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Potentialausgleich

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Erdungsanlagen

Grundlagen

Erdungsanlagen sind erforderlich für Blitzschutzsysteme sowie für die Schutzmaßnahmen bei indirektem Berühren in TN-, TT- und IT-Systemen. Je nach ihrem Zweck müssen bestimmte Grenzen des Ausbreitungswiderstandes über längere Zeit eingehalten werden. Dabei dürfen Wasserrohre oder andere angeschlossene metallene Rohrsysteme nicht die Funktion des Erders übernehmen, die Erdungsanlage muss also auch ohne sie ihre Funktion beibehalten. Bestandteil der Erdungsanlage sind ein oder mehrere miteinander leitend verbundene Erder und die Erdungsleitung, welche ein zu erdendes Anlagenteil mit dem Erder verbindet. Erder gibt es als Oberflächenerder, Tiefenerder und Fundamenterder.

Oberflächenerder

Sie werden im Allgemeinem in geringer Tiefe bis 1 m in die Erde eingebracht, mindestens aber 0,5 m. Das Material ist verzinkter Stahl, entweder als Bandstahl mit den Mindestmaßen 30 mm x 3,5 mm bzw. 25 mm x 4 mm (Mindestdicke 3 mm) oder als Rundstahl mit einem Durchmesser von 10 mm. In Ausnahmefällen wird auch Kupfer oder Seilmaterial verwendet. Andersherum kann es aus Korrosionsschutzgründen erforderlich werden korrosionsfesten Edelstahl (V4A) zu verwenden. In folgenden Formen kann die Verlegung im Erdreich erfolgen:

Banderder in gestreckter Form

Ist Gebräuchlich bei der Kabelverlegung, da der Kabelgraben den Erder mit aufnehmen kann.

Ringerder

Wird oft als Blitzschutzerder verwendet. Dabei umschließt er in etwa 1 m Entfernung das zu schützende Gebäude. wenn z.B. in einem Altbau der Fundamenterder fehlt. Er eignet sich besonders zur Potentialsteuerung, also zur Verringerung der Schrittspannung an der Erdoberfläche.

Strahlenerder

Hier werden um einen Punkt bis zu 6 Banderder strahlenförmig verlegt. So bekommt man auf einer Erdoberfläche mit geringer Ausdehnung einen verhältnismäßig kleinen Ausbreitungswiderstand. Verbindet man jetzt die äußeren Strahlen noch durch einen Ring, erhält man einen Maschenerder, welcher z.B. in Großerdungsanlagen eingesetzt wird.

Tiefenerder

Der Nachteil von Oberflächenerdern liegt darin, dass der gewachsene Boden herausgehoben und nach dem Einsetzen des Erders eingeschlemmt oder eingestampft werden muss und erst danach der Ausbreitungswiderstand gemessen werden kann. Dies wird bei der Verwendung von Staberdern vermieden, die auch Kreuz- oder Rohrerder genannt werden. Sie werden direkt mit einer Rammeinrichtung in den Erdboden geschlagen. Sie bestehen aus verzinktem Stahl wie 1„-Rohr oder Profilstahl als Kreuzprofil 50 mm x 3 mm. In Sonderfällen wird auch kupferplattierter Stahl oder Kupfer verwendet, wie korrosionsfester Edelstahl aus Gründen des Korrosionsschutzes. Wenn mehrere Erder parallel eingeschlagen werden sollen, muss, um den kleinsten Ausbreitungswiderstand zu erreichen, der seitliche Abstand mindestens der doppelten Tiefe entsprechen.

Fundamenterder

Vom VNB wird in Verbindung mit dem Schutzpotentialausgleich ein in das Gebäudefundament eingelegter Ringerder gefordert, der als Fundamenterder bezeichnet wird, wodurch der Potentialausgleich wesentlich wirksamer gestaltet werden soll. Weitere Erdungsaufgaben, die er übernehmen kann sind z.B. in TT-Netzen mit Schutz durch RCD oder in Blitzschutz-, Antennen- und Fernmeldeanlagen. Vom Bauherren, Architekten oder Fachplaner ist das Verlegen des Fundamenterders zu veranlassen und diese Arbeiten dürfen nur durch eine in das Installateurverzeichnis des zuständigen Netzbetreibers eingetragene Elektrofachkraft, Blitzschutzfachkraft oder durch eine Baufachkraft unter Aufsicht einer dieser Fachkräfte ausgeführt werden. Ebenso darf der Anschluss des Fundamenterders an die Haupterdungsschiene sowie das Herstellen des Schutzpotentialausgleichs ausschließlich durch eine Elektrofachkraft erfolgen.

Für den Fundamenterder wird verzinkter oder schwarzer Bandstahl 30 mm x 3,5 mm, 25 mm x 4 mm oder Rundstahl mit mindestens 10 mm Durchmesser eingesetzt. Der Stahl wird dabei als geschlossener Ring unterhalb der Isolierschicht im Bereich der Außenmauern des Gebäudes verlegt. Dehnfugen müssen mit geeigneten Dehnungsbändern überbrückt werden. Wird der Ring größer als 20 m x 20 m sind Querverbindungen herzustellen. Die Anschlussfahne zum Anschluss an die Haupterdungsschiene ist als freies Ende des Bandstahles bis in den Hausanschlussraum zu führen. Soll der Fundamenterder zusätzlich als Blitzschutzerder genutzt werden, müssen weitere Anschlussfahnen außen in geeignetem Abstand vom Fundamenterder abgezweigt werden. Die Anschlussfahnen werden entweder mit Ummantelungen mit ausreichendem Korrosionsschutz versehen oder bestehen aus Edelstahl, welcher im Außenbereich als einzigstes zulässig ist.

Wenn der Fundamenterder nicht im Gebäudefundament untergebracht werden kann oder das Fundament isoliert von der Umgebung aufgebaut ist, muss um das Fundament ein zusätzlicher Ringerder verlegt werden. Dieser Ringerder muss aus korrosionsfreiem Edelstahl bestehen und hat die gleichen Maße wie der Fundamenterder. Außerdem müssen alle Verbindungsstellen eine gute Leitfähigkeit aufweisen, was durch geeignete Klemmen, Schrauben oder Schweißen sichergestellt werden kann. Sofern der Beton maschinell verdichtet wird und im Außenbereich sind Keilverbindungen unzulässig. Schließlich ist für den Fundamenterder eine Dokumentation zu erstellen mit Ergebnissen der Durchgangsmessung, Plänen und/oder Fotos.

Erdungsleitungen

In gleicher Weise wie der Schutzleiterquerschnitt ist auch der Mindestquerschnitt von Erdungsleitungen auszuwählen.

Zuordnung von Schutzleitern und Erdungsleitungen zu Außenleiter
Außenleiterquerschnitt
in mm² Kupfer
Schutzleiter getrennt verlegt oder Erdungsleiter
mechanisch geschützt
A in mm² Kupfer
mechanisch ungeschützt
A in mm² Kupfer
0,5 bis 2,5 2,5 4
4 4 4
6 6 6
10 10 10
16 bis 35 16 16
50 25 25

Bei ungeschützter Verlegung darf kein Aluminium verwendet werden und feuerverzinkter Bandstahl ist erst ab 50 mm² zulässig. Die Mindestquerschnitte für Erdungsleiter in der Erde sind:

Verlegung mechanisch geschützt mechanisch ungeschützt
isoliert wie Schutzleiter (Tabell oben) 16 mm² Cu
16 mm² Fe
blank 25 mm² Cu
50 mm² Fe feuerverzinkt

Zum Messen des Ausbreitungswiderstandes müssen Erdungsleitungen Vorrichtungen zum Abtrennen erhalten, die zugänglich und nur mit Werkzeug lösbar sein müssen. Weiterhin können sie zweckmäßig mit der Haupterdungsschiene kombiniert werden. Die Anschlussstelle am Erder kann durch eine Schweißstelle oder gesicherte Schrauben realisiert werden. Bei der Verwendung von Schellen, sind dafür mindestens eine M10- oder vier M6-Schrauben notwendig. Im Erdreich müssen Verbindungsstellen erforderlichenfalls gegen Korrosion geschützt werden, wenn Z.B. verschiedene Metalle zusammenkommen.

Bestimmung des Erdungswiderstandes

Bodenart Spez. Widerstand Erdungswiderstand Ω
Staberder Banderder Ringerder
Ωm 3m 6m 5m 10m 20m 20m Ø
Moorboden, Sumpf, Humuserde in feuchter Lage 30 10 5 12 6 3 1
Lehmboden, Tonboden, Ackerboden 100 33 17 40 20 10 4
Sandiger Lehm 150 50 25 60 30 15 5
Sandboden feucht 200 66 33 80 40 20 7
Sandboden trocken 1000 330 165 400 200 100 32
Kies feucht 500 166 83 200 100 50 16
Kies trocken 1000 330 165 400 200 100 32
Steiniger Boden 3000 1000 500 1200 600 300 95
Beton
Zement, rein 50 - - 20 10 5 1,7
1 x Zement + 3 x Sand 150 - - 60 30 15 5
1 x Zement + 5 x Kies 400 - - 160 80 40 13
1 x Zement + 7 x Kies 500 - - 200 100 50 17

Aus dieser Tabelle kann je nach Bodenart für Stab-, Band- und Ringerder die Höhe des Erdungswiderstandes angenähert bestimmt werden.


Schutzpotentialausgleich

Man unterscheidet nach DIN VDE 0100 zwischen dem Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene und dem zusätzlichen Schutzpotentialausgleich. In jedem Gebäude muss der Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene ausgeführt werden. Dabei sind die folgenden Teile möglichst im Bereich ihres größten Querschnitts miteinander zu verbinden:

  • Schutzleiter bzw. PEN-Leiter
  • Erdungsleitungen
  • Wasserrohre
  • Gasrohre
  • andere metallene Rohrsysteme, z.B. von Heizungsanlagen
  • soweit möglich metallene Teile der Gebäudekonstruktion

Diese Teile werden über eine Haupterdungsschiene , die in der Nähe des Hausanschlusses angebracht wird, zusammengeführt.

Zusätzlicher Schutzpotentialausgleich

Er ist dann vorzusehen, wenn in einem Raum, in einer Anlage oder einem Teil davon die festgelegten Bedingungen für das automatische Abschalten nicht ausreichen, wie z.B. in einem Badezimmer. Es müssen alle gleichzeitig berührbaren Körper ortsfester Betriebsmittel und alle fremden leitfähigen Teile in den zusätzlichen Schutzpotentialausgleich einbezogen werden, sowie eine Verbindung zum Schutzleiter aller Betriebsmittel und Steckdosen hergestellt werden. Er kann auch durch fremde leitfähige Teile wie Metallkonstruktionen hergestellt werden.

Prüfung des Schutzpotentialausgleichs

Die Prüfung erfolgt hauptsächlich durch Besichtigung und Messung, wobei durch eine Widerstandsmessung nachzuweisen ist, dass zwischen allen einbezogenen Teilen und der Haupterdungsschiene eine ausreichende elektrische Verbindung besteht. Diese Prüfung ergänzt die Schutzmaßnahmeprüfungen und ist mit vielen Isolationswiderstandsmessgeräten möglich, die auch niederohmige Widerstände messen können. Dabei müssen sie mindestens einen Messstrom von 0,2 A aufweisen.

Mindestquerschnitte für Schutzpotentialausgleichsleiter

Schutzpotentialausgleich über HaupterdungsschieneMinimum: 6 mm² Cu
Zusätzlicher SchutzpotentialausgleichAPA = 0,5 x APE (Betriebsmittel-PE), zwischen 2 Körpern der kleinere PE, Minimum: 2,5 mm² Cu mit bzw. 4 mm² Cu ohne mechanischen Schutz