Moderne elektronica wordt tegenwoordig in veel gevoelige omgevingen gebruikt – bijvoorbeeld in medische faciliteiten, laboratoria of industriële installaties. Precisie en functionaliteit zijn niet de enige vereisten in dergelijke omgevingen. Veiligheid en foutloze systeemstabiliteit zijn net zo belangrijk.
Vooral elektrische aansluitingen brengen vaak onderschatte risico’s met zich mee. Overspanningen, aardingsconflicten of elektromagnetische interferentie kunnen gevoelige apparaten beschadigen. Gegevensverlies en, in het ergste geval, gevaar voor personen zijn ook mogelijke gevolgen.
Galvanische isolatoren van TTL network bieden hier een effectieve beschermingsmaatregel. Ze isoleren elektrische systemen op betrouwbare wijze van elkaar en voorkomen zo dat gevaarlijke stromen of spanningspieken tussen apparaten worden overgedragen. Tegelijkertijd maken ze een verliesvrije signaaloverdracht mogelijk – zelfs onder veeleisende bedrijfsomstandigheden.
Wat is galvanische isolatie?
Galvanische isolatie isoleert de circuits tussen twee apparaten elektrisch van elkaar zonder de uitwisseling van signalen te belemmeren. De scheiding van de elektrische potentialen wordt gecreëerd door een barrière van een niet-geleidend materiaal, zodat er geen elektrische stroom tussen de circuits kan lopen.
Deze isolatiebarrière vermindert of voorkomt aanzienlijk interferentie en schade in elektrische systemen die anders veroorzaakt zouden kunnen worden door verschillende factoren, zoals potentiaalverschillen, spanningspieken, ruis of aardlussen. Een andere belangrijke factor is de bescherming van personen tegen elektrische schokken.
Galvanische isolatie in de netwerkkabel
Wat kan gevaarlijke spanningen veroorzaken in de netwerkkabel?
Vooral in netwerkbekabeling op basis van koper kunnen installatie- of ontwerpfouten, verouderingsprocessen of vocht ervoor zorgen dat leidingaders of de kabelafscherming onbedoeld een elektrische verbinding maken met andere delen onder spanning. In voedingsnetwerken kunnen gedurende korte perioden hoge overspanningen optreden, zogenaamde spanningstransiënten.
Hoe werkt een netwerkisolator?
De netwerkisolator creëert een fysieke barrière die alle elektrisch geleidende verbindingen tussen de aangesloten netwerkrandapparatuur en het aangesloten apparaat verbreekt. In gebruik biedt het een betrouwbare bescherming tegen DC- en AC-spanningen van 4 KV en meer, waardoor een naadloze werking van het netwerk gegarandeerd is. Daarnaast maakt het een vrijwel verliesvrije overdracht mogelijk van hoogfrequente AC-spanningen die worden gebruikt in het Ethernet-protocol voor signaaloverdracht.
Waar worden netwerkisolatoren meestal gebruikt?
Medische technologie
Bescherming van patiënten tegen potentieel gevaarlijke lekstromen die kunnen optreden tussen een medisch-elektrisch apparaat bij aansluiting op een Ethernet-netwerk of een niet-medisch apparaat (pc of printer).
Meet- en bewakingssystemen
Gevoelige apparaten in elektrische testvelden die via Ethernet-interfaces verbonden zijn met een controlestation moeten beschermd worden tegen stoorspanningen en potentiaalverschillen.
Computersystemen
Voor computersystemen die over lange afstanden galvanisch met elkaar verbonden zijn via Ethernet-bekabeling en waar potentiaalvereffeningsstromen voorkomen moeten worden.
Waardevolle apparatuur en apparatuur die bescherming nodig heeft (algemeen)
Toepassingen waarbij waardevolle apparatuur of apparatuur die speciale bescherming nodig heeft, beschermd moet worden tegen brom en overspanning uit de periferie van het netwerk.
Wanneer wordt het gebruik van een netwerkisolator afgeraden?
De netwerkisolator heeft een specifieke frequentiebandbreedte van 0,3 MHz tot 100 MHz voor datatransmissie. Frequenties buiten deze bandbreedte ondervinden een aanzienlijke verzwakking. Daarom kunnen signalen van oproepsystemen voor verplegend personeel, PBX-systemen en analoge audio- of videosignalen niet voldoende worden overgedragen via de netwerkisolator.
Belangrijk: Een kabelroute die is aangesloten op een netwerkisolator kan niet worden gebruikt om PoE (Power over Ethernet) eindapparaten van stroom te voorzien!
Galvanische scheiding in medische technologie
Wat definieert een medisch elektrisch apparaat of systeem?
De definitie van medische elektrische (ME) apparatuur wordt bepaald door de internationale norm IEC 60601-1. De functie van een ME-apparaat is het ondersteunen van diagnostische, therapeutische, zorg- of bewakingsmaatregelen voor patiënten. De term “medisch-elektrisch systeem” beschrijft de samenwerking van meerdere apparaten, waarvan er per definitie ten minste één medisch-elektrisch moet zijn. De afzonderlijke componenten van het ME-systeem kunnen zowel bedraad als draadloos met elkaar communiceren.
