(Quelle: Fluke Deutschland GmbH)
Dieser Beitrag erläutert die Grundprinzipien von Erdung und beschreibt die grundsätzlichen Prüfverfahren.
Wozu Erden? Normen nennen zwei Hauptgründe für das Erden einer Anlage: die Stabilisierung der Spannung gegen über dem Erdpotential während des normalen Betriebs und das Begrenzen des Spannungsanstiegs bei Erdschluss, Blitzschlag, Überspannungen oder unbeabsichtigtem Kontakt 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 Energie in das Erdreich abzuleiten. Die Erdungs- und Anschlusssysteme verbinden den Erdboden mit der elektrischen Anlage und dem Fundamenterder des Gebäudes. Bei einem Blitzeinschlag befindet sich die gesamte Anlage auf einem fast einheitlichen Potential. Durch eine geringe Potentialdifferenz können Schäden minimiert werden.
Falls ein Mittelspannungsnetz in Kontakt mit einem Niederspannungsnetz kommt, könnte dies für die nahe gelegenen Anlagen eine bedrohliche Überspannung zur Folge haben. Ein Erder mit niedrigem Widerstand hilft, den Spannungsanstieg an der Anlage zu begrenzen. Ein niedriger Erdwiderstand kann auch einen Rückweg für Überspannungen aus dem Stromnetz liefern.
Widerstand des Erders
Der Widerstand des Erders hängt von zwei Faktoren ab: dem spezifischen Widerstand des Erdbodens und der Konstruktion des Erders. Der spezifische Widerstand des Erdbodens ist schwierig anzugeben, da er:
- von der Bodenzusammensetzung abhängt (zum Beispiel Lehm, Kies und Sand),
- je nach Materialmischung auch über geringe Distanzen variieren kann,
- vom Mineralgehalt abhängt (Salze),
- von der Bodenverdichtung abhängt, die sich durch Setzen auch im Laufe der Zeit ändern kann,
- sich mit der Temperatur und Befrostung ändert,
- durch im Boden befindliche Metallteile, wie Tanks, Rohre und Baustahl beeinflusst werden kann sowie
- sich mit der Bodentiefe ändert
Da der spezifische Widerstand mit zunehmender Bodentiefe meist abnimmt, werden die Erder zur Verringerung der Erdungswiderstands möglichst tief verlegt. Durch Verwendung eines Felds aus mehreren Erdern, eines Leiterrings oder eines Systems kann die wirksame Fläche eines Erders erhöht und damit ebenfalls der Erdungswiderstand verringert werden. Bei mehreren Erdern sollten die Abstände größer als deren jeweiliger Einflussbereich sein. Als Faustregel gilt: die Abstände größer halten als die Länge der Elemente.
Die Festlegung zulässiger Grenzwerte für den Erdungswiderstand des Erders ist in Normen beschrieben; teilweise wird sie durch die technischen Anschlussbedingungen (TAB) der örtlichen Energieversorger ergänzt.