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Thema: Theoretische Betrachtungen zu Blitzschutz am xDSL-Anschluss

  1. #1
    SYS64738

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    Avatar von thom53281
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    Theoretische Betrachtungen zu Blitzschutz am xDSL-Anschluss

    Hallo zusammen,

    in den letzten Wochen sind hier bei uns einige Gewitter durchgezogen und -welch Überraschung- mussten dadurch auch einige xDSL-Router ihr Leben lassen. Darunter waren auch wieder einige "Bekannte", die nicht zum ersten Mal einen Blitzschaden an ihrem Router hatten. Unvermeidbar war natürlich die Frage: Warum passiert das ständig? Wie kann ich es besser machen?

    Da ich mir nun für die einzelnen Problemfälle sowieso Gedanken machen muss, an dieser Stelle ein paar allgemeine Ausführungen zu dem Thema. Disclaimer: Bei einigen Punkten handelt es sich in erster Linie um meine persönliche Meinung und nicht um Fakten, die ich in jahrelangen Experimenten erprobt habe und mit Zahlen belegen kann. Anwendung auf eigene Gefahr.


    Wie erleidet mein xDSL-Router einen Überspannungsschaden?

    Theoretisch kann eine Überspannung über alle Anschlussbuchsen des xDSL-Routers auftreten. In erster Linie treten Überspannungsschäden aber über das Stromnetz (Netzteil) oder das Telefonnetz (xDSL-Anschlussbuchse) auf. Ferner auch mal über die analoge Telefon-Anschlussbuchse, wenn das Telefon z. B. im Haus oder sogar zu entfernt stehenden Gebäuden weiterverdrahtet ist.

    Sehen wir uns zunächst einmal einen gewöhnlichen modernen xDSL-Anschluss an:



    (Ältere Anschlüsse analog/ISDN können ggf. abweichend davon sein.)

    Im Grunde hat jeder Kunde eine Kupfer-Doppelader, die vom DSLAM/MSAN bis zum xDSL-Modem durchgeht. Der Aluschirm (ggf. Bleimantel/Stahlwellmantel) im Telefon-Erdkabel ist durchverbunden vom Kabelverzweiger bis zum APL. Korrekterweise sollte der APL in jedem Haus an der Potentialausgleichsschiene geerdet sein, ist es in der Praxis aber fast nie. Der Schirm der Innenleitung im Haus kann am APL einseitig aufgelegt sein, ist es in der Praxis aber ebenfalls auch fast nie (und auch nicht notwendig). Spätestens ab der 1. TAE gibt es aber keinerlei Erdverbindung mehr zum xDSL-Modem.

    Auch ist der Router über das Schaltnetzteil praktisch vom Stromnetz galvanisch komplett abgetrennt (das wird später noch wichtig).


    Überspannung über das Stromnetz:

    Sehen wir uns dazu zunächst einmal die Funktionsweise eines gewöhnlichen Schaltnetzteils an.



    Auf der Eingangsseite passiert die Netzspannung von 230V~ 50Hz ein Filternetzwerk und wird daraufhin gleichgerichtet und noch einmal gesiebt. Dann kommt die "Magie", eine Transistor-Schaltstufe zerhackt die gleichgerichtete Netzspannung zu einer Wechselspannung von beispielsweise 230V mit 1000kHz. Je höher die Frequenz, desto effektiver wird der Transformator und kann so deutlich kleiner ausfallen. Gängige Frequenzen von Schaltnetzteilen befinden sich im Bereich von 500-2000kHz. Im Transformator wird dann von 230V 1000KHz auf 12V 1000KHz heruntertransformiert. Nach dem Transformator wird die Wechselspannung erneut gleichgerichtet und gesiebt und kann dann als 12V Gleichspannung verwendet werden.

