Seminare Erdungstechnik und Potentialausgleich

Wirksame Erdungs- und Potenzialausgleichsanlagen leisten in technischen Anlagen unverzichtbare Beiträge zur Gewährleistung eines effektiven, störungsfreien und sicheren Betriebes. Sie gewährleisten den Schutz von Personen und Nutztieren gegen gefährliche Körperströme, schützen in zahlreichen technologischen Anlagen gegen die Auswirkungen elektrostatischer Aufladungen und tragen wesentlich zur Elektromagnetischen Verträglichkeit starkstromtechnischer und elektronischer Betriebsmittel und Systeme bei.

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Ihr geringer Anteil an den Investitionskosten verleitet oft dazu, die Planung von Erdungstechnikanlagen und Potenzialausgleichsanlagen in der Konzeptions- und Ausschreibungsphase eines Projektes „stiefmütterlich“ zu behandeln und damit effektive Ausführungsmöglichkeiten zu verschenken.
Einige in „leitungsgebundenem“ Denken verhaftete Planer verlieren gar mit dem Eintritt von Erdfehler-, Betriebs- und Ableitströmen in Erdungsanlagen den Überblick über deren weiteren, nicht durch Stromlaufpläne beschreibbaren, sondern durch dreidimensionale elektrische Strömungsfelder im Erdboden bestimmten Verlauf. Immer wieder ist das Auftreten unvorhergesehener EMV-Probleme bei kostenintensiven Anlageinvestitionen, unzulässiger Elektrosicherheitsprobleme und störende Beeinflussungen oder Korrosionen verursachender Streu-/Erdströme bis hin zu zerstörenden Explosionen die meist kostentreibende Folge.
Das Haus der Technik bietet zum Thema Erdungstechnik zahlreiche Seminare an:
Grundlagen der Erdungstechnik, Erdung und Potenzialausgleich, Durchführung von Erdungsmessungen, Sternpunkterdung, Hochspannungsschaltanlagen, Mittelspannungsschaltanlagen.

In den Seminaren (Weiterbildung) zum Thema Grundlagen der Erdungstechnik werden folgende Themen angesprochen:

Planung von Erdungs- und Potentialausgleichsanlagen - Normen und Vorschriften der Erdungs- und Potenzialausgleichstechnik - Aufgaben der Erdungstechnik bei der Gewährleistung des sicheren Betriebes elektrotechnischer Anlagen - Begriffe der Erdungstechnik Netzformen und Sternpunkterdung - Wirkungen elektrischer Ströme auf den Menschen, gefährliche Körperströme und höchstzulässige Berührungsspannungen - Dimensionierung und Ausführung von Erdungsanlagen - Grundauslegung - mechanische und korrosive Beanspruchungen Werkstoffe, Halbzeuge, Verbindungen, Mindestabmessungen, Korrosion, Korrosionselemente, Korrosionsschutz - thermische Dimensionierung von Erdungsleitern und Erdern - Dimensionierung im Hinblick Berührungs- und Schrittspannungen - Erderarten - Halbkugelerder, Oberflächenerder, Tiefenerder, Fundamenterder - Spezifischer Erdwiderstand und geoelektrischer Aufbau des geologischen Unter-grundes am Standort einer Erdungsanlage - Bestimmung des spezifisches Erdwiderstandes - Einfluss auf die Ausdehnung des Potenzialtrichters - Einflüsse jahres-zeitlicher Witterungsunterschiede.

Die Seminare zur Erdungstechnik sind geeignet für Planungs-, Betriebs- und Sicherheitsingenieure sowie Elektrotechniker von Anlagenerrichtern und Stromversorgern, aus Industriebetrieben, Ingenieurbüros und Technischen Überwachungsorganisationen.

Folgende Normen sind in der Erdungstechnik von Bedeutung:

Dimensionierung von HS-Erdungsanlagen und des Potenzialausgleichs

DIN EN 61936-1 (VDE 0101-1):2011-11
Starkstromanlagen mit Nennwechselspannungen über 1 kV

DIN EN 50522 (VDE 0101-2):2011-11
„Erdung von Starkstromanlagen mit Nennwechselspannungen über 1 kV“

Dimensionierung der Erdungen von HS-Freileitungsmasten

DIN EN 50341-1 (VDE 0210-1):2010-04 „Freileitungen über AC 45 kV“ → Abschnitt 6 „Erdungsanlagen“, Dim. HS-Schutzerdung von Masten

DIN EN 50341-3-4 (VDE 0210-3):2011-01 „Freileitungen über AC 45 kV“ (Nationale Normative Festlegungen)
→Abschnitt 6 „Erdungsanlagen“, Dim. HS-Schutzerdung von Masten

