Erdungswiderstand messen mit Erdungsmessgerät

Der Begriff Erdung bezieht sich auf den Prozess der Verbindung eines elektrischen Gerätes oder einer Anlage mit der Erde und wird auch Potentialausgleich genannt. Dies geschieht in der Regel, um die Sicherheit zu erhöhen, indem überschüssige elektrische Ladungen sicher in den Boden abgeleitet werden. Dies hilft, das Risiko von elektrischen Schlägen zu verringern und kann auch dazu beitragen, elektrische Störungen und Schäden an Geräten zu verhindern.

Im technischen Sinne besteht die Erdung aus einem Leiter, der mit dem zu erdenden System verbunden ist und physikalisch in den Boden reicht, um eine leitende Verbindung zur Erde herzustellen. In Gebäuden und bei elektrischen Anlagen sind solche Erdungsmaßnahmen ein wichtiger Bestandteil der elektrischen Sicherheit. Sie sorgen dafür, dass im Falle eines Fehlers, wie etwa einem Kurzschluss, der elektrische Strom sicher zur Erde abgeleitet wird, anstatt durch Menschen oder Geräte Materialien zu fließen, was zu Verletzungen oder Schäden führen könnte.

Der Erdungswiderstand ist ein Maß dafür, wie effektiv eine Erdungsanlage (wie z. B. ein Erdungsspieß) den elektrischen Strom in die Erde ableitet. Er wird in Ohm (Ω) angegeben, einer Einheit, die den elektrischen Widerstand misst. Dieser Wert gibt an, wie viel Widerstand die Erde der elektrischen Strömung entgegensetzt, die durch das Erdungssystem fließt.

In der Praxis strebt man einen möglichst niedrigen Erdungswiderstand an. Für viele Anwendungen, insbesondere in der Elektroinstallation und bei Schutzsystemen, wird ein Erdungswiderstand von weniger als 5 Ohm als wünschenswert angesehen, obwohl die spezifischen Anforderungen je nach Anwendung und lokalen Vorschriften variieren können. In einigen Fällen, wie bei Blitzschutzsystemen, können noch strengere Standards gelten.

Dieser Widerstand ist wichtig aus mehreren Gründen:

Sicherheit: Eine niedrige Erdungsimpedanz stellt sicher, dass im Falle eines elektrischen Fehlers (wie einem Kurzschluss) der Strom sicher in die Erde abgeleitet wird. Dies schützt Menschen vor elektrischen Schlägen und kann das Risiko von elektrisch verursachten Bränden verringern.

Schutz von Geräten: Geräte und Systeme, die korrekt geerdet sind, sind weniger anfällig für Schäden durch Überspannungen oder elektrische Störungen.

Einhaltung von Vorschriften und Normen: In vielen Ländern gibt es spezifische Vorschriften bezüglich der Erdung von elektrischen Anlagen. Die Messung des Erdungswiderstandes hilft dabei, die Einhaltung dieser Vorschriften sicherzustellen.

Der Erdungswiderstand wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Art des Bodens (z.B. seine Feuchtigkeit, Temperatur und Zusammensetzung), die Tiefe und das Material der Erdungselektroden sowie die Gesamtgestaltung des Erdungssystems. Daher ist es entscheidend, regelmäßige Messungen durchzuführen, um sicherzustellen, dass das Erdungssystem innerhalb der erforderlichen Spezifikationen bleibt.

Die Messung des Erdungswiderstandes erfolgt üblicherweise mit speziellen Erdungsmessgeräten, wie z.B. Erdungswiderstandsmessern. Diese Messungen sind wichtig, um sicherzustellen, dass die Erdungssysteme ordnungsgemäß funktionieren und um potenzielle Gefahren aufgrund unzureichender Erdung zu vermeiden.

Die Normenreihe DIN VDE 0100 behandelt die Planung, Errichtung und Prüfung von Niederspannungsanlagen. Sie ist speziell für elektrische Anlagen bis zu einer Spannung von 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung relevant. Dies umfasst eine Vielzahl von Anwendungen, darunter die Installation in Wohngebäuden, Industrieanlagen und gewerblichen Gebäuden.