    Über den Transformator und den Optokoppler (je nach Schaltung) ist die Eingangsseite des Netzteils komplett galvanisch abgetrennt von der Ausgangsseite. Kommt die Überspannung also über das Stromnetz, müsste sie zunächst den Transformator oder den Optokoppler durchbrechen damit sie wirklich Schaden am Router anrichten kann. Ist die Spannung so hoch, dass das wirklich passiert, ist der kaputte Router aber wohl meistens das kleinste Problem. In den meisten Fällen überlebt schlicht die Transistor-Schaltstufe nicht und das Netzteil liefert keinen Strom mehr oder aber die Entstörbauteile im Netzteil gehen kaputt und stören den DSL-Anschluss (Router wird nicht mehr synchron, siehe EMV-Störer).


    Überspannung über das Telefonnetz - Oder: Warum sterben gerade Fritzboxen besonders oft?

    Vielleicht mag es nur Zufall sein, aber meine Beobachtungen zeigen, dass gerade Fritzboxen (oder OEM-Geräte aka AVM-Speedport) sehr oft den Blitztod sterben. Imho liegt das aber nicht daran, dass andere Router nun über hochwertigere Bauteile verfügen. Sehen wir uns nun zunächst einmal den einfachsten Fall an: Router am Stromnetz und DSL-Kabel eingesteckt. Sonst keine Kabel. Extrem vereinfacht sieht das dann so aus (ja, das Symbol ist ein Gleichrichter, aber denkt euch einen Modemchip mit Stromversorgung ):



    Wir alle wissen, damit Strom fließen kann, muss ein Stromkreis geschlossen sein. Also, wohin soll die Überspannung fließen? Sie kann nirgendwo hin, es sei denn, sie ist so hoch, dass der Trafo des Netzteils durchbrochen wird. Dann könnte es aber auch leicht sein, dass gleich die 1. TAE mit von der Wand fliegt. Ausnahme: Würde eine Überspannung zwischen den beiden ankommenden Adern des Telefonkabels kommen, so könnte diese tatsächlich den Modemchip abschießen. Allerdings ist das eher unwahrscheinlich, da die Adern im Telefonkabel die ganze Strecke unmittelbar nebeneinander liegen.


    Interessanter wird, was passiert, wenn wir weitere Netzwerkkabel am Router anschließen. Gerade im Falle von Fritzboxen sind fast immer die Ethernet-Buchsen geschirmt und mit dem Minuspol der Netzteilbuchse verbunden. Nun stecken wir doch mal einen PC an, dessen Gehäuse mit Schuko-Stecker geerdet ist:



    Oh, plötzlich ist unser Modemchip in dessen Stromversorgung (Minuspol) mit Erde verbunden. Zunächst ist das erstmal kein Problem. Im Falle einer Überspannung ist aber plötzlich der Stromkreis geschlossen (bzw. es müssen nur ein paar Mini-Bauteile ggf. durchbrochen werden). Und noch besser: Die Überspannung kann auf diesem Weg unmittelbar auch noch gleich auf die über Ethernet angebundenen und geerdeten Geräte übergreifen (denen schadet das aber meistens nicht, da das Gehäuse ja unmittelbar mit Erde verbunden ist).


    Die Lösung von AVM:

    In den neuen Premium-Fritzboxen 7490 und 7590 hat AVM nun ÜsAg eingebaut. Hier sind sie im Bild zu sehen, rechts oben links von der DSL-Buchse. Ich habe noch keine aktuelle Fritzbox zerlegt, daher kann ich nur spekulieren wohin die Box nun die Spannung über die ÜsAg ableitet. Da es zwei Stück sind, werden sie nicht nur einen Kurzschluss auf der DSL-Leitung herstellen, denn da würde eine ÜsAg bereits reichen. Und über das Netzteil kann sie es schlecht ableiten, da hier ja die Erdverbindung fehlt. Also was ist die einzige Erdverbindung, die die Box bekommt, auf der man Überspannungen ableiten kann? Ihr könnt es euch denken...