Dimensionierung der Erdungen von MS-Freileitungsmasten

DIN EN 50423-1 u. -3-4 (VDE 0210 Teile 10 u. 12):2005-05
„Freileitungen über AC 1 kV bis einschließlich AC 45 kV“
DIN VDE 0141:2000-01
„Erdungen für spezielle Starkstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“

Festlegungen beim Zusammentreffen von HS- und NS-Erdungen

DIN VDE 0100-442 (VDE 0100-442):2013-06
Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 4-442: Schutzmaßnahmen →Schutz von Niederspannungsanlagen bei vorübergehenden Überspannungen
infolge von Erdschlüssen im HS-Netz und bei Fehlern im NS-Netz

Dimensionierung der NS-Erdungsanlage und des Potenzialausgleichs, Überspan-nungsschutz und EMV-gerechte Gestaltung

DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2007-06
Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V →Teil 4: Schutz-maßnahmen, Schutz gegen den elektrischen Schlag

DIN VDE 0100-540:2012-06
Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V → Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel; Erdung,
Schutzleiter, Potenzialausgleichsleiter

DIN VDE 0100-443 (VDE 0100-443):2007-06
Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 4-44: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektro- Magnetischen Störgrößen / Abschnitt 443: Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen

DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444):2010-10
Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 4-444: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen

Betrieb elektrischer Anlagen

DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100):2009-10
„Betrieb von elektrischen Anlagen“ → Erhaltung des ordnungsgemäßen Zustandes einer elektrischen Anlage
UVV BGV A3 Unfallverhütungsvorschrift, akt. Nachdruckfassung 2005 „Elektrische Anlagen und Betriebsmittel“

Informationstechnik

DIN EN 50310 (VDE 0800-2-310):2011-05
Anwendung von Maßnahmen für Erdung und Potentialausgleich in Gebäuden mit Einrichtungen der Informationstechnik

DIN EN 50174-2 (VDE 0800-174-2):2011-09
Informationstechnik – Installation von Kommunikationsverkabelung Teil 2: Installati-onsplanung und Installationspraktiken in Gebäuden

DIN EN 50174-3 (VDE 0800-174-3):2004-09
Informationstechnik - Installation von Kommunikationsverkabelung Teil 3: Installati-onsplanung und -praktiken im Freien

DIN V VDE V 0800-2 (VDE V 0800-2):2011-06
Informationstechnik - Potenzialausgleich und Erdung (Zusatzfestlegungen)

DIN EN 62305-3 VDE 0185-305-3:2011-10 Blitzschutz Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen

DIN EN 62305-4 VDE 0185-305-4:2011-10 Blitzschutz Teil 4: Elektrische und elekt-ronische Systeme in baulichen Anlagen

Was versteht man unter Erden?

Erden ist das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem elektrisch leitfähigen Teil und der Erde über einen Erder.

Das zu erdende Teil ist im Regelfall ein metallenes Teil eines Gerätes, einer Maschine, einer Anlage oder eines Bauwerkes. Es kann aber auch ein Teil aus elektrisch leitfähigem Kunststoff oder einem anderen elektrisch leitfähigen Werkstoff, z. B. ein elektrisch leitfähiger Fußboden in einem Gebäude, sein.
Der Erder ist im Regelfall ein elektrisch nicht isolierter metallischer Leiter, der unmittelbar in Erde oder in einen die Erde großflächig berührenden elektrisch leitenden Stoff, z.B. Beton, Koksgranulat, Wasser oder eine Bettungsmasse, z.B. Bentonitsuspension, eingebettet wird und dadurch mit der Bezugserde in elektrisch lei-tender Verbindung steht. Im Sonderfall kann der Erder auch aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material, z.B. Graphit oder Betel (elektrisch gutleitendem Spezialbeton), bestehen. Der Erder ist für die zu erwartenden mechanischen, thermischen und korrosiven Beanspruchungen sowie dem Zweck der Erdung entsprechend elektrisch zu bemessen.

Die Verbindung des zu erdenden Teiles mit dem Erder erfolgt über mindestens einen metallischen Leiter, den sogenannten Erdungsleiter, der für die zu erwarten-den mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausreichend bemessen, bei Legung im Erdreich oder in korrosiven Stoffen, z.B. Mauerwerk, isoliert und so-wohl mit dem zu erdenden Teil als auch mit dem Erder dauerhaft elektrisch gutleitend verbunden sein muss.
Die Gesamtheit aller Mittel und Maßnahmen zum Erden bezeichnet man als Er-dung.

