Der Netzspannung ins Auge schauen und überleben

May 25, 2024

Es ist oft überraschend zu sehen, wie andere Menschen auf Netzstrom reagieren, wenn sie in einem Gerät damit in Berührung kommen. Als Ingenieure, die sich seit vielen Jahren sowohl privat als auch beruflich damit beschäftigen, vergisst man leicht, dass nicht jeder diese Erfahrung gemacht hat. Einerseits zucken wir über diejenigen zusammen, die sich ohne Angst vor den Konsequenzen darauf einlassen, andererseits sind wir immer wieder überrascht, wie viele Menschen einen Gegenstand mit mehr als ein paar Volt so behandeln, als wäre er mit radioaktivem Anthrax kontaminiert haben Angst, auch nur daran zu denken, es zu öffnen.

Wir haben kürzlich mit den Hackaday-Autoren darüber gesprochen, wie wir dieses Thema angehen könnten. Der einfache Ausweg besteht darin, ganz und gar Elf-und-Sicherheit zu sein und sich der radioaktiven Anthrax-Menge anzuschließen. Wir kamen jedoch zu dem Schluss, dass diese Website eine Ressource für Hacker und Macher ist. Einige von Ihnen werden auf jeden Fall den Deckel von Kisten öffnen, die erhebliche Spannungen enthalten. Deshalb dachten wir, wir würden Ihnen dabei helfen, dies sicher zu tun, anstatt nur auf die entfernten Schreie zu lauschen.

Hier folgt also der erste Teil einer Reihe darüber, wie man mit elektronischen Geräten umgeht, die Hochspannung enthalten, und wie man am Leben bleibt, um die Geschichte zu erzählen. Unter „Hochspannung“ verstehen wir alles bis zur Netzspannung und die direkt daraus abgeleiteten Spannungen, wie zum Beispiel die paar hundert Volt gleichgerichteten Gleichstrom, den Sie in einem Schaltnetzteil finden. Zum Multi-Kilovolt-EHT müssen Sie auf einen weiteren Artikel warten, denn das ist ein ganzes Thema für sich. Wir werden diese höheren Spannungen am Rande erwähnen, aber ihre Einzelheiten überlassen Sie am besten einem Hackaday-Kollegen mit einschlägiger Erfahrung.

Der allererste Punkt, den Sie beim Schreiben eines Artikels wie diesem klarstellen sollten, ist, dass Sie jegliche Vorstellungen von „sicheren“ Spannungen oder Strömen außer Acht lassen sollten. Während die Geschichte, dass jedes Jahr eine beträchtliche Anzahl von Menschen durch das Lecken einer 9-Volt-Batterie sterben, wahrscheinlich eine urbane Legende ist und man sich bei Niederspannungsgeräten kaum Sorgen machen muss, ist es am besten, sie sich anzusehenbeliebigErkennen Sie höhere Spannungen als potenziell gefährlich und reagieren Sie entsprechend.

Wenn Sie einmal einen Stromschlag erlitten haben und damit davongekommen sind, hatten Sie Glück. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Spannung sicher ist. Sie haben lediglich eine Partie Russisches Roulette mit dem Ohmschen Gesetz und einer Hochspannungsversorgung mit niedriger Impedanz gespielt. Ihr häusliches Stromnetz kann die enormen Strommengen ableiten, die Ihre Heizung, Ihr Herd oder Ihr Wasserkocher benötigen. Wenn es also einen Weg mit niedrigem Widerstand durch Sie findet, wird es keine Probleme haben, alles abzuleiten, was ihm das aktuelle Ohmsche Gesetz erlaubt Weg. Die Chancen stehen gut, dass, wenn es Ihnen passiert, der Widerstand auf dem Weg so hoch ist, dass Sie nur einen sehr schlimmen Ruck bekommen und noch leben, um die Geschichte zu erzählen, aber wenn es nicht Ihr Glückstag ist, wird der Widerstand so niedrig sein, dass Sie es sind Ich werde einfach am Ende sitzen und zucken, bis der Strom abgeschaltet wird, egal ob du lebst oder nicht. Das ist die grausame Wahrheit. Leg dich mit diesem Zeug an und du kannst sterben, Ende der Geschichte. Sie sind für Ihre eigene Sicherheit verantwortlich, und das ist kein Scherz. OK? Jetzt an die Arbeit!