    Imho macht es das aber nicht besser. Der Modemchip ist zwar durch die ÜsAg wahrscheinlich nun besser geschützt, auf diese Art und Weise geht aber eine unmittelbare Personengefahr von herumliegenden geschirmten Netzwerkkabeln aus, wenn ein Blitz einschlägt. Zumindest sofern ich damit Recht habe, dass das so verschaltet ist.


    Wie macht man es also besser?

    • Sämtliche Masseverbindungen zum Router vermeiden, sofern dieser über geschirmte Netzwerkbuchsen verfügt. Sprich UTP-Kabel ohne Schirm verwenden zur Anbindung für andere Geräte. Die Schirme von Netzwerkkabeln würde ich im Privatbereich allgemein nicht anschließen. Gegenüber 19"-Patchfeldern im Industriebereich mit korrekter Erdung am Potentialausgleich (was auch sinnvoll ist), geerdeten Router, etc., ist eine korrekte Erdung/Schirmung von Netzwerkkomponenten im Privatbereich praktisch fast nie vorhanden. Also weg damit (oder richtig machen). Gleiches gilt btw. auch für eine USB-Verbindung am Router, wenn geerdete Geräte wie Drucker/Scanner zum Einsatz kommen (z. B. USB-Isolator).
      
    • DSL-Splitter zurück in den Schaltweg, sofern es ein VDSL-Anschluss ist (bei ADSL2+ meist nicht möglich wegen Annex J). Ja, tatsächlich, denn zumindest mit VDSL spielt es immer noch keine Rolle ob nun ein Splitter mit drin ist oder nicht (egal ob splitterloser Anschluss oder nicht), da sämtliche VDSL-Anschlüsse auf Annex B basieren. Der Splitter trennt aber die DSL-Verbindung zum Modem ggü. der Anschlussleitung galvanisch ab.
      
    • ÜsAg sollten im APL gesetzt und der APL am Potentialausgleich geerdet werden sofern er das nicht ist. Allerdings müsste das aktiv von der Telekom gemacht werden, wenn der APL versperrt ist (Erde kann man bei manchen Modellen aber an der Unterseite selbst einklemmen - siehe Bild oben). Das Erden des APL ist insofern wichtig für den Blitzschutz, da so eine Überspannung, die vom Erdreich auf das Telefonkabel übergeht, über den Aluschirm auf Erde abgeleitet werden kann und nicht irgendwo hingeht. ÜsAg gibt es als Steckmodul für neuere APL-Bauformen (ab ~1995), ältere Modelle müssen ggf. getauscht werden wenn es dafür kein Modul gibt.
      
    • Wenn weiterhin Probleme auftreten, könnte man auch über den Einsatz eines günstigen VDSL-Modems nachdenken. Zwischen einer abgeschossenen Fritzbox 7590 und z. B. einem Zyxel VMG1312 ist ja preislich doch noch ein kleiner Unterschied. Zudem sind die Fritzboxen ja bekanntermaßen sowieso nicht ideal für Vectoring-VDSL, sofern man Vectoring-VDSL hat.


    Aber in Deiner Liste fehlt nun das Stromnetz/Steckernetzteil komplett? Ja, tatsächlich, das fehlt. Wer mag, der kann sich natürlich eine Steckdosenleiste mit Überspannungsschutz kaufen für das gute Gewissen. Ob diese dann aber ein Abschießen des Routernetzteils wirklich effektiv verhindern kann, ist imho eher fraglich. Ich persönlich würde mir von dem Geld eher ein Reserve-Routernetzteil zulegen.


