Was ist Erdung? Arten, Normen, Bodenwiderstand und Anwendungsleitfaden

Die Sicherheit elektrischer Anlagen wird nicht nur durch die Auswahl geeigneter Materialien, sondern auch durch die Erdung des Systems gemäß internationalen Normen gewährleistet. Die Erdung ist eine der wichtigsten Komponenten elektrischer Anlagen, sowohl für die Sicherheit von Personen als auch für den Schutz von Geräten. In diesem Leitfaden erläutern wir detailliert aus ingenieurtechnischer Sicht, was Erdung ist, warum sie durchgeführt wird, welche Arten und Normen es gibt, wie der Erdungswiderstand gemessen wird und welche grundlegenden Anwendungsschritte erforderlich sind.

Was ist Erdung?

Die Erdung ist eine Sicherheitsmaßnahme, die sicherstellt, dass Ableitströme in elektrischen Systemen kontrolliert über den Weg des geringsten Widerstands in die Erde abgeleitet werden . Ein fachgerecht ausgelegtes Erdungssystem schützt Personen vor Stromschlägen, verhindert Schäden an Geräten und gewährleistet den sicheren Betrieb der Anlage.

Um es in internationalen Begriffen auszudrücken: Gemäß der Norm TS EN 60364-5-54 ist Erdung die direkte Verbindung von inaktiven Metalloberflächen oder des Neutralpunkts mit der Erde über einen Leiter mit elektrischer Durchgängigkeit.

Warum wird eine Erdung durchgeführt?

Ohne ordnungsgemäße Erdung können elektrische Fehler Geräte, Anlagen und vor allem Menschen direkt beschädigen. Ein intaktes Erdungssystem reduziert die folgenden Risiken erheblich:

• Verringerung des Risikos eines Stromschlags: Leckströme fließen durch den Boden, nicht durch den menschlichen Körper.
• Beseitigung von Spannungsungleichgewichten: Dadurch werden Schäden an Geräten in Fällen wie Neutralleiterbruch oder Phasenungleichgewicht verhindert.
• Geräte- und Anlagenschutz: Geräte, die Körperspannungen ausgesetzt sind, werden durch Erdung geschützt.
• Blitzschutz: Blitzeinschläge und plötzliche Spannungsspitzen werden kontrolliert in den Boden abgeleitet.
• Betriebskontinuität: Störungen sind lokal begrenzt, wodurch ein vollständiger Anlagenstillstand verhindert wird.

Welche verschiedenen Arten der Erdung gibt es?

Erdungsanwendungen können je nach Zweck und Anlagenstruktur in drei Hauptkategorien unterteilt werden: Schutzerdung , Betriebserdung und Blitzschutzerdung .

Schutzerdung

Schutzerdung ist das Verfahren, bei dem inaktive Metalloberflächen (Gerätegehäuse, Schaltschrankgehäuse, Metallrohre usw.) in elektrischen Anlagen mit der Erde verbunden werden. Ihr Hauptzweck ist der Schutz von Personen vor Stromschlägen .

Anwendungsbeispiele:

• Erdungsanschlüsse von Steckdosen und Endgeräten.
• Erdung von Maschinen wie Motoren, Pumpen und Ventilatoren.
• Erdung von Schalttafeln, Schränken und Metallgehäusen.
• Außenbeleuchtungsmasten und Metallkonstruktionen

Industrielle Erdung

Die Betriebserdung ist der Vorgang, bei dem der Neutralpunkt oder bestimmte Schaltungskomponenten eines elektrischen Systems unter normalen Betriebsbedingungen gemäß den Betriebsprinzipien des Systems mit der Erde verbunden werden. Ziel ist es, einen stabilen und sicheren Betrieb des Systems zu gewährleisten .

Anwendungsbeispiele:

• Sternpunkt (Neutralleiter) des Transformators
• Generator-Neutralleiter-Erdung
• Sternpunkt-Erdung in Mittelspannungssystemen.

Blitzerdung

Die Blitzschutzerdung ist ein System in Blitzschutzanlagen, das die sichere Ableitung von Hochenergieströmen von den Fangklemmen und Ableitern in die Erde gewährleistet. Die Norm TS EN 62305 definiert die Auslegungskriterien für diese Systeme.

Die Blitzschutzerdung schützt Gebäude und Anlagen vor mechanischen Schäden, Bränden, Überspannungen und Schäden an elektronischen Geräten, die durch Blitzeinschläge verursacht werden können.

Wie funktioniert Erdung?

Erdungsanwendungen bestehen nicht einfach darin, einen Erdungsstab in den Boden zu treiben. Bodeneigenschaften, spezifischer Widerstand, Elektrodentiefe, Leiterquerschnitt, Anschlusstechniken und gesetzliche Bestimmungen müssen berücksichtigt werden. Im Folgenden finden Sie die grundlegenden Schritte einer fachgerechten Erdungsanwendung.