In der Aktualisierung von 2023 (DIN VDE 0100-200 VDE 0100-200:2023-06) wurden wesentliche Änderungen vorgenommen. Dazu gehört eine grundlegende redaktionelle Überarbeitung, die unter anderem die IEC 61140 berücksichtigt. Außerdem wurden grundlegende Begriffe zur Erdung und zum Schutz gegen elektrischen Schlag aus der IEC 60050-195 übernommen und mit bestehenden Definitionen abgeglichen. Diese Änderungen spiegeln die kontinuierliche Weiterentwicklung in den Bereichen Sicherheitsstandards und technische Anforderungen wider.

Um eine ausreichende Erdung zu erreichen gibt es verschiedene gängige Methoden, die je nach Anforderung zum Einsatz kommen:

Fundamenterder

Ein Fundamenterder ist ein Erdungsleiter, der in das Fundament eines Gebäudes integriert wird, oft aus Stahl oder einem anderen leitfähigen Material. Er bildet eine grundlegende Verbindung zur Erde und dient als Basis für das gesamte Erdungssystem des Gebäudes. Er wird oft in Kombination mit anderen Erdungsarten verwendet, um einen zuverlässigen Erdungspfad für elektrische Systeme zu schaffen.

Blitzschutz-Erdung

Diese Art der Erdung ist speziell für den Schutz vor Blitzschlägen ausgelegt. Sie umfasst normalerweise einen oder mehrere Erdungspunkte, die mit einem Blitzableiter oder einer Blitzschutzanlage verbunden sind. Ziel ist es, die hohen Stromstärken eines Blitzschlages sicher in den Boden abzuleiten und so das Gebäude und die elektrischen Systeme zu schützen.

Tiefenerder

Ein Tiefenerder wird vertikal tief in den Boden getrieben, um eine gute elektrische Verbindung mit dem Erdreich zu erreichen. Dies ist besonders in Gebieten nützlich, in denen die Oberflächenerde nicht leitfähig genug ist.

Oberflächenerder

Hierbei handelt es sich um Erdungsleiter, die horizontal in einer bestimmten Tiefe unter der Erdoberfläche verlegt werden. Sie sind einfacher zu installieren als Tiefenerder, aber ihre Wirksamkeit hängt stark von den Eigenschaften des Bodens ab.

Ringerder

Ein Ringerder ist ein Erdungsleiter, der um ein Gebäude oder eine Anlage herum verlegt wird und oft in Verbindung mit einem Fundamenterder verwendet wird.

Maschinen- und Anlagenerdung

Diese Art der Erdung wird speziell für Maschinen und Anlagen in Industrieanwendungen verwendet. Sie stellt sicher, dass alle metallischen Teile der Maschine oder Anlage sicher geerdet sind, um elektrische Unfälle zu verhindern.

Um die Erdung zu messen, befolgen Sie die folgenden Schritte:

1. Vorbereitung der Messstelle: Zunächst muss sichergestellt werden, dass die zu messende Erdung frei von Spannung ist und sicher zugänglich ist. Die Umgebung sollte trocken sein, und es ist wichtig, dass der Boden, in dem die Erdung und die Hilfserden eingeführt werden, nicht gefroren oder extrem trocken ist, da dies die Messung beeinflussen kann.
2. Anschließen des Erdungswiderstandsmessers: Der Erdungswiderstandsmesser wird an die Erdung angeschlossen, die gemessen werden soll. Dazu wird üblicherweise ein Kabel an die Erdungsschiene oder den Erdungspunkt und ein anderes Kabel an eine sogenannte Hilfserde angeschlossen.
3. Setzen der Hilfserde: Eine Hilfserde wird in einem bestimmten Abstand von der zu messenden Erdung in den Boden getrieben. Manchmal wird eine zweite Hilfserde benötigt, die in einer Linie mit der ersten Hilfserde und der zu testenden Erdung, aber in größerem Abstand, platziert wird.
4. Durchführung der Messung: Der Erdungswiderstandsmesser sendet einen Strom zwischen der Erdung und der Hilfserde und misst dann die Spannung zwischen der Erdung und der Hilfserde. Der Widerstand wird anhand des Ohm'schen Gesetzes (R = V/I) berechnet, wobei R der Erdungswiderstand, V die gemessene Spannung und I der durch den Widerstand fließende Strom ist.
5. Auswertung der Messergebnisse: Die Ergebnisse werden am Messgerät angezeigt. Der gemessene Widerstandswert sollte die Anforderungen der lokalen Vorschriften für elektrische Installationen erfüllen.
6. Wiederholung der Messung: Ggf. ist es sinnvoll, die Messung unter unterschiedlichen Bedingungen (z. B. bei unterschiedlicher Bodenfeuchtigkeit) oder mit unterschiedlichen Abständen der Hilfserden zu wiederholen, um die Zuverlässigkeit der Messergebnisse sicherzustellen.