    Professionelle Lösungen für die DSL-Buchse:

    Hierauf muss ich nochmal gesondert eingehen. Ja, es gibt professionelle Lösungen wie beispielsweise die DEHNbox. Laut Hersteller ist diese auch für alle Signalarten bis VDSL geeignet. Ich persönlich bin da aber kein wirklicher Fan von solchen Geräten. Neben ÜsAg kommen dort auch andere Bauteile wie Varistoren und Surpressordioden zum Einsatz. Die genauen Bauteile sind hier beschrieben. Blitzschutztechnisch bietet die Box daher deutlich mehr als ordinäre ÜsAg, keine Frage, aber die zusätzlichen Bauteile können auch einen erheblichen Einfluss auf das DSL-Signal nehmen. Selbst wenn ein solcher Blitzschutzadapter laut Hersteller für das entsprechende Signal freigegeben ist, muss er nicht an jedem Anschluss problemlos funktionieren und kann möglicherweise auch erst nach Jahren Probleme verursachen (die dann keiner mehr auf den Blitzschutz-Adapter schiebt).

    Ich persönlich würde davon eher abraten und ausschließlich ÜsAg im DSL-Leitungsweg setzen. Diese kommen auch bei der Telekom zum Einsatz und sind für DSL komplett unproblematisch.


    Abschließende Worte:

    In vielen Haushalten gibt es, was das Thema Blitzschutz betrifft, viel Optimierungspotential. Viel besser ist aber immer noch, und das sollte man nie vergessen, den Stecker bei einem Gewitter zu ziehen.
    Für diesen Beitrag bedanken sich Buschfunk, Ungesund, dexter, nik, KePa
    Geändert von thom53281 (27.07.18 um 21:00 Uhr) Grund: Kleine Anpassungen

  2. #2
    SYS64738

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    Re: Theoretische Betrachtungen zu Blitzschutz am xDSL-Anschluss

    So, nun ist es tatsächlich soweit gewesen. Als ich nun die letzten Tage meinen wohlverdienten Urlaub weit weg von hier verbrachte, schlug hier tatsächlich der Blitz ein. Unmittelbar vor unserem Haus in einen Baum, ca. 15m von der Stelle entfernt, wo ich gerade diese Zeilen schreibe. Beim Nachbarn flogen die Sicherungen, bei uns hier nicht. Warum sowas immer dann passieren muss, wenn ich nicht zu Hause bin, verstehe ich nicht. Das letzte Mal auch, als ich zwei Wochen nicht da war, wurde zufälligerweise Vectoring ohne Vorankündigung aktiviert und ich hatte keinen passenden Router oben. Aber egal.

    Jedenfalls war hier dann erstmal alles offline als ich heimkam. Allerdings nicht aufgrund der Überspannung, sondern weil mein "Heimserver" sich irgendwie zufälligerweise auch um den Dreh herum aufgehangen hatte, warum auch immer (vielleicht auch tatsächlich überspannungsbedingt, ihm fehlt allerdings nichts). Ich hatte tatsächlich schon mit dem Schlimmsten gerechnet. Es ist aber tatsächlich fast nichts kaputt gegangen. Einzig der Netzwerkport vom Switch an dem mein Thinkpad X220 angesteckt war, ist nun kaputt. Kann mir da aber keinen wirklichen Reim darauf machen, warum nun ausgerechnet dieser Port kaputtgegangen ist. Mein Netzwerk ist ungefähr so aufgebaut:



    Da wäre so viel anderes Zeug dran gewesen, dem ich eine deutlich höhere Wahrscheinlichkeit zugesprochen hätte. Keine Ahnung. Ich seh da nun auch nicht wirklich eine Möglichkeit, wie man hier etwas verbessern könnte. Jedenfalls hat der TP-Link Switch eine eingebaute Diagnose. Die sagt, dass der Port kurzgeschlossen ist. Auch wenn kein Kabel am Port angesteckt ist.



    Ist natürlich super wenn man ausgerechnet mit dem X220 versucht, irgendwie die Geräte alle wieder in Gang zu bekommen. Da fällt einem erstmal das Herz in die Hose wenn man garnix mehr anpingen kann.

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