1) Bodenvermessung und -planung

Für eine fachgerechte Erdungsplanung muss zunächst der spezifische Widerstand (ρ) des Bodens gemessen werden. Die gebräuchlichste Methode hierfür ist die Wenner-Vier-Elektroden-Methode .

ρ = 2 · π · a · R

• ρ : Bodenwiderstand (Ω·m)
• a : Abstand zwischen den Elektroden (m)
• R : Gemessener Widerstand (Ω)

Ungefähre spezifische Widerstandsbereiche je nach Bodenart der Probe:

2) Platzierung der Erdungselektroden

Am häufigsten werden kupferummantelte Stahlstäbe und verzinkte Stahlbleche als Elektroden verwendet. Die Anordnung der Elektroden richtet sich nach dem spezifischen Erdungswiderstand und dem gewünschten Erdungswiderstand.

• Stabelektroden werden üblicherweise in Längen von beispielsweise 1 m, 3 m oder 6 m verwendet.
• Der Elektrodenkopf sollte etwa 30–40 cm unter der Erde bleiben, um ihn vor Frost und äußeren Einflüssen zu schützen.
• Wenn der gewünschte Widerstand nicht erreicht werden kann, werden mehrere Elektroden in Stern-, Ring- oder Maschenanordnung verwendet.

Der Standort der Erdungselektrode sollte aus Sicherheitsgründen so nah wie möglich am Fundament des Gebäudes und so weit wie möglich von unterirdischen Versorgungsleitungen (Wasser, Abwasser, Erdgas usw.) entfernt gewählt werden.

3) Grundlegende Erdungsanwendung

Eine der zuverlässigsten Methoden zur Fundamenterdung bei Neubauten ist die Fundamenterdung . Gemäß TS EN 50522 und den zugehörigen Vorschriften wird durch das Verlegen von verzinkten Bändern im Betonfundament ein geschlossener Erdring gebildet.

• Verzinkte Streifen (z. B. 30×3 mm, 25×4 mm) werden entlang der Fundamentplatte oder der Fundamentbalken verlegt.
• Die elektrische Durchgängigkeit der Stahlbetonbewehrung ist gewährleistet.
• Für den Anschluss an die Außenseite des Fundaments sind Steigleitungsanschlüsse vorgesehen, die mit dem externen Erdungssystem verbunden sind.

Dank der Fundamenterdung wird zwischen Gebäude und Erdreich ein Erdungssystem mit großer Oberfläche und niedrigem Widerstand realisiert. Weitere technische Details zu dieser Anwendung finden Sie in der Gebrauchsanweisung für Fundamenterdungsbänder von Esco Elektrik.

4) Anschluss der Erdungsleiter

Kupfer, verzinktes Band oder Kupferlitze sind bevorzugte Leitermaterialien für Erdungsleiter. Die Robustheit und Korrosionsbeständigkeit der Anschlusspunkte sind entscheidend für die Langlebigkeit des Systems.

• Exothermes Schweißen: Es erzeugt eine dauerhafte Verbindung auf molekularer Ebene zwischen Erdungsstäben, -bändern und -leitern. Es ist die zuverlässigste Lösung gegen Korrosion.
• Schraub- und Klemmverbindungen: Einfach zu montieren, erfordern jedoch regelmäßige Wartung, um den Witterungseinflüssen standzuhalten.
• Verbindungsschienen: Dienen dazu, verschiedene Zweige des Erdungssystems an einem einzigen Punkt zu verbinden.

Thermogeschweißte Verbindungen sind besonders in kritischen Anlagen und im Außenbereich vorzuziehen. Der Auswahlleitfaden für Erdungspfähle und -platten von Esco Elektrik hilft Ihnen bei der Materialauswahl.

5) Messung des Erdungswiderstands

Nach Abschluss der Erdungsinstallation muss der Erdungswiderstand des Systems gemessen werden . Für diese Messung werden im Allgemeinen spezielle Geräte (Erdungsmessgeräte) bevorzugt, die das 3-polige (3P) oder 4-polige (4P) Verfahren verwenden.

Allgemein akzeptierte Zielwerte für den Widerstand:

Die Messergebnisse müssen aufgezeichnet und in regelmäßigen Abständen wiederholt werden (in Industrieanlagen üblicherweise mindestens einmal jährlich).

6) Regelmäßige Inspektionen und Wartung

Die Leistungsfähigkeit von Erdungssystemen kann sich im Laufe der Zeit durch Korrosion, Veränderungen der Bodenstruktur und mechanische Einwirkungen verschlechtern. Daher:

• In Industrieanlagen einmal jährlich
• Blitzschutzsysteme sollten mindestens einmal jährlich überprüft werden.
• Häufigere Kontrollintervalle in Gefahrenbereichen (Explosionsgebiete usw.).