Der Ausgangspunkt für Gespräche über Netzspannungsgeräte ist Ihr Arbeitsplatz. Wir wissen, dass Sie wahrscheinlich an Ihrem Küchentisch oder wo auch immer Sie gerade arbeiten, arbeiten werden, aber es ist am besten, einen Artikel wie diesen mit einer Grundlinie zu beginnen, die zeigt, was Sie wirklich haben sollten, wenn Sie diese Arbeit erledigen. Es gibt drei Dinge, die wir für das Stromnetz einer Werkbank mit Netzspannung als wesentlich erachten. Einen Trenntransformator, um das Gerät, an dem Sie arbeiten, mit Strom zu versorgen, wenn es eine Netzversorgung benötigt, einen Fehlerstromschutzschalter für den Rest Ihrer Netzversorgung und einen Not-Trennschalter für die gesamte Tischstromversorgung.

An dieser Stelle lohnt es sich wahrscheinlich, kurz zu erklären, wie die Erdung in Bezug auf die Netzstromversorgung funktioniert. Sie verfügen an Ihrem Haus über einen lokalen Erdungsanschluss, und Ihr Energieversorger verbindet den Neutralleiter mit einer Erde im Umspannwerk, um sicherzustellen, dass die Leitungsspannungen nicht mit einer höheren Spannung als der vorgesehenen Spannung in Bezug auf ihre Umgebung induziert werden tragen. Zwischen dem stromführenden und dem Neutralleiter können je nach Wohnort 110 V oder 230 V anliegen, aber ohne diese Erdverbindung könnten beide Leiter Tausende Volt höher sein als ihre Umgebung, beispielsweise bei einem Gewitter. Die Erdverbindung stellt einen festen Zusammenhang zwischen der Netzspannung und der Umgebung her, beispielsweise den Strommasten, Bäumen, Ihrem Haus und Ihnen.

Die Erdung ist daher ein wesentlicher Bestandteil der Sicherheit der Stromverteilung. Der einzige Haken bei offenen Geräten auf Ihrer Werkbank besteht darin, dass jede Erdungsverbindung zu einem gültigen Teil des Rückstromkreises für die Stromversorgung wird, und da diese Erdungsverbindung durch Sie erfolgen kann, ist das gefährlich. Der Trenntransformator unterbricht den Erdungskreis Ihrer Bank und beseitigt so diese besondere Gefahr. Das Ergebnis ist, dass Sie beides sicher anfassen könneneins der beiden Drähte und weil es keinen Weg zur Erde gibt, werden Sie nicht geschockt. (Durch Berühren zweier Drähte wird der Stromkreis geschlossen. Sie müssen trotzdem vorsichtig sein!) Trenntransformatoren werden auch verwendet, um die Erdung anzuheben, sodass Sie die Netzstromkreise an Ihr Oszilloskop anschließen können, auch wenn die schwarze Sondenklemme mit der Erdung verbunden ist.

Nachdem Sie Ihre Werkbank aussortiert haben, wie sieht es mit Ihren Werkzeugen aus? Die Chancen stehen gut, dass Sie in dieser Abteilung bereits alles haben, was Sie brauchen, aber es lohnt sich, es hier zu erwähnen. Wenn Sie ein Werkzeug oder Instrument an einem elektrisch führenden Gerät verwenden, muss dieses über die entsprechenden Isolationseigenschaften für die vorhandene Spannung verfügen. Um diesen Punkt wirklich zu verstehen, müssen Sie möglicherweise den Isolationsdurchbruch einer billigen Prüfspitze aus erster Hand erlebt haben.

Auf dem Griff eines Elektriker-Schraubendrehers von guter Qualität ist die Nennspannung der Isolierung eingeprägt. Das Fehlen einer Nennspannung ist jedoch nicht unbedingt ein Grund, ihn nicht zu verwenden. Viele Schraubendreher verfügen über erstklassige isolierte Griffe, jedoch ohne Nennspannung, da sie für den allgemeinen Gebrauch und nicht speziell für den elektronischen Gebrauch verkauft werden. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Schraubenziehers oder eines anderen Werkzeugs die Menge an Kunststoff, die sich zwischen Ihnen und dem Metall befindet, und wählen Sie entsprechend aus. Holzgriffe bieten möglicherweise keinen ausreichenden Schutz und Metallgriffe sollten unbedingt vermieden werden.

