Die Erdungsmessung ist die periodische Prüfung, die den Ableitwiderstand der Erdungsanlage einer elektrischen Anlage gegen Erde sowie die Potentialgleichheit aller Metallteile bestimmt. Anhand des Messergebnisses wird der Erdungswiderstand mit den Normwerten verglichen und bewertet, ob die Anlage Personen vor elektrischem Schlag und Geräte vor Störungen sowie blitzbedingten Überspannungen schützt.
Erdungssysteme verschlechtern sich im Laufe der Zeit. Die Elektroden im Untergrund korrodieren, Verbindungen lockern sich, der Erdwiderstand steigt in Trockenperioden an, und neu in die Anlage eingebundene Maschinen können in Betrieb genommen werden, bevor sie an das Potentialausgleichssystem angeschlossen sind. Eine auf dem Papier korrekt geplante Erdungsanlage kann innerhalb weniger Jahre ihre Schutzwirkung verlieren. Deshalb ist die Erdungsmessung keine einmalige Aufgabe, sondern eine regelmäßig zu wiederholende, auch gesetzlich vorgeschriebene Prüfung.
Warum wird eine Erdungsmessung durchgeführt?
Die Erdungsmessung verfolgt drei grundlegende Ziele:
1. Schutz von Personen vor elektrischem Schlag. Gelangt an das Gehäuse einer Maschine eine Phase, fließt der Fehlerstrom über den Schutzleiter (PE) zur Erde und zur Quelle zurück. Ist die Erdung einwandfrei, schaltet der Fehlerstromschutzschalter (RCD) oder die Sicherung den Stromkreis innerhalb von Millisekunden ab. Ist der Erdungswiderstand zu hoch oder der PE-Leiter unterbrochen, bleibt das Gehäuse unter Spannung, und der Strom fließt über den Körper der Person, die das Gehäuse berührt, zur Erde ab.
2. Schutz von Geräten und Systemen. SPS-Systeme, Antriebe, Rechenzentren und Automatisierungssysteme reagieren bereits auf geringe Potentialunterschiede zwischen den Erdungspunkten empfindlich. Ein erheblicher Teil der Kommunikationsfehler, unerklärlichen Störungen und durchgebrannten Baugruppen ist auf unzureichende Erdung und fehlenden Potentialausgleich zurückzuführen.
3. Sichere Ableitung des Blitzstroms zur Erde. Ein Blitzschutzsystem funktioniert nur, wenn die Erdungsanlage den Blitzstrom schnell verteilen kann. Andernfalls entstehen im Gebäude gefährliche Schritt- und Berührungsspannungen, und der Strom kann auf die Innenanlage überspringen.
Welche Erdungsarten gibt es in Anlagen?
In einer Industrieanlage treten in der Regel vier verschiedene Erdungsarten gemeinsam auf:
- Betriebserdung: Erdung, die für den normalen Betrieb des elektrischen Systems ausgeführt wird, wie z. B. am Sternpunkt eines Transformators.
- Schutzerdung: PE-Verbindungen, die verhindern, dass Gerätegehäuse im Fehlerfall eine gefährliche Spannung annehmen.
- Funktionserdung: Erdung, die für den einwandfreien Betrieb von Daten-, Automatisierungs- und Kommunikationssystemen ausgeführt wird.
- Blitzschutzerdung: Erdungsanlage, die den von den Ableitungen kommenden Blitzstrom in die Erde verteilt.
Auch wenn jede dieser Erdungen für sich genommen gute Werte liefert, ist die Anlage nicht sicher, wenn zwischen ihnen ein Potentialunterschied besteht. Der gemeinsame Ansatz der Normen IEC 62305 und IEC 60364 ist ein einziges, gemeinsames Erdungssystem, bei dem alle Erdungen an eine Haupterdungsschiene (HES) angeschlossen sind.
Wie viel Ohm sollte der Erdungswiderstand betragen?