Messungen und Sichtprüfungen werden empfohlen. Verbindungsstellen, Thermoschweißungen, Streifen und Stäbe sollten regelmäßig überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden.

Zu beachtende Punkte bei der Erdung

• Erdungselektroden müssen in sicherem Abstand zu unterirdischen Wasser-, Abwasser-, Erdgas- und ähnlichen Netzen angebracht sein.
• In sehr steinigem, trockenem Sand oder felsigem Gelände ist es schwierig, mit einer einzelnen Elektrode einen niedrigen Widerstand zu erzielen; ein System mit mehreren Elektroden und Ringen ist vorzuziehen.
• Die Leitfähigkeit des Bodens hat einen direkten Einfluss auf die Systemleistung; Böden mit niedrigem Widerstand sollten bevorzugt werden.
• Die Verbindungen müssen frei von Spiel und Oxidation sein; wenn möglich, sollte Thermoschweißen angewendet werden.
• Nach der Installation müssen Messungen durchgeführt werden, und Systeme, die den Zielwert überschreiten, dürfen nicht in Betrieb genommen werden.

Wie lässt sich der Erdungswiderstand reduzieren?

Folgende Methoden können angewendet werden, um den Erdungswiderstand auf das gewünschte Niveau zu reduzieren:

• Installieren Sie zusätzliche Erdungsstäbe und vergrößern Sie den Abstand zwischen ihnen.
• Um eine stern-, ring- oder netzartige Elektrodenanordnung aufzubauen,
• Durch das Eindringen in tiefere Schichten können wir feuchte und leitfähige Schichten erreichen.
• Verwendung von Bodenverbesserungsmitteln wie Bentonit,
• Vergrößerung der Oberfläche durch einen Erdungsstreifen.

Die technischen Inhalte von Esco Elektrik zu korrekten Erdungsmethoden und Erdungsarten dienen Ingenieuren und Installateuren als Leitfaden während der Anwendungsphase.

Materialien, die bei der Erdung verwendet werden

• Kupferummantelte Stahlerdungsstäbe
• Verzinkte Band- und Flachstangenleiter
• Kupferleiter und Litzendraht
• Erdungsschienen und Anschlussklemmen
• Thermoschweißformen und Schweißpulver
• Erdungskästen und Anschlusspunkte

Die richtige Auswahl dieser Materialien, sachgemäße Installationstechniken und die Einhaltung der relevanten Normen bilden die Grundlage für ein langlebiges und sicheres Erdungssystem.

Vorteile von Erdungssystemen

• Es minimiert das Risiko eines Stromschlags.
• Es verringert das Risiko von Bränden, die durch elektrische Störungen verursacht werden.
• Es verlängert die Lebensdauer elektrischer und elektronischer Geräte.
• Es unterstützt die Produktions- und Geschäftskontinuität.
• Es gewährleistet die Einhaltung von Vorschriften und Normen.

Häufig gestellte Fragen

Welchen Wert sollte der ideale Erdungswiderstand in Ohm haben?

In Wohn- und Gewerbegebäuden liegt der allgemein akzeptierte Zielwert bei 5 Ω und darunter . In Umspannwerken, empfindlichen elektronischen Systemen und Telekommunikationseinrichtungen kann dieser Wert weiter reduziert werden (1–3 Ω).

Was passiert, wenn keine Erdung vorhanden ist?

Ohne ordnungsgemäße Erdung können sich in Gerätegehäusen gefährliche Spannungen aufbauen, die zu ernsthaften Risiken wie Stromschlag, Geräteschäden und Brand führen. Darüber hinaus können Blitzeinschläge und Überspannungen erhebliche Schäden an Anlagen und Geräten verursachen.

Wie sollte ein Erdungskabel beschaffen sein?

Der Schutzleiter besteht üblicherweise aus grün-gelben Kupferleitern und muss den geltenden Normen sowie dem zu führenden Kurzschlussstrom entsprechen. Die Norm TS EN 60364-5-54 definiert die Mindestwerte für Schutzleiterquerschnitte.

Wie häufig sollten Erdungsmessungen durchgeführt werden?

In Industrieanlagen und kritischen Systemen wird empfohlen, den Erdungswiderstand mindestens einmal jährlich und bei empfindlicheren Anwendungen alle sechs Monate zu messen. Regelmäßige Inspektionen und Messungen sind auch bei Blitzschutzsystemen vorgeschrieben.

Welche Normen müssen bei Erdungssystemen eingehalten werden?

Die wichtigsten Referenzen für Erdungsanwendungen in elektrischen Anlagen in der Türkei sind TS EN 60364-5-54 , TS EN 50522 , TS EN 62305 und die Verordnung über elektrische Inneninstallationen . Die Einhaltung dieser Normen ist sowohl aus rechtlicher Sicht als auch für die Betriebssicherheit von entscheidender Bedeutung.