Netzfilter


Wenn man über Netzfilter liest oder hört, wird immer wieder mit dem Mindern von Brummen und Rauschen bei HiFi-Anlagen konfrontiert. Moderne Netzfilter haben viel weitgreifendere Aufgaben. Gerade unsere moderne Technologie nutzt hohe Frequenzen zum kabellosen Netzwerk (WLAN) oder für mobiles Telefonieren (DECT). Dabei entstehen unerwünschte Effekte, die wir gerne als Elektrosmog verteufeln. Das Kabelnetz in den Wänden und auch die geerdete Wasserleitung wirken dafür wie große Antennen und setzen uns dieser Strahlung in der heimischen Umgebung aus. Netzfilter bieten einen effektiven Weg, die Verbreitung von Elektrosmog über das Stromnetz zu verhindern.


Netzfilter arbeiten in beide Richtungen. Im praktischen Einsatz bedeutet das, dass die Endgeräte durch einen solchen Filter vor unnötigen Hochfrequenzen geschützt werden, auf der anderen Seite aber auch gehindert werden, die selbsterzeugten hohen Frequenzen über das Stromnetz zu verbreiten. Je nach Richtung der Filterwirkung werden sie als "aktive" Filter (aus dem Stromnetz zum Endgerät, Gleichtaktstörung) oder "passive" Filter (vom Endgerät ins Netz, Gegentaktstörung) unterschieden. Ein praktisches Beispiel für aktive Filter liefert das moderne PowerLAN. Diese Technologie ermöglicht es, Datennetzwerke über das heimische Stromnetz aufzubauen. Dabei werden verschiedene Trägerfrequenzen von 4,5 bis 27 MHz genutzt. Auf die 50Hz unserer Wechselspannung hat das absolut keine Auswirkung. Die elektrischen Geräte funktionieren trotz ausmodulierter Hochfrequenz unverändert. Aber jedes Kabel, dass hohe Frequenzen überträgt, wirkt auch als Antenne und strahlt unaufhörlich in unsere Räume. Über den Grad der Gefährdung für Menschen gibt es keinen eindeutigen Nachweis. Aber ein Netzfilter stoppt zuverlässig die Ausbreitung des Elektrosmogs. Und hinter einem richtig dimensionierten Netzfilter ist auch absolut kein PowerLAN mehr zu finden.


Auch moderne Geräte wie Schaltnetzteile und Thyristorsteller erzeugen hochfrequente Störsignale. Um deren Ausbreitung im Stromnetz zu minimieren wirkt der passive Filter entgegen. Werden diese Geräte an einer gemeinsamen Steckdosenleiste hinter dem Filter betrieben können sie sich immer noch untereinander stören. Hochwertige Steckdosenleisten nutzen daher mehrere Filter für die einzelnen Steckplätze oder Gruppen von Steckplätzen. Dadurch werden Sie aber auch schnell extrem teuer und finden oft nur in sehr hochwertigen HiFi-Anlagen Verwendung.


Zusätzlich zur Sperrung verschiedener Frequenzen helfen Netzfilter aber auch schnelle und kurze Überspannungen abzubauen. Die Speicherfähigkeit der Spulen und Kondensatoren nimmt die überschüssige Energie auf und gibt sie kurze Zeit später, wesentlich abgeschwächter, dem Netz zurück.


Netzfilter können daher für folgende Aufgaben genutzt werden:

  • Filtern von Störfrquenzen für empfindliche Verbraucher (HiFi-Anlagen, Guitarren-Verstärker, ...)
  • gezieltes Sperren von aufmodulierten Signalen (PowerLAN)
  • Überspannungsschutz kurzer Impulse
  • Minderung der Ausbreitung von Elektrosmog

Aufbau von Netzfiltern


Die Netzfilter besetehen immer aus einer Kombination von Induktivitäten und Kapazitäten, die als elektronischer Tiefpass geschaltet sind. Die gesperrte Frequenz wird durch die Dimensionierung der Spulen und Kondensatoren bestimmt. Ein Filter, der alles, ausser unsere 50Hz Netzfrequenz, sperrt ist fast unmöglich zu realisieren, aber zum Glück auch nicht unbedingt notwendig.