Für den Erdungswiderstand gibt es keinen einzigen „richtigen Wert“. Das Akzeptanzkriterium richtet sich nach der Art der Erdung und dem Netzaufbau der Anlage:
| Erdungsart | Zielwert | Referenz |
|---|---|---|
| Blitzschutzerdung | < 10 Ω (bei niedriger Frequenz) | IEC 62305-3 |
| Schutzerdung (TT-System, mit RCD) | Rₐ × IΔn ≤ 50 V | IEC 60364-4-41 |
| Betriebserdung | ≈ 1 Ω Größenordnung (projektabhängig) | Erdungsverordnung |
| Durchgängigkeit des Potentialausgleichs | Abweichung zur HES ≤ 0,2 Ω | IEC 60364-6, IEC 61557-4 |
Bei TT-Systemen liest sich die Formel wie folgt: Wird ein RCD mit 30 mA eingesetzt, wäre ein Erdungswiderstand theoretisch bis zu 1666 Ω zulässig. In der Praxis wird dieser Grenzwert jedoch nicht ausgereizt; angesichts jahreszeitlicher Schwankungen der Bodenfeuchte und eines Korrosionszuschlags werden deutlich niedrigere Werte angestrebt.
Wie wird die Erdungsmessung durchgeführt? Methoden
Ein korrektes Ergebnis hängt von der richtigen Methodenwahl ab. Die Methode richtet sich nach der Größe der Anlage, dem Aufbau der Elektroden und danach, ob vor Ort Messsonden eingeschlagen werden können.
Fallpotentialverfahren (3-Punkt-Methode)
Dies ist die am weitesten verbreitete und als Referenz anerkannte Methode. Verwendet werden die zu messende Elektrode (E), eine entfernt eingeschlagene Stromsonde (C) sowie eine zwischen beiden verschobene Potentialsonde (P). Während die Sonde P von E in Richtung C bewegt wird, werden die abgelesenen Werte aufgezeichnet. Der Bereich, in dem die Kurve abflacht, liefert den tatsächlichen Erdungswiderstand. In homogenem Boden entspricht dieser Bereich etwa 62 % des Abstands zwischen E und C (IEEE Std 81, IEC 61557-5).
Messung des spezifischen Erdungswiderstands (4-Punkt-/Wenner-Methode)
Sie wird vor der Errichtung der Erdungsanlage eingesetzt, um den spezifischen Widerstand des Bodens zu bestimmen. In der Planungsphase werden Anzahl, Länge und Anordnung der Elektroden anhand dieser Messung berechnet.
Zangenmethode (ohne Erdspieß)
Sie ermöglicht eine schnelle Kontrolle in Bereichen, in denen keine Sonde eingeschlagen werden kann, etwa auf beton- oder asphaltbedeckten Flächen, sowie bei miteinander verbundenen Mehrelektrodensystemen. Bei Einzelelektrodensystemen liefert sie kein korrektes Ergebnis.
Schleifenimpedanzmessung
Sie misst die Impedanz der Schleife, der der Fehlerstrom folgen würde, und zeigt, ob die Schutzeinrichtung im tatsächlichen Fehlerfall rechtzeitig auslöst (IEC 61557-3). Yılkomer setzt vor Ort überwiegend die Schleifenimpedanzmessung ein und richtet auch seine F&E-Arbeiten in diese Richtung aus.
Messung der Potentialausgleich-Durchgängigkeit
Sie prüft, ob jeder Erdungspunkt der Anlage mit niedrigem Widerstand an die Haupterdungsschiene angeschlossen ist. Die Messung erfolgt gemäß IEC 61557-4 mit einem Prüfstrom von mindestens 200 mA. Eine Messung an nur einem Punkt und die Beurteilung der gesamten Anlage danach ist irreführend; deshalb müssen alle Steckdosen, Schaltschränke und Maschinengehäuse einzeln gemessen werden.
Erdungsmessung Schritt für Schritt
- Begehung: Der Übersichtsschaltplan der Anlage wird geprüft, Erdungsarten, Elektrodenstandorte und Messpunkte werden vor Ort festgelegt.
- Gerätevorbereitung: Es werden Messgeräte mit gültigem Kalibrierzertifikat ausgewählt und vor der Messung überprüft.
- Messung des Erdungswiderstands: Der Ableitwiderstand der Elektroden gegen Erde wird mit der geeigneten Methode gemessen.
- Potentialausgleich- und Durchgängigkeitsmessung: Alle Punkte werden bezogen auf die Haupterdungsschiene gemessen.
- Schleifenimpedanz- und RCD-Prüfungen: Die Auslösebedingungen der Schutzeinrichtungen werden verifiziert.
- Berichterstattung und Lösungsvorschlag: Die Ergebnisse werden mit den Normen verglichen, Abweichungen und Verbesserungsvorschläge werden dokumentiert.
Was enthält ein Erdungsmessbericht?
Ein gültiger Erdungsmessbericht muss mindestens folgende Angaben enthalten:
- Messdatum, Witterungs- und Bodenbedingungen
- Verwendete Messgeräte und Kalibrierdaten
- Messmethode und zugehörige Norm
- Lage jedes Messpunkts, Messwert und Akzeptanzkriterium
- Bewertung „konform / nicht konform“
- Erforderliche Maßnahmen bei Abweichungen
- Angaben und Unterschrift des verantwortlichen Prüfingenieurs
Was ist zu tun, wenn der Erdungswiderstand zu hoch ausfällt?
Liegt das Messergebnis über dem zulässigen Wert, muss zunächst die Ursache ermittelt werden. Die häufigsten Ursachen sind lockere oder oxidierte Verbindungen, korrodierte Elektroden und eine unzureichende Anzahl an Elektroden. Als Lösung werden die Verbindungen reinigt und erneuert, zusätzliche Elektroden oder Erdungsbänder hinzugefügt und, falls erforderlich, Materialien zur Verbesserung der Erdleitfähigkeit eingesetzt. Punkte, die bei der Potentialausgleichsmessung unterbrochen sind oder einen hohen Widerstand aufweisen, werden erneut an die Haupterdungsschiene angeschlossen. Nach der Verbesserung muss die Messung unbedingt wiederholt werden.
Erdungsmessung und Auswahl des NS-Überspannungsableiters
Die Erdungsmessung liefert auch für den Überspannungsschutz entscheidende Informationen. Die Anschlussart des in Schaltschränken eingesetzten NS-Überspannungsableiters (Überspannungsschutzgerät) wird je nach Erdungstyp des Netzes ausgewählt:
- TN-C im Netz 3+0-Anschluss
- TN-S im Netz 4+0- oder 3+1-Anschluss
- TT im Netz ein 3+1-Anschluss mit einem Funkenstreckenmodul zwischen N und PE
Eine Auswahl des Überspannungsableiters, die erfolgt, bevor Netztyp (TT, TN-S, TN-C, TN-C-S) und Erdungswiderstand durch Messung geklärt sind, bietet möglicherweise nicht den erwarteten Schutz.
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Wie oft sollte eine Erdungsmessung durchgeführt werden?
Gemäß der Verordnung über Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen bei der Benutzung von Arbeitsmitteln müssen die Erdungsanlage und die Blitzschutzanlage mindestens einmal jährlich geprüft werden. In folgenden Fällen sollte die Messung häufiger wiederholt werden:
- Feuchte, korrosive oder explosionsgefährdete Umgebungen
- Erweiterung der Anlage um neue Maschinen, Schaltschränke oder Leitungen
- Nach einem Blitzeinschlag oder einer größeren elektrischen Störung
- Wenn die vorherige Messung ein Ergebnis nahe dem Grenzwert ergeben hat
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Häufig gestellte Fragen
Wer darf eine Erdungsmessung durchführen?
Die Erdungsmessung muss von befugten Elektroingenieuren (SMM) oder akkreditierten Prüfstellen mit kalibrierten Geräten durchgeführt werden.
Wie lange ist ein Erdungsmessbericht gültig?
Da die gesetzliche Frist ein Jahr beträgt, wird der Bericht in der Regel ein Jahr lang als gültig anerkannt. Bei Änderungen an der Anlage ist jedoch vor Ablauf dieser Frist eine neue Messung erforderlich.
Beeinflussen Witterungsbedingungen das Messergebnis?
Ja. Mit abnehmender Bodenfeuchte steigt der Erdungswiderstand an. Deshalb werden die Messbedingungen im Bericht angegeben, und die Bewertung erfolgt unter Berücksichtigung der Werte in Trockenperioden.
Muss der Betrieb der Anlage für die Erdungsmessung unterbrochen werden?
Der Erdungswiderstand und der Großteil der Potentialausgleichsmessungen können bei laufendem Anlagenbetrieb durchgeführt werden. Für einige Schleifenimpedanz- und RCD-Prüfungen können kurze, geplante Unterbrechungen erforderlich sein.
Ist eine Anlage gefährlich, wenn der Erdungswiderstand über 10 Ohm liegt?
Die Bewertung richtet sich nach der Art der Erdung. 10 Ω ist der empfohlene Wert für die Blitzschutzerdung. Bei der Schutzerdung ist das eigentliche Kriterium, dass die Schutzeinrichtung im Fehlerfall rechtzeitig auslöst.
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