Wie hoch der Erdungswiderstand sein sollte ist nicht klar definiert und hängt zudem noch vom Anwendungsfall ab. Im Idealfall sollte der Erdungswiderstand 0 Ohm betragen. Die NFPA und IEEE empfehlen einen Erdungswiderstand Grenzwert von 5 Ohm nicht zu überschreiten.

Generell gilt: je geringer der Erdungswiderstand, desto besser. Allerdings sollte darauf geachtet werden, dass die Maßnahmen sowohl wirtschaftlich, als auch physikalisch sinnvoll sind.

Vorbereitung: Stellen Sie sicher, dass alle nötigen Sicherheitsvorkehrungen getroffen sind. Dazu gehört das Tragen von Schutzausrüstung und das Abschalten der Stromversorgung.

Zugang zum Fundamenterder: Identifizieren Sie den Zugangspunkt zum Fundamenterder. Dies ist oft eine Verbindung in der Nähe der Hauptstromzufuhr des Gebäudes.

Messung des Erdungswiderstands: Schließen Sie das Erdungsmessgerät gemäß den Anweisungen des Herstellers an. In der Regel beinhaltet dies das Anbringen einer Sonde in die Erde in einer bestimmten Entfernung vom Fundamenterder und die Verbindung des Geräts mit dem Erdungspunkt.

Führen Sie die Messung durch. Das Gerät sendet einen kleinen Strom durch die Erde und misst den Widerstand zwischen der Sonde und dem Fundamenterder.

Vorbereitung: Stellen Sie sicher, dass die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen getroffen sind, einschließlich der Verwendung geeigneter Schutzausrüstung.

Verwenden Sie ein spezielles Erdungsmessgerät, welches für Tiefenerder-Messungen geeignet ist.

Anschlüsse vornehmen: Verbinden Sie das Messgerät gemäß den Anweisungen des Herstellers mit dem Tiefenerder und den Erdstäben.

Bei der 3-Punkt-Methode wird ein Strom zwischen dem Tiefenerder und dem entferntesten Erdstab gesendet, während der Widerstand zwischen dem Tiefenerder und dem näheren Erdstab gemessen wird.

Durchführung der Messung: Der gängigste Weg, um den Erdungswiderstand eines Tiefenerders zu messen, ist die 3- oder 4-Punkt-Messmethode. Dabei werden mehrere Erdschlussstäbe in den Boden getrieben und das Erdungsmessgerät verwendet, um den Widerstand zwischen dem Tiefenerder und den Stäben zu messen.

Bei der 3-Punkt-Methode wird ein Stab als Referenz verwendet, während bei der 4-Punkt-Methode zwei Stäbe zur Verbesserung der Genauigkeit eingesetzt werden.

Aktivieren Sie das Messgerät, um den Erdwiderstand zu messen. Das Gerät sendet einen Strom durch die Erde und misst den Spannungsabfall, um den Widerstand zu berechnen.

Die Erdung von elektrischen Anlagen und Geräten ist ein wesentlicher Bestandteil der elektrischen Sicherheit. Folgende Elemente müssen in der Regel geerdet werden:

Elektrische Anlagen und Verteilungssysteme

Dazu gehören Hauptverteiler, Unterverteiler und alle Komponenten der elektrischen Infrastruktur eines Gebäudes. Dies stellt sicher, dass im Falle eines Fehlers (wie eines Kurzschlusses) der Strom sicher zur Erde abgeleitet wird.

Metallische Teile von Gebäuden und Strukturen

Alle leitfähigen Teile eines Gebäudes, wie metallische Rohrleitