Wer hier hin und wieder mitliest, weiß: Ich bastle gerne an elektrischen Sachen. Die meisten sind elektronische Geräte, die von einem externen Netzteil mit irgendwo zwischen 3 und 20V versorgt werden. Das bedeutet, dass es meist ungefährlich ist, an diesen herumzumessen, -löten oder -schrauben, selbst wenn sie in Betrieb sind (Ausnahmen bestätigen die Regel). Ganz anders sieht das aus, wenn ein Gerät direkt mit 230V versorgt wird und/oder man sogar direkt am Netzteil arbeitet. Da kann man im Zweifel ordentlich eine gewischt kriegen, wenn man seine Pfoten nicht unter Kontrolle hat. Deshalb ist die erste Regel: Immer Stecker ziehen, bevor man sich ans Innere heranwagt. Es gibt allerdings manchmal Situationen, in denen es nötig ist, am eingeschalteten Gerät zu messen. Natürlich muss man dann extrem vorsichtig sein, um nicht tot umzufallen. Ein Trenntrafo kann helfen, die Gefahr etwas zu reduzieren, wenn man versteht, was der tut.

Disclaimer: Ich bin keine Elektrofachkraft, sondern Hobbybastler. Ich gebe mir größte Mühe, die Dinge die ich hier mache, so korrekt wie möglich zu tun und darzustellen. Obwohl ich hoffe, dass dieser Post hilfreich ist, handelt es sich nicht um eine erschöpfende Referenz zur Geräteprüfung. Und es wäre auch ziemlich dämlich, sein Leben einem Blog-Post anzuvertrauen, ohne sich auch seriöser Quellen zu bedienen. Wenn Ihr also am offenen Gerät basteln wollt, macht Euch vorher mittels Fachliteratur oder ähnlichem klug und beschwert Euch nicht bei mir, wenn Ihre eine gewischt bekommt.

Solltest Du selbst Elektrofachkraft sein und hier sicherheitsrelevante Fehler entdecken, lass es mich gerne wissen.

Was macht ein Trenntrafo?

Ein Trenntrafo hat gewöhnlich ein Windungsverhältnis von 1:1. Auf den ersten Blick scheint er also recht sinnlos: 230V gehen rein und 230V kommen wieder raus. Was also soll das?

Um das zu verstehen, muss man kurz überlegen, wie bei uns eine Elektroverteilung aufgebaut ist.

Elektroverkabelung im Haushalt

Da sind zunächst mal die beiden Leiter, die den Strom liefern – das sind die beiden runden Metall-Nupsies am normalen Schuko- oder Euro-stecker. Zumindest bei uns in Deutschland, kann man den Stecker in zwei verschiedenen Orientierungen in die Steckdose stecken ohne einen Unterschied zu bemerken. Dennoch sind die beiden Leiter nicht das gleiche: Einer heißt Neutralleiter (aka N. Bei uns blaues Kabel) und der andere heißt Außenleiter (aka Phase oder L. Bei uns braunes Kabel). Der Unterschied zwischen beiden besteht u.a. darin, dass der Neutralleiter bei uns normalerweise geerdet ist.

Wenn Du also mit einem Nagel in der Steckdose popelst und den Neutralleiter erwischst passiert nichts. Berührst Du aber den Außenleiter, fließt Strom durch den Nagel, durch Deine Pfoten, den Arm, den Körper und wieder raus aus den Füßen und durch die Erde zurück zur Verteilung. Stromkreis geschlossen – alles perfekt. Also außer für Dich, denn Du wirst dabei möglicherweise sterben.

Außerdem gibt es noch den Schutzleiter (aka PE oder Schutzerde. Bei uns Grün-Gelb). Der ist bei uns normalerweise im Hauptanschluss des Hauses mit dem Neutralleiter verbunden. Dieser Schutzleiter wird in einem eingesteckten Gerät dann z.B. mit dem Metallgehäuse verbunden. Wenn nun aus irgendwelchen Gründen das Kabel des Außenleiters Kontakt mit dem Gehäuse bekommt, kann der Strom über den Schutzleiter abfließen und wenn Du das Gehäuse berührst, ist dieser Schutzleiter (hoffentlich) der geringere Widerstand und Du bekommst nicht so viel Strom ab.

Und was soll nun der Trafo?

Der Trenntrafo trennt die Verbindung zur Erdung. D.h. wenn Du den Nagel von vorhin noch hast und ihn in die Steckdose am Trafo steckst, gibt es keinen Stromfluss, egal welche Seite Du nimmst, weil es keinen Erdbezug mehr gibt. Und das macht das Basteln am Gerät ein kleines bisschen sicherer. Allerdings sollte man sich auch nicht allzu sicher fühlen, denn wenn Du es schaffst, beide Leiter zu berühren (was bei geöffneten Geräten oft erschreckend leicht ist), hilft der Trenntrafo kein bisschen. Also weiterhin Augen auf und keine Hektik bei der Arbeit! Auch sollte erwähnt werden, dass der RCD (aka FI-Schalter) in Deiner Hausverteilung nicht auslöst wenn Du auf der Sekundärseite des Trafos irgendwas anfasst.