Netzfilter zur Dämmung von Gegentaktstörungen
Netzfilter zur Dämmung von Gegentaktstörungen

Netzfilter zur Dämmung von Gleichtaktstörungen
Netzfilter zur Dämmung von Gleichtaktstörungen


Gegentaktstörungen wirken vom Verbraucher zurück in das Netz. Sie werden durch Phasenanschnitt-Steuerungen, Gleichrichter oder Halbleiter-Relais verursacht und treten oft im Frequenzbereich unter einem Megaherz auf. Der X-Kondensator schliesst die hochfrequenten Störungen kurz, während die Längsdrossel den Stromanstieg begrenzt. Gleichtaktstörungen wirken aus dem Netz auf den Verbraucher. Sie werden durch Frequenzumrichter, Schaltnetzteile oder Quarz-Oszillatoren verursacht und treten im Frequenzbereich über einem Megaherz auf. Die Y-Kondensatoren schliessen die hochfrequenten Störungen gegen Erde kurz. Die Wicklungen der Drossel arbeiten auf dem gleichen Ferritkern und bieten somit eine stomkompensierende Wirkung.


kombinierter Netzfilter zur Dämmung von Gleich- und Gegentaktstörungen
kombinierter Netzfilter zur Dämmung von Gleich- und Gegentaktstörungen


Die bewährete Schutzschaltung entspricht daher oft einer Kombination beider Filter in einer Schaltung, wie sie in der Abbildung oben dargestellt ist.


Dimensionierung


Drossel für Netzfilter Der gefilterte Frequenzbereich wird im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Drossel L und des Kondensators Cx bestimmt. Je niedriger die zu filternde Frequenz ist, um so höher müssen die L und Cx dimensioniert werden. Dabei trifft man immer auf technische Grenzen. Die längs-geschalteten Spulen müssen den gesamten Strom tragen. Der Querschnitt muss daher recht gross gewählt sein. Bei hohen Windungszahlen erfordert das viel Platz, Gewicht und kostet viel Kupfer. Der parallel geschaltete Kondensator wiederum muss die entsprechende Spannungsfestigkeit besitzen. Je nach Platzbedarf kann man im vertretbaren Rahmen die Kapazität von Cx erhöhen um bei der Drossel L zu sparen.


Die Netzfilter werden durch eine Dämpfung charakterisiert. Sie ergibt sich aus dem direkten Vergleich zwischen Eingang und Ausgang des Filters. Dieser Quotient ist ohne Einheit. Da oft große Bereiche beschrieben werden müssen, wird eine logarithmische Einteilung in dB genutzt. Da die Dämpfung Frequenzabhängig ist, kann ein Filter nicht mit einem Wert sondern nur mit einer Frequenzkurve beschrieben werden. Im Beispiel unten ist das Frequenzverhalten von 5 verschiedenen Netzfiltern beschrieben.


Netzfilterdiagramm
Quelle: url Würth Elektronik
Netzfilterdiagramm


Eine Berechnung dieser Frequenzkurve ist durch die vielen baubedingten Nebenkapazitäten und Nebeninduktivitäten eines Filters nahezu unmöglich. Filterhersteller messen daher nach dem kompletten physikalischen Aufbau ihren Filter durch, um diese Kurve exakt erstellen zu können.


Praxis


Netzfilter säubern den Strom unseres Haushalts von Spannungsspitzen und aufmodulierten, hochfrequenten Signalen. Sollen diese Signale genutzt werden, wie beim Beispiel des Power-LAN, dann darf kein Filter eingesetzt werden. Ein Netzfilter kann aber genau da eingesetzt werden, wo diese Signale nicht mehr erwünscht sind. Das kann aus Sicherheitsgünden erfolgen, weil Elektrosmog abgebaut werden soll oder weil sich diese Signale negativ auf andere Verbraucher auswirken.


Die Störimpulse verschiedener Geräte haben eine geringe Ausbreitung, weil der Spannungsabfall für hohe Frequenzen auf Kupferleitungen wesentlich höher ist, als bei vergleichsweise den 50Hz unseres Wechselstroms. Filter sind immer dort notwendig, wo Störimpulse und Datenmodulation nahe beieinander liegen.


Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USVs) im Online-Betrieb erzeugen eine komplett neue Sinuskurve für die Stromversorgung. Sie wirken damit immer wie ein Filter und brauchen nicht über einen weiteren Netzfilter angeschlossen werden.


Drossel für Netzfilter Der modernste Netzfilter in diesem Shop ist der DPRO 230 F von Dehn+Söhne. Er ist als Zwischenstecker ausgelegt und wird oft vor Steckdosenleisten eingebunden. Firma Dehn beschreibt die Dämpfung anhand der Referenzfrequenz von 1MHz. Dabei wird noch einmal in den Filter zwischen den Leitern (symmetrisch) und in den Filter zwischen Leiter und Erde (asymmetrisch) unterschieden. Der DPRO 230 F wird mit einer symmetrischen Dämpfung von ≥54 dB und asymmetrischen Dämpfung von ≥42 dB bei f = 1 MHz angegeben.



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