiter der Hausinstallation nicht mehr verwenden.
Ich verwende 2 Staberder, 1,5 m
Einen soliden Erdanker 2,3 m
Sowie einen 5m langen Staberder
Wichtig ist die Kontakte sauber zu halten und zu vermeiden dass Feuchtigkeit in die Kabel eindringen kann. Ich verwende hier Schutzlack und 1 x im Jahr werden die Kontakte kontrolliert und gesäubert!
Bei Trockenheit, gelegentlich giessen!
Die genaue Konfiguration der Erder hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab. Wichtig ist guter Kontakt zu feuchtem Erdreich!
Wichtig ist, damit die eigentliche Schutzleiterfunktion erhalten bleibt, den Widerstand zu messen – dieser muss unter 100Ohm sein! Dazu braucht man auch ein hierfür vorgesehenes Messgerät! Ein „normales Ohm-Meter“ kann nicht funktionieren!!! Siehe die gemessenen Störspannungen!
Sinnvoll ist vor dem Sternpunkt der Erdung eine kleine, ebenfalls sehr niederohmige Spule einzufügen. 100µH reicht völlig aus. Über den Erdleitungen sollte man auch Ferrit-Kerne anbringen, um eventuell aufgefangene Hochfrequenz zu dämpfen.
Die Kosten für eine solche Externe Erdung sind überschaubar – ca € 200.- die Wirkung ist extrem gut. Bei Audio Anlagen kenne ich keine andere Maßnahme/Verbesserung, die mit so wenig Aufwand so viel bringt.
Im Bereich der Messtechnik lassen sich bei komplexeren Aufbauten die Störungen um ca. 90% veringern.
Zur Nachahmung empfohlen!