Darf ich vorstellen? Mr. Bronson

Mein Trenntrafo ist ein Bronson TT1000. Wie der Name suggeriert, ist er ein ganz harter Typ und kann kurzfristig bis zu 1000W liefern. Auf die Dauer verträgt er 800W. Das ist massig genug für meine Zwecke – das meiste, mit dem ich so bastle, hat vermutlich unter 300W und er hat genügend Reserven, um auch mal eine kleine Bohrmaschine daran zu testen oder so.

Ja – der scheint auf dem Kopf zu stehen, denn er ist eigentlich dafür entworfen, irgendwo fest eingebaut zu werden und dann wird er mit der "Unterseite" irgendwo oben angeschraubt. Vielleicht ist er ja auch für den australischen Markt gedacht – egal.

Und weil wir den ja als Sicherheitseinrichtung benutzen wollen, kann es nicht schaden, ihn einer Sicherheitsprüfung zu unterziehen, z.B. sich davon zu überzeugen, dass er auch wirklich trennt, aber auch die übrigen Test, die zu einem eCheck gehören. Dazu werden wir im Folgenden ein paar Dinge prüfen/durchmessen.

Sichtprüfung

Bevor wir irgendwelche Messgeräte zücken, schauen wir uns den Trafo erstmal gründlich an. Dabei geht es darum, ob irgendwelche Schäden zu sehen sind. Ich gehe sehr pfleglich mit meinen Sachen um und so schaut er von allen Seiten bestens aus: Keine beschädigten Kabel, lose Schalter oder sowas und auch im Inneren klappert nix. Gut.

Messungen

Das Messprogramm richtet sich nach der VDE 701 und sieht folgendermaßen aus:

1. Schutzleiterwiderstand
2. Isolationswiderstand
3. Ableitstrom (Leckstrom)
4. Berührungsstrom
5. Ausgangsspannung

Für Widerstände und Spannungen nehme ich meinen Isolationstester (UT505A). Die Ströme messe ich mit dem Multimeter und einer Leckstromzange.

Gute Hinweise speziell zu Trenntrafos fand ich in diesem Artikel.

Schutzleiterwiderstand

Zunächst machen wir einen ganz basalen Test: Wir prüfen, ob der Schutzleiter angeschlossen ist und den geforderten geringen Widerstand von <0.3Ω aufweist.

Gehäuse

Dazu klemmen wir uns mit einer Messspitze auf den Schutzleiteranschluss an der Kaltgerätebuchse und prüfen den Widerstand zu diversen Metallteilen am Gehäuse. Solche berührbaren leitfähigen Teile sollten entweder sehr niederohmig mit dem PE verbunden, oder sehr gut isoliert sein.

Hm – an den Schrauben ist alles bestens, aber die LED-Fassung hat einen Widerstand von 1.56Ω – also ist sie schon mit dem Schutzleiter verbunden (über das Gehäuse), aber nicht so gut, wie es sein soll. Ich schätze mal, da ist zuviel Lack dazwischen. Das müssen wir beheben, bevor es weitergehen kann. Also Gehäuse öffenen, LED ausbauen und am Blechgehäuse ein bisschen Lack abschmirgeln, damit der Kontakt besser wird. Danach besteht auch dieser Messpunkt den Test und wir können weitermachen.

Nun sieht es sehr gut aus: Wir liegen unter dem vorgeschriebenen Grenzwert von 0.3Ω.

Wenn Ihr die Messung normgerecht machen wollt, muss das Messgerät übrigens einen Prüfstrom von mindestens 200mA verwenden. Das tun die meisten Multimeter nicht und viele haben auch nicht die nötige Auflösung im mΩ Bereich:

Dennoch gibt es einen guten Anhaltspunkt. Das Multimeter im Bild zeigt klar unter 0.3Ω, aber man würde sich wünschen, dass es um eine Stelle mehr Auflösung hätte, um in Grenzfällen Klarheit zu haben. Bei so kleinen Widerständen spielt auch der Widerstand der Messleitung eine Rolle, also vorher prüfen, wie hoch der ist und mit der Rel Funktion ausgleichen, wenn vorhanden.

Und lest unbedingt den echten Widerstandswert ab und verlasst Euch nicht auf die Durchgangsprüfung! Die piepst, je nach Modell, oft schon bei 30-50Ω. Ich hatte da mal ein chinesisches Anschlusskabel mit 5Ω PE-Widerstand – da piepst es fröhlich, ist aber um den Faktor 16 zu hoch.

