Überprüfen der Erdungswiderstände bei Gebäuden
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WERKSTATT & BETRIEB Überprüfen der Erdungswiderstände bei Gebäuden Die meisten Gebäude verfügen über geerdete elektrische Anlagen, sodass der Strom bei Blitzeinschlag oder Überspannungen im Versorgungsnetz einen sicheren Erdungspfad findet. Die BGV schreibt für Anlagen mit durchschnittlichen Betriebszeitanforderungen regelmäßig eine Überprüfung des Erders vor. Dieser Beitrag erläutert die Grundprinzipien von Erdung und beschreibt die grundsätzlichen Prüfverfahren. Wozu Erden? Normen nennen zwei Hauptgründe für das Anlagen eine bedrohliche Überspannung zur Folge haben. Erden einer Anlage: die Stabilisierung der Spannung gegen Ein Erder mit niedrigem Widerstand hilft, den Spannungs- über dem Erdpotential während des normalen Betriebs und anstieg an der Anlage zu begrenzen. Ein niedriger Erdwider- das Begrenzen des Spannungsanstiegs bei Erdschluss, stand kann auch einen Rückweg für Überspannungen aus Blitzschlag, Überspannungen oder unbeabsichtigtem Kon- dem Stromnetz liefern. takt mit Leitungen, die höhere Spannungen führen. Bei einem Blitzeinschlag in das Stromnetz oder in der Nähe eines Gebäudes hilft ein Erder mit niedrigen Widerstand, die Widerstand des Erders Energie in das Erdreich abzuleiten. Die Erdungs- und An- Der Widerstand des Erders hängt von zwei Faktoren ab: dem schlusssysteme verbinden den Erdboden mit der elektri- spezifischen Widerstand des Erdbodens und der Konstruk- schen Anlage und dem Fundamenterder des Gebäudes. Bei tion des Erders. Der spezifische Widerstand des Erdbodens einem Blitzeinschlag befindet sich die gesamte Anlage auf ist schwierig anzugeben, da er: einem fast einheitlichen Potential. Durch eine geringe Po- • von der Bodenzusammensetzung abhängt (zum Beispiel tentialdifferenz können Schäden minimiert werden. Falls ein Mittelspannungsnetz in Kontakt mit einem Niederspannungsnetz kommt, könnte dies für die nahe gelegenen 2 Bernd Schwedler building & automation I Heft 7 – 2013 Lehm, Kies und Sand), •je nach Materialmischung auch über geringe Distanzen variieren kann, WERKSTATT & BETRIEB building & automation I Heft 7 – 2013 3 WERKSTATT & BETRIEB • vom Mineralgehalt abhängt (Salze), • von der Bodenverdichtung abhängt, die sich durch Setzen auch im Laufe der Zeit ändern kann, •Eingangsfilter sorgen für die Trennung des Prüfsignals von Fremdsignalen. Stromzangen-Erdungsprüfgeräte ähneln einer Strommess- •sich mit der Temperatur und Befrostung ändert, zange. Sie unterscheiden sich jedoch darin, dass sie über • durch im Boden befindliche Metallteile, wie Tanks, Rohre einen Speisewandler und einen Messwandler verfügen. Der und Baustahl beeinflusst werden kann sowie Speisewandler legt eine Spannung an den zu prüfenden • sich mit der Bodentiefe ändert. Stromkreis und der Messwandler misst den resultieren- Da der spezifische Widerstand mit zunehmender Boden- den Strom. Das Stromzangen-Erdungsprüfgerät verwendet tiefe meist abnimmt, werden die Erder zur Verringerung ­eine hoch entwickelte Filtertechnik, um das eigene Signal der Erdungswiderstands möglichst tief verlegt. Durch Ver- von Fremdsignalen zu trennen. wendung eines Felds aus mehreren Erdern, eines Leiterrings oder eines Systems kann die wirksame Fläche eines Erders erhöht und damit ebenfalls der Erdungswiderstand Sicherheit bei Erdungsprüfungen verringert werden. Bei mehreren Erdern sollten die Abstän- Beim Herstellen der Verbindungen sollten immer isolie- de größer als deren jeweiliger „Einflussbereich“ sein. Als rende Elektrikerhandschuhe, eine Schutzbrille und weitere Faustregel gilt: die Abstände größer halten als die Länge ­geeignete persönliche Schutz­aus­rüs­tung verwendet wer- der Elemente. den. Um an einem Erder eine grundlegende Erdungsprü- Die Festlegung zulässiger Grenzwerte für den Erdungswi- fung (Spannungsfallverfahren) durchzuführen, muss der derstand des Erders ist in Normen beschrieben; teilweise Erder vom Gebäude getrennt werden. Selektive Verfah- wird sie durch die technischen Anschlussbedingungen ren ermöglichen eine genaue Prüfung ohne Trennung des (TAB) der örtlichen Energieversorger ergänzt. ­Erders. Funktionsweise von Erdungswiderstands­prüfgeräten Ein Erdungsfehler in der Anlage kann bewirken, dass ein erheblicher Strom durch den Erdungsleiter fließt. Bevor eine Widerstandsprüfung durchgeführt wird, sollten etwaige Ströme mit einer Strommesszange ermittelt werden. Be- Erdungswiderstandsprüfgeräte liegen in zwei Arten vor: als triebsstromführende Erder können beim Öffnen das volle drei- und vierpolige Erdungsprüfgeräte sowie als Stromzan- Potential der Netzspannung annehmen, daher ist Vorsicht gen-Erdungsprüfgeräte. Bei beiden Typen wird eine Span- geboten. Bei Eisenbahnanlagen können dies die 15 000 V nung am Erder angelegt und der resultierende Strom gemes- der Oberleitung sein. Bei auftretenden Strömen im Erder ist sen. Bei einem drei- oder vierpoligen Erdungsprüfgerät sind daher deren Herkunft zu prüfen. Stromquelle und Spannungsmessgerät in einem Gehäuse Wenn ein Erder von einer elektrischen Anlage getrennt kombiniert. Es werden mehrere Erdungsspieße verwendet. wird, sollte diese Maßnahme während einer Wartungsab- Erdungsprüfgeräte haben folgende Eigenschaften: schaltung im spannungslosen Zustand erfolgen. Andern- •Sie nutzen Wechselprüfstrom, da der Erdboden Gleich- falls ist während der Prüfung vorübergehend ein Hilfserder strom eher schlecht leitet. an die elektrische Anlage anzuschließen. • Die Prüffrequenz liegt in der Nähe der Netzfrequenz und Bei Blitzgefahr darf der Erder keinesfalls abgeklemmt wer- deren Oberwellen, ist davon jedoch unterscheidbar. So den. Durch einen Erdungsfehler im näheren Umkreis kann wird verhindert, dass die Messung des Erdungswider- im Erdreich ein Spannungsanstieg auftreten. Die Ursache stands durch Streuströme gestört wird. des Erdungsfehlers liegt möglicherweise nicht in der über- • Separate Speise- und Messleitungen dienen zur Kompensation der großen Leitungslängen. prüften Anlage, kann aber eine Spannung zwischen den Prüfelektroden bewirken. Dies kann in der Nähe von Umspannwerken oder Fernleitungen des Energieversorgungsunternehmens besonders gefährlich sein. Autor: Elektromeister Bernd Schwedler ist als Seminarleiter für die Fluke Deutschland GmbH in Glottertal tätig. Erdungswiderstandsprüfgeräte verwenden weitaus höhere Ströme als herkömmliche Multimeter. Sie können Ausgangsströme von bis zu 250 mA liefern. Alle im Prüffeld anwesenden Personen sollten sich darüber bewusst sein; sie sollten davor gewarnt werden, die Prüfsonden bei aktiviertem Gerät zu berühren. Vor dem Prüfen des Erders ist dessen Verbindung zum Fundamenterder zu kontrollieren. Die meisten Prüfgeräte 4 building & automation I Heft 7 – 2013 WERKSTATT & BETRIEB können zweipolige Prüfungen und Niederohmmessungen durchführen und eignen sich daher für diese Aufgabe. Werte von unter 1 Ω sollten am Potentialausgleichsleiter, zwischen dem Potentialausgleichsleiter und dem Erderanschluss, zwischen der Erderleitung und dem Erder sowie an allen anderen Verbindungen zwischen dem Potentialausgleichsleiter und dem Erder erreicht werden. Meßverfahren für den Erdungswiderstand Das Spannungsfallverfahren ist das „traditionelle“ Verfah- Ein Erdungssystem mit Fundament- und