Waarom hebben medische elektrische systemen netwerkisolatoren nodig?
ME-apparaten vormen een hoog veiligheidsrisico voor de patiënt vanwege hun nabijheid. Elektrische stromen die via de elektrisch geleidende delen van het apparaat naar de persoon lopen, kunnen leiden tot levensbedreigende situaties. Om elk risico uit te sluiten dat een persoon in gevaar kan brengen, regelt de internationale norm IEC 60601-1 de vereisten voor de elektrische veiligheid van ME-apparatuur en ME-systemen. Als algemene regel geldt dat alle elektrische apparatuur – inclusief niet-medische apparatuur – die zich in de onmiddellijke nabijheid (straal van 1,5 m) van de patiënt bevindt of verbonden is met andere apparatuur in de patiëntomgeving, voldoen aan de elektrische veiligheidsvereisten van de Duitse norm DIN EN 60601-1.
Om aan de norm te voldoen, moeten ME-apparaten en ME-systemen die via signaalinterfaces zoals Ethernet, RS232 of USB met andere apparaten of netwerken zijn verbonden, galvanische scheidingsvoorzieningen in de toevoerleidingen hebben. De norm vereist onder andere dat alle stroomvoerende leidingen die vanuit een elektrisch onbeveiligd gebied naar het apparaat leiden, verbonden moeten zijn via een scheidingsinrichting.
ME-apparaten moeten een galvanische isolator op hun Ethernet-interface hebben. Als deze niet in de fabriek is geïntegreerd, is het gebruik van een netwerkisolator vereist. Dit geldt ook als een ethernetinterface op een ME-apparaat uitsluitend bedoeld is voor verbinding met andere ME-apparaten en daarom geen eigen galvanische scheiding heeft. In gevallen waarbij de ethernetinterface is aangesloten op een niet-ME apparaat (bijvoorbeeld op een printer), moet ook een netwerkisolator worden geplaatst.
Wat is MOPP?
MOPP is de afkorting van Means of Patient Protection en wordt in de IEC 60601-1 norm gedefinieerd als een “maatregel om het risico op een elektrische schok voor de patiënt te verminderen”. Medische apparaten moeten zijn uitgerust met twee onafhankelijke beschermingsmaatregelen voor bescherming van de patiënt in het geval dat een van de twee uitvalt.
Hierbij werken verschillende beveiligingssystemen meestal parallel of in combinatie om verschillende gevarenpotentialen tegen te gaan. De spanningswaarden die vereist zijn voor een netwerkisolator worden gedefinieerd in 1 MOPP en 2 MOPP:
Het aantal beschermingsmaatregelen dat een netwerkisolator in individuele gevallen biedt, hangt af van de technische eigenschappen en het specifieke medische toepassingsscenario. Een bloeddrukmeter stelt bijvoorbeeld andere eisen dan een pacemaker in een operatiekamer. Bovendien hoeft een netwerkisolator alleen beide beschermingsmaatregelen te bieden als het te beschermen medische apparaat nog niet is uitgerust met een beschermingsmaatregel.
Is het mogelijk om meerdere netwerkisolatoren in serie te schakelen?
In omgevingen met verhoogde risico’s, zoals operatiekamers, kan het raadzaam zijn om zowel het medische apparaat als de wandcontactdoos uit te rusten met een galvanische isolator. In andere gevallen kan het nodig zijn om medische apparaten die al een galvanisch gescheiden netwerkinterface hebben, te gebruiken op wandcontactdozen die ook galvanisch gescheiden zijn. Een dergelijke configuratie is normaal gesproken ongevaarlijk, omdat netwerkisolatoren van TTL network meestal geen significant effect hebben op de signaalsterkte en -kwaliteit.
Kan een netwerkisolator worden gebruikt in een PoE-netwerk?
Een netwerkisolator kan gemakkelijk geïntegreerd worden in een PoE netwerk zonder de functionaliteit of structuur negatief te beïnvloeden. Houd er echter rekening mee dat PoE-eindapparaten niet van stroom kunnen worden voorzien via de netwerkisolator vanwege de galvanische scheiding. Er zijn twee mogelijkheden om PoE-apparaten te bedienen: Ofwel wordt de netwerkisolator van de lijn verwijderd, ofwel wordt het PoE-apparaat van stroom voorzien via een aparte, eventueel medische voedingseenheid.
Nu veilig netwerken
Of het nu in een ziekenhuis, testveld, laboratorium of productiehal is – galvanische isolatoren beschermen systemen tegen storingen, verlengen de levensduur van apparatuur en beveiligen de datacommunicatie effectief. In de reichelt online shop hebben we verschillende netwerkscheiders van TTL-netwerk met RJ45- of USB-interface, voor montage op een DIN-rail of in keystone-formaat. Alle producten zijn TÜV-getest (onafhankelijke Duitse keuringsinstantie) en voldoen aan de IEC 60601-1-2MOPP-norm.
Afbeeldingen: TTL network, Adobe Stock