Sekundärseite

Aber was ist mit dem Schutzleiter an der Sekundärseite? Bei einem Trenntrafo zum Schutz bei Reparaturen sollte dieser nicht mit dem Schutzleiter am Stecker verbunden sein, denn sonst wäre die gewünschte Potentialtrennung in Gefahr. Wird der Trenntrafo hingegen eingesetzt, um irgendwelche Brummschleifen zu unterbrechen und nicht als Sicherheitseinrichtung, sollte auch dieser Schutzleiter verbunden sein. D.h. es lohnt sich sehr, diesen Punkt zu überprüfen bevor man das Ding zu Schutzzwecken nutzt.

22kΩ? Das klingt nicht gut, aber aufgepasst: da steht ">22kΩ" und das will uns sagen, dass wir am oberen Ende des Messbereichs für "normale" Widerstandsmessung angekommen sind und der wahre Widerstand auch erheblich höher sein kann. Messe ich das mit dem Multimeter nach, sagt selbiges OL – also open circuit (bei meinem Multimeter also >50MΩ).

Isolationswiderstand

Als Nächstes wollen wir wissen, wie gut der Trafo isoliert ist. D.h. welcher Widerstand zwischen der eingehenden Netzspannung und Gehäuse bzw. Sekundärseite ist. Gefordert sind Isolationswiderstände von >1MΩ (>2MΩ bei Schutzklasse II), wobei man bei gesunden Geräten typischerweise Werte im GΩ-Bereich findet (ausgenommen Heizlüfter, Kochplatten etc.).

Zur Messung muss der Hauptschalter des Trafos auf An stehen, damit auch Strom reinkommt. Dann klemmen wir uns mit dem Isolationstester auf beide Pole (N und L), so dass diese verbunden sind:

Nun eine Messspannung von 500V (ja, echt) einstellen und los geht's.

Achtung: Mein Trenntrafo wird diese Spannung problemlos abkönnen, aber viele sensiblere elektronische Geräte könnten das sehr übel nehmen. In solchen Fällen ist es zulässig, den Isolationstest bei 250V zu machen oder bei empfindlichen Geräten auch ganz zu übergehen.

Berührbare Teile

Zunächst mit der Prüfspitze die ganzen Metallteile am Gehäuse testen:

Passt: alle Messungen zeigen einen Isolationswiderstand >500MΩ – das ist vom Grenzwert meilenweit entfernt.

Sekundärseite

Bei einem normalen Gerät wäre die Isolationsmessung hier beendet, aber bei einem Trenntrafo interessiert uns natürlich auch die Isolation gegenüber der Sekundärseite! Also messen wir noch die beiden Pole der Steckdose am Trafo:

Passt – der Trenntrafo trennt wirklich.

Zuguterletzt schauen wir uns auch nochmal die Isolation des sekundärseitigen PE Kontakts an:

Und auch das sieht gut aus.

Die Isolationstests sind mit dem Multimeter kaum machbar. Mein Fluke 87V z.B. kann zwar bis zu 50MΩ messen, aber die Messspannung liegt typischerweise bei nur ein paar Volt. Aber auch hier gilt: im Hobby-Bereich ist das besser als hoffen.

Ableitstrommessung

Nun wollen wir noch wissen, ob es irgendwelche Leckströme gibt. D.h. ob Strom auf anderen Wegen fließt als Außenleiter und Neutralleiter. Dazu nehme ich eine sehr sensitive Stromzange und messe gemeinsam den Außen- und Neutralleiter. Dafür habe ich einen speziellen Adapter:

Der ermöglicht es, nach Wunsch PE, N oder L einzeln oder gemeinsam mit einer Stromzange zu messen.

Alternativ ist es auch möglich, den Strom im Schutzleiter zu messen, was dann ggf. auch mit einem normalen Multimeter möglich wäre, aber die Stromzangenmethode ist aus verschiedenen Gründen besser.

Wenn alles mit rechten Dingen zugeht, sollte dieser Differenzstrom genau Null sein. Die Norm fordert <3.5mA. Also hat unser Trafo auch diesen Test bestanden. Zwar differieren die Werte beider Methoden, aber beide sind klar im grünen Bereich (25 bzw. 13µA).

Und wie beim Berührungsstrom auch nochmal mit umgedrehtem Stecker messen. Passt alles.

Berührungsstrom

Nun ist der sog. Berührungsstrom an der Reihe. D.h. der Strom, der fließt, wenn man das Ding mit einem geerdeten Kabel berührt. Der muss unter 0.5mA liegen. Für diesen Test muss der Trafo in Betrieb sein, also eingeschaltet und ans Netz angeschlossen und wir messen einfach den Strom zwischen Schutzleiter und Metallteilen am Gehäuse. Dafür ist mein Multimeter wieder gut geeignet und eine Mehrfachsteckdose liefert leichten Zugang zum Schutzleiter. In den µA Bereich schalten, Messleitungen richtig einstöpseln und messen:

Wunnebar – alles im grünen Bereich.

Und weil das so viel Spaß gemacht hat, drehen wir nun den Stecker um und wiederholen die Messung mit umgekehrter Polung. Also Stecker abziehen und andersrum wieder in die Steckdose. Ja – das ist ernst gemeint, denn wir wissen bei unseren deutschen Steckdosen und Steckern nicht, welche Seite der Außenleiter ist und welche Neutral.

Auch diese Messungen sind OK.

Prüfung der Ausgangsspannung

Als Letztes prüfen wir, ob die Ausgangsspannung eigentlich korrekt erzeugt wird und der Trafo nicht auf die Idee kommt, z.B. 1000V zu liefern, denn unser Trafo sollte laut Spezifikation am Ausgang mehr oder weniger die gleiche Spannung haben, wie am Eingang. Also Trafo in Betrieb nehmen und messen, was da rein und wieder rausgeht:

Ebenfalls in Ordnung – die Spannungen stimmen nahezu perfekt überein. Im Falle unseres Trenntrafos ist das gleichzeitig auch die abschließende Funktionsprüfung.

Werkzeugüberlegungen

All diese Messungen kann man am einfachsten mit einem speziellen VDE Gerätetester machen. Im Repair-Cafe haben wir z.B. einen Benning ST-710, um nach einer Reparatur zu prüfen, ob ein Gerät ruhigen Gewissens an den Besitzer ausgehändigt werden kann. Diese Dinger sind nahezu idiotensicher, führen einen durch die verschiedenen Messungen, sind speziell zu diesem Zweck gebaut und haben diverse Prüfzeichen. Leider sind sie sehr teuer – das geht so bei 500€ los und man kann auch ein Vielfaches dafür ausgeben. Für den professionellen Einsatz spielt das keine Rolle, privat oder im Repair-Cafe schon.

Außerdem finde ich es sehr förderlich für das Verständnis, alle Tests auch selbst und ohne automatische Führung durchführen zu können. Auch kann die automatische Führung Einschränkungen mit sich bringen – z.B. wenn das Messprogramm nur einen einzigen Messpunkt für PE-Widerstand oder Berührungsstrom vorsieht. Ich verwende deshalb gerne meinen UT505A Isolationstester. Der kann ebenfalls nach den Regeln der Kunst messen und deckt alles außer der Strommessung ab. Für diese verwende ich Multimeter und Leckstromzange.

Ein Isolationstester hat noch einen weiteren Vorteil: Er kann bei einem defekten Gerät nicht nur diagnostizieren, dass ein Isolationsfeher vorliegt, sondern auch helfen, die diversen Komponenten im Inneren zu prüfen, um die Quelle des Fehlers zu finden und so ggf. eine Reparatur zu ermöglichen.

Auch wenn mein Isolationstester mit ca. 150€ deutlich günstiger ist als ein automatischer Gerätetester, ist das im privaten Bereich allerdings ein eher exotisches Messgerät.

Die Messung mit dem Multimeter ist, je nach Modell, nicht normgerecht, weil sie in der Regel nicht alle geforderten Auflösungen/Messbedingungen (10mΩ bei 200mA Prüfstrom, \(\ge\)10MΩ bei 500V Prüfspannung) abdeckt, aber im privaten Bereich ist das besser als nichts. Wer sichergehen will, kann sich an einen Elektriker wenden, aber auch viele Repair-Cafes haben Gerätetester und helfen Privatbastlern hier gerne weiter – Prüfplaketten dürfen sie aber normalerweise nicht verteilen.

Fazit

Mein Trenntrafo ist bis auf eine Kleinigkeit in Ordnung – diese habe ich gleich behoben und nun passt alles. Ich bin froh, ihn zu haben.

Die oben beschriebenen Messungen sind auch für ganz normale Geräte (der Schutzklasse I) relevant – v.a. nachdem man an ihnen herumgeschraubt hat. Aber auch für Neugeräte aus Fernost ist ein Sicherheitscheck erfahrungsgemäß keine schlechte Idee.

Und wenn das Gerät Schutzklasse II oder III hat? Dann sind einige der Messungen nicht anwendbar – ich bin sicher, Ihr merkt selber welche. Und es gelten zum Teil andere Grenzwerte. Aber das führt hier zu weit und ich empfehle das in der Norm oder einem entsprechenden Fachartikel nachzuschlagen – die sind leicht zu finden und manche enthalten schöne Diagramme, was wann zu tun ist und welche Grenzwerte gelten.

PS

Sorry für die schlechte Qualität der Photos. Als ich das gemacht habe, war es schon spät und dunkel und ich musste den Kontrast im Nachhinein deutlich anheben, damit die Messgeräte ablesbar werden.