Tiefenerder ren zur Prüfung des Erderwiderstands. In seiner grundlegenden Form funktioniert es gut bei Systemen mit einem Erderfeld oder dem Fundamenterder eines Gebäudes zu oder zwei Tiefenerdern. Bei dem Verfahren werden drei trennen. Der Anwender muss daher nicht auf eine Abschal- Erdungsverbindungen an verschiedenen Orten hergestellt. tung warten, um die Prüfung vorzunehmen, und nicht die Daher auch der Name „dreipoliges Verfahren“. Für präzise Risiken eingehen, die mit der Trennung des Erders von einer Messungen und niedrige Widerstände kann auch ein vierter spannungsführenden Anlage einhergehen. Pol verwendet werden. Das spieslose Verfahren oder Stromzangenverfahren er- Das selektive Verfahren ist eine Variante des Spannungs- möglicht die Messung des Widerstands einer Reihenschal- fallverfahrens, die bei hoch entwickelten Erdungsprüfgerä- tung von Erdern. Die Prüfung ist einfach und kann an einem ten, wie dem Fluke 1623/1625, zur Verfügung steht. Prüf- Erder durchgeführt werden. Das Prüfgerät verwendet einen gerate mit dieser Funktion können den Erdungswiderstand speziellen Wandler, der am Erdungsleiter eine Spannung eines bestimmten Erders messen, ohne diesen von einem mit einer spezifischen Prüffrequenz erzeugt. Ein zweiter building & automation I Heft 7 – 2013 5 WERKSTATT & BETRIEB kreises bildet, kann sie nur nach erfolgtem Anschluss am Netz angewendet werden. Für diese Messung ist parallel zu dem zu prüfenden Erder ein Pfad mit niedrigem Widerstand erforderlich. Bei den meisten Anlagen ist der Erder zu den zahlreichen Erdern des Versorgungsnetzbetreibers parallel geschalE Erder P2 Sonde C2 Hilfserder tet. Bei diesen Erdern kann es sich um Tiefenerder, Plattenerder oder um unisolierte Neutralleiter handeln. Die Erder des Versorgungsnetzbetreibers haben in der Regel den erforderlichen V niedrigen Gesamtwiderstand. Zweipoliges Verfahren gemessener Widerstand I gültiger Widerstand Beim zweipoligen Verfahren wird ein Hilfserder verwendet, zum Beispiel ein Wasserrohr. Das Prüfgerät misst die Summe aus dem Erdungswiderstand des zu prüfenden Erders, dem Abstand P2 von E Erdungswiderstand des Hilfserders Beim Spannungsfallverfahren werden drei Erdungsverbindungen an verschiedenen und dem Widerstand der Messleitun- Orten hergestellt gen. Es wird angenommen, dass der Erdungswiderstand des Hilfserders niedrig ist. Dies trifft bei Metallrohren ohne Kunststoffsegmente oder isolierte Verbindungsstücke vermutlich zu. Der Einfluss der Messleitungen Source Measure Grounding Electrode Conductor Measure kann durch Messung bei kurzgeschlossenen Leitungen und Subtrahieren dieses Messwerts vom Endergebnis eliminiert werden. Auch wenn das zweipolige Verfahren > 10 cm praktisch ist, muss dabei sorgfältig vorgegangen werden: Ein Wasserrohr kann Elemente aus PVC enthalten, die den Messwert erheblich erhöhen können. Der Hilfserder befindet sich möglicherweise nicht außerhalb des Einflussbereichs des zu prüfenden Erders. In diesem Fall kann der MessAnschließen des Saturn Geo X für eine spießlose Messung wert niedriger als der tatsächliche Wert sein. Aufgrund der unbekannten 6 Wandler kann diese Frequenz heraus- Fluke 1625 oder dem Fluke 1623, so- Einflussgrößen bei diesem Verfahren filtern und den resultierenden Strom wie bei Prüfgeraten mit einzelner ist es nur zu empfehlen, wenn das Er- durch den Stromkreis messen. Diese Stromzange, wie dem Fluke Geo 30. dungssystem und der Hilfserder be- Methode wird bei einigen Spannungs- Da bei diesem Verfahren das öffentli- kannt sind. fall-Prüfgeräten verwendet, wie dem che Stromnetz einen Teil des Schalt- building & automation I Heft 7 – 2013 www.fluke.de