Notwendigkeit von Erdungsanlagen

Die Erdung von Teilen eines Gerätes, einer Maschine, einer Anlage oder eines Bauwerkes kann aus einer Vielzahl unterschiedlicher Gründe mit sehr unterschied-lichen Zielstellungen erforderlich werden.
Die ersten Anwendungen eines Erders in der Neuzeit erfolgten 1750/1760 im Zusammenhang mit der Wiederentdeckung des Blitzableiters. Seit dem letzten Drittel des 18. Jahrhunderts wurde mit der Ausbreitung des Blitzschutzes von Kirchtürmen, Windmühlen und anderen Bauwerken eine Erdung zunehmend realisiert. Aufgabe dieser Blitzschutzerdung ist die zerstörungsfreie Ableitung des Blitzstromes in den Erdboden.
Mit der Entwicklung der Fernmeldetechnik und der elektrischen Bahnen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde das Erdreich zunehmend als Rückleiter für Betriebsströme genutzt. Seit Ende des 19. Jahrhunderts wird die Erdung der Körper elektrischer Betriebsmittel als ebenso einfacher wie zuverlässiger Schutz gegen die Gefahren bei Berührung im Fehlerfall unter Spannung stehender Metall-teile angesehen.
Neben der Erdung zum Zweck des Schutzes von Personen, Nutztieren und Sach-werten erlangte die Erdung zur Sicherstellung der beabsichtigten Funktion oder eines ordnungsgemäßen Betriebes eines Gerätes, einer Anlage oder eines elektrischen Netzes zunehmend Bedeutung. Seit Beginn der 20er Jahre des 20. Jahrhunderts erfolgte eine stetige Entwicklung der Erdungstechnik, die in den letzten 30 Jahren durch die Entwicklung der Mikroelektronik und Informationstechnik mit den auftretenden Problemen der Elektromagnetischen Verträglichkeit auch eine Reihe neuer Zielstellungen erhielt.

Blitzschutzerdung

Die Blitzschutzerdung dient der zerstörungsfreien Ableitung eines Blitzstromes von den Einrichtungen des Äußeren Blitzschutzes in die Erde. Der Äußere Blitzschutz besteht aus der Fangeinrichtung, der Ableitungseinrichtung und der Erdungsanlage. Vom Blitz bevorzugte Einschlagstellen eines Bauwerkes, wie beispielsweise Giebelspitzen, Schornsteine, Firste, Grade, Giebel- und Traufkanten, Brüstungen und sonstige herausragende Dachaufbauten werden mit einer meist aus blankem Runddraht bestehenden Fangeinrichtung versehen. Die Fangeinrichtung wird über die Ableitungen (Erdungsleiter) der Ableiteinrichtung mit der Erdungsanlage verbunden. Um das Auftreten von Schäden zu verringern, sind die Ableitungen so an-zubringen, dass vom Einschlagpunkt zur Erde möglichst

mehrere parallele Stromwege bestehen (Stromaufteilung auf mehrere Ableitungen Induktivitätsverringerung, Sicherheit bei mechanischen Schäden),
die Länge der Stromwege (Erdungsleiter) so kurz wie möglich gehalten wird (ge-ringe Längsimpedanz = geringer Spannungsfall).

Mit Rücksicht auf den hier nicht betrachteten Inneren Blitzschutz – bestehend aus dem Potenzialausgleich, dem Überspannungsschutz und der Schirmung – sind von den Ableitungen Verbindungen zum Potenzialausgleich überall dort herzustellen, wo sie erforderlich sind.

Für die Auslegung der Erdungsanlage gelten folgende Zielstellungen:

Für freistehende Bauwerke ohne Verbindung nach außen ist die Größe der Erdungsimpedanz unwesentlich. Sie sollte jedoch kleiner/gleich 10 Ω sein. Für die Beeinflussung von Systemen innerhalb des Bauwerkes sollte die Potenzialdifferenz zwischen den Erdungspunkten der Ableitungen möglichst gering sein. Das wird er-reicht durch Verbinden der Erdungspunkte über einen Fundamenterder oder durch einen um das Bauwerk im Erdreich verlegten Ringerder, an den alle Ableitungen angeschlossen werden.
Für freistehende Bauwerke (mehr erfahren Sie im Seminar)

Typische Beispielen von Erdungs- und Potentialausgleichsanlagen

Blitzschutzerdung von Windenergieanlagen
Schutz(leiter)erdung in Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V
Temporäre Arbeitserdung in einer Montagegrube an einer Rohrleitung
KKS-Anodenerdung
Schirmerdung
Schirmerdung für Leittechnik- und Informationstechnikkabel
Ableitung elektrostatischer Aufladungen
Überspannungsschutz
Überspannungsschutzanlage
Erdungssystem

Quelle: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Scholz

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