Erdungsschleife bei USB Gerät - was genau kann passieren?

[JulianBuss]

Moin,

ich hab einen NMEA0183-Multiplexer mit USB Anschluss (Actisense NDC-4).

Dieses Gerät kann entweder über USB und/oder über einen direkten 12V Anschluss mit Strom versorgt werden.

Bei Versorgung via USB läuft das Gerät nur, wenn der Rechner an ist (logisch). Wenn man den Multiplexer auch ohne Computer nutzen will, muss er direkt an das 12V Netz angeschlossen werden.

In der Bedienungsanleitung des Geräts steht nun folgendes:

USB WARNING!
USB power and battery power are NOT
isolated from each other. Consult a qualified installer to
ensure there is no ground loop hazard when connecting
both. Disconnecting a single battery lead or turning off
the supply does NOT prevent this ground loop hazard.

(Siehe Anleitung unter http://www.actisense.com/Downloads/D...sue%201.08.pdf Seite 11)

Und nun grübel ich, was denn da passieren kann.

Offensichtlich ist, dass wenn ich versehentlich das +12V Kabel an den Minus-Anschluss vom Multiplexer hänge, +12V an der Masse vom USB Anschluss anliegen würde, was dann sicher den Computer schrottet.

Aber davon abgesehen, von welcher konkreten Gefahr sprechen wir hier, wenn ich korrekt 12V an den Multiplexer anschließe während er am USB Anschluss hängt?

[coffeemuc]

Es gibt auch PCs die auch im ausgeschalteten Zustand den USB Anschluss mit Strom versorgen. Finde ich immer sehr praktisch zum Handy laden, vor allem weil ich weder extra etwas kaufen musste, noch extra etwas mitschleppen muss (Gewicht/Platz/Gefahr des Vergessens)

[JulianBuss]

Zitat von coffeemuc

Es gibt auch PCs die auch im ausgeschalteten Zustand den USB Anschluss mit Strom versorgen. Finde ich immer sehr praktisch zum Handy laden, vor allem weil ich weder extra etwas kaufen musste, noch extra etwas mitschleppen muss (Gewicht/Platz/Gefahr des Vergessens)

kann sein, hat aber ehrlich gesagt nix mit meiner Frage zu tun
Ich werd mir ja deswegen keinen neuen Rechner kaufen.

[T-Technik]

Hallo Julian,
ja richtig erkannt .

Dein Gerät verfügt nicht über eine galvanische Trennung .

Folglich 12 V - Masse = den USB-Massen .

Die ganzen Potentiale müssen ausgeglichen sein .

Ist das nicht der Fall, könnte es Schäden nach sich ziehen,
da empfindliche Baugruppen keine Überspannung vertragen u.o. ableiten können .

Kannst Du sicher stellen, dass alles direkt eine gemeinsame Masse führt,
gibt es keine Sorgen .

Oder halt nur eine absolute Trennung !

Hochwertige Geräte haben oft "Opto-Koppler" zur Trenneung (z.B. USB-Anschlüsse)

Grüße : TOMMI

[JulianBuss]

der Multiplexer hat Opto-Koppler... aber nur bei den NMEA Ein- und Ausgängen
Der USB ist nicht entkoppelt.

Rechner (Notebook) und Multiplexer haben die gleiche Masse (hängen beide an der gleichen Batterie).

Danke jedenfalls für die Info, ich muss weitergrübeln, wie ich das löse.

[T-Technik]

Guten Morgen Julian,
hat Dein Rechner auch einen 12 V Eingang wäre es perfekt .
Läuft die Versorgung über Wechselrichter u. Netzteil,
sollte dem auch nichts entgegenstehen, da ja kein Schutzleiter mitgeführt wird .

Nur bei Geräten von schlechter Qualität (Kriechströme) u.o. Defekten,
kann es Probleme geben .

Dann ist noch die Frage : Hast Du eine Verbindung mit dem 230 V Schutzleiter u. dem Minus der 12 V Gleichstromanlage an Bord ?

Hast Du den Ausgang Deines Wechselrichters an Bord genullt ?



Der Extremfall könnte so verlaufen :

Ein minderwertiges Notebook-Netzteil geht kaputt, brennt durch .
Der Primäreingang bekommt zum Kleinspannungsausgang Kontakt .
Im ungünstigen Fall liegt hier nun über die USB-Verbindung der Schutzleiter an .
Die dann möglichen, hohen Ströme u. Spannung (Kurzschluß, Erdschluß)
würden Zerstörungen hervorrufen .