Allerdings gibt es einen Haken. In den letzten Jahren ist eine Flut billigerer Geräte auf den Markt gekommen, und es wurde festgestellt, dass einige Hersteller dieser Geräte in betrügerischer Absicht die IEC 61010-Bewertungen für Geräte angeben, die diese Standards in keiner Weise erfüllen. Wir haben hier bei Hackaday mehr als einmal über fragwürdige billige Multimeter und Testausfälle berichtet, leider ist dies ein weit verbreitetes Problem. Bitte bedenken Sie dies beim Kauf eines Multimeters oder eines anderen Instruments zur Verwendung mit Netzspannung: Das billigste ist möglicherweise nicht gut genug. Wir alle haben für unsere Niederspannungs-Analog- oder Mikrocontroller-Arbeiten günstige Messgeräte für 5 £/10 $ verwendet, da eine blinkende LED auf einem Steckbrett kaum gefährlich ist. Bei höheren Spannungen müssen diese IEC-Klassenkennzeichnungen jedoch eine glaubwürdige Herkunft haben. Kaufen Sie das teuerste Gerät, das Sie sich leisten können, von einem seriösen und seriösen Hersteller. Das erhöht Ihre Sicherheit und Sie erhalten ein Messgerät von höchster Qualität, das Ihnen ein Leben lang Freude bereiten wird.

Bisher haben wir Ihre Bank und die dazugehörige Ausrüstung besprochen. Wir sind jedoch noch nicht ganz fertig, denn für die Sicherheit Ihrer Bank gibt es noch eine letzte Komponente: Sie. Wenn Sie ein Gerät vor sich haben und gerade dabei sind, es zu öffnen, liegt der wichtigste Teil Ihrer Sicherheitsroutine nicht bei Ihrer Ausrüstung, sondern darin, wie Sie damit umgehen.

Denken Sie eine Minute darüber nach, was Sie in dieser Kiste finden werden. Sie müssen überlegen, welche Spannungen es als Stromversorgung benötigt, was es mit diesen Spannungen macht, wo im Inneren gefährliche Spannungen liegen könnten und ob diese wahrscheinlich zugänglich sind, wenn die Abdeckung abgenommen wird. Es ist wichtig zu wissen, dass die bloße Tatsache, dass ein Gerät nicht mit Strom versorgt wird, nicht bedeutet, dass Sie darüber nicht mehr nachdenken müssen. Wenn Sie beispielsweise jemals eine Kamera mit integriertem Blitz geöffnet haben, sind Sie möglicherweise auf einen Kondensator mit mehreren gestoßen Es verbleiben noch hundert Volt. Wo wird die Hochspannung sein?

Die wahrscheinlichen Gefahren wurden erkannt. Was werden Sie damit tun? Öffnen Sie es nur aus Neugier, arbeiten Sie am Hochspannungskreis, um es zu reparieren, oder suchen Sie nach Teilen? Wenn Sie nur neugierig sind oder einfach nur nach Teilen suchen, müssen Sie das Risiko möglicherweise gar nicht erst durch die Anwendung von Strom erhöhen. Welche anderen Risiken könnten also bestehen bleiben?

Sobald Sie diese Grundregeln festgelegt haben, können Sie Ihren Ansatz auf der Grundlage einer realistischen Einschätzung des damit verbundenen Risikos anpassen. Dieser Vorgang mag etwas langwierig erscheinen, in der Praxis sollte er jedoch nur einen Moment des Nachdenkens erfordern. Es ist unendlich besser, sich diesen Moment zum Nachdenken zu nehmen, als einen unerwarteten und möglicherweise tödlichen Hochspannungsschlag zu erleiden.

Im nächsten Teil dieses Artikels werden wir uns mit einigen der typischen Geräte befassen, mit denen Sie arbeiten werden, um die einzelnen Gefahren und Techniken zu untersuchen, denen Sie möglicherweise begegnen.