Bei uns in der Medientechnik haben wir es laufend mit mehreren Stellen zu tun,
die örtlich weit auseinander liegen .
D.h. Oft mit je eigenen, verschidenen Stromversorgungen .
Unsere Daten u. Signalkabel (Licht, Video, Ton, Steuerungen), 50m bis viele km , sind alle grundsätzlich vom Versorgernetz entkoppelt .
Nur die Kabelabschirmung wird von nur einer Seite aus an die Masse gelegt . (Symetrische Leitung) .
Neben der Sicherheit hat das hier aber auch noch zusätzlich mit der Verhinderung von Signalstörungen zu tun . (Z.B. auch Induktivität)


Nun im Boot mit sehr kurzen Leitungen wiegt dieses Problem kaum .

USB-Verbindung - Kabel :

Ich habe mir über dieses noch keine Gedanken machen müssen .
Ist aber die Signalführung auch symetrisch, also von der Masse getrennt,
könntest Du diese an einer Seite auftrennen .
Die USB-5V Stromversorgung benötigst Du hier ja nicht .
So gäbe es einen großen Grund weniger Ströme über den Multiplexer in die Bordmasse abführen zu wollen .


Grüße : TOMMI

[JulianBuss]

Tommi,

das Notebook ist via 12V Netzteil angeschlossen. 12V Netzteil und 12V für den Multiplexer laufen über die gleiche Batterie und gleiche Masse.

230V Erde/Schutzleiter ist ordnungsgemäß an der 12V Erde angeschlossen (d.h. an den Stahlrumpf, über einen galvanischen Isolator [ganz genau genommen ist das jetzt noch nicht der Fall, wird aber in wenigen Wochen so sein ]).

Ich werde mal die Actisense-Leute fragen, ob es irgendwelche Auswirkungen haben kann wenn ich die Stromversorgung via USB trenne bzw. ob das möglich ist. Insgesamt scheint mir das die beste Idee zu sein. Ich hab das Gerät grade nicht bei der Hand, glaube aber, dass da vier Leitungen aus dem USB Anschluss rauskommen - das spricht dann ja dafür, dass der Anschluss symmetrisch ist, also Strom- und Datenleitungen getrennt sind.

Also nochmal damit ich das richtig verstanden habe: da im Multiplexer Masse vom 12V Eingang und USB nicht getrennt sind, und 230V Erde/Schutzleiter an 12V Masse liegt, besteht also auch eine Verbindung 230V Schutzleiter zu USB Masse.
Wenn nun ein 230V Isolationsfehler vorliegt und ein 230V Leiter an den Schutzleiter (also Schiffsmasse und damit 12V Masse und damit USB Masse) kommt, gibt es einen minimal kleinen Moment, bei dem 230V an der USB Masse anliegt (solange, bis der FI auslöst).
Vermutlich wird dieser Moment reichen, um einen Teil des Computers zu zerstören.

Soweit alles richtig?

Wenn das Trennen der USB Stromversorgung nicht möglich ist, kann ich den Computer auch über einen USB<>Seriell-Konverter an den Seriell-Anschluss vom Multiplexer anschließen, der hat nämlich einen Opto-Koppler.

Mann, mann, was würden wir nur machen, wenn solche Sachen nicht immer so kompliziert wären

[T-Technik]

Hallo Julian, nicht verzweifeln !!!

Also beide Geräte über 12 V sehr gut !

Nein ! Du brauchst nichts weiteres zu machen .

Bei den meist vernünftigen Geräten wird ein entsprechender Spannungseingang erkannt, z.B. mit Dioden getrennt .

Liegen nun 12 V im Multiplexer an, laufen Deine 5 USB-Volt vom Notebook einfach ins Leere .

Oft wird auch dieses Umschalten der Eingangsspannung vom Anschlußstecker erledigt .
Das kannst Du einfach feststellen, in dem Du einsteckst, aber keine 12 V lieferst .
Sind feste Anschlußkabel montiert, sollte es die Elektronik machen .

Soweit alles gut .


Überspannung, Masseschluß (Erdschluß) der 230 V an Bord :

Ist Deine Anlage ordnungsgemäß verkabelt, mach Dir keine Sorgen .
Elektrischer Strom will immer zurück, Kreisverkehr .

Es gibt keinen Grund in den Multiplexer u.o. PC einzuschlagen .

Eng wird es nur, wenn die z.B. Schutzleiter lange u. zu dünne Querschnitte aufweisen,
so das die Elektronen andere Wege zum Potentialausgleich finden wollen .
Aber bei Dir wollen sie ja lieber direkt in die Schiffsmasse u. damit möglichst schnell den FI auslösen .

Anders ist das bei Blitzeinschlägen :

Klar, diese wollen nur in die Erde, Fluß o. See , erzeugen aber so eine extem hohe Überspannung, dass diese gerne mehr mitnimmt .

Man wundert sich immer wieder, wie das die Blitzableiter mit oft nur 10-12mm dickem Ableitern aushalten,
aber es sind halt die Bruchteile von Sekunden, die ein verglühen verhindern .


Symetrische Kabelführung in Datenleitungen :

Wie gesagt, bei USB weis ich es nicht genau .

Bedeutet aber 2 Signaladern werden frei jeder Masseverbindung geführt .

Masse mit der Abschirmung extra, bei sehr langen Kabel nur einseitig .

Späße wie 5 V Versorgungen sind hier bestimmt weitere Adern .

Ob die 5 V-Null eine Verbindung mit der Masse hat, kann ich Dir nicht sagen .



Unterm Strich : Alles OK bei Dir , würde ich sagen .

Grüße : TOMMI

[JulianBuss]

Danke, Tommi.
Hier nur als Info die Antwort vom Actisense Support:

Cutting the USB power will not solve the issue, the data lines are referenced to this power.
So if you use a different power you can still have problems.

It is not very common for there to be a ground loop in this situation.
Howerer, we have had units damaged which are not covered by the guarentee.
For this reason we added the warning.

The best solution is to use a USB to serial converter cable connected to port 0 on the NDC-4.

Und in der Anleitung steht noch, dass wenn 12V Strom anliegt, nur noch minimaler Stromfluss vom USB Port besteht.

[T-Technik]

Ja, typische Antwort eines Betriebes, die Verantwortung u. Sicherheit lieber dem Kunden überlassen wollen .
Wo ist das her, USA ?

Naja, wenn díeser Converter kein Problem ist (Preis) , verwende diesen halt .

So sehe ich aber auch keine Probleme .
Wenn Dein Notebook u. der Multiplexer an einer gemeinsamen 12 V Zuleitung angeschlossen sind, ist alles top .

Und das die USB-Daten-Leitungen (Adern) in Abhänigkeit mit der 5 V Versorgungsspannung stehen soll,
kann ich mir nicht wirklich vorstellen, weiß es aber nicht 100%ig .


Neben Datenleitungen wie, Ethernet, DMX, ........... für die Fernstrecken in Cu u. Glas,
nutzen wir auch hunderte USB-Verbindungen u.a. in den Kurzstrecken (Geräte am Arbeitsplatz, Steuerungen,......) .
Alle meist mit eigenen Netzversorgungen, aber an einer Quelle .
Bisher ging niemals hier etwas zu Bruch .


Grüße : TOMMI

[virgin]

Hallo Julian,

es gibt auch 12V PC-Netzteile mit zusätzlichen USB-Ausgang zum Laden diverser Geräte, da sollte doch dann alles entkoppelt sein

[coffeemuc]

Zitat von JulianBuss

kann sein, hat aber ehrlich gesagt nix mit meiner Frage zu tun
Ich werd mir ja deswegen keinen neuen Rechner kaufen.

Doch hat es.
Technische Antworten hast du ja zur Genüge erhalten.
Die laufen immer darauf raus, dass du wissen musst was du tust und wissen musst wie die Geräte innen aufgebaut sind.

In einem Forum lesen ja manchmal auch noch andere Interessenten mit. Und falls die es sich nicht antun wollen, sich das obige Wissen anzueignen, ist ein Notebook wie vorgeschlagen die ideale Lösung, weil die Unsicherheit wegfällt.
Und für die anderen gilt: Probiert es aus, wenn es schief geht braucht ihr vermutlich die elektronischen Geräte (Notebook, USB gerät) auch neu. Wenn es zum Brand kommt, auch ein bisschen mehr.

[Emma]

Hallo Julian,
ich gebe zu, nicht alles gelesen zu haben. Ich wollte nur bemerken, dass die Signalleitungen bei USB nicht entkoppelt sind. Dafür gibt es sogenannte "USB-Isolatoren" (einfach googlen). Die sind aber nicht billig .

Gruß
Jan

[JulianBuss]

Hier noch eine weitere Antwort vom Actisense Support:

Unfortunately ground loops are not so simple.
Different length cable runs can drop voltage and cause current to flow in the wrong direction.
It may be a small current that has no visible effect until 2 years down the line the USB chip finally melts.

Any time you connect another device to your PC you may be adding a new ground path.

This is why it is difficult for us to validate installations.
There are so many possible instances that can cause a loop that we advise against it.

The only way is to connect the USB (not the battery) and measure the voltage drop between the ground of the battery and the ground on the NDC-4.
Then you can see if it is safe to connect the battery to the NDC while the USB is connected.
You need to remember that connecting any other device has the potential to change this.

Den Rat werde ich befolgen und das mal gelegentlich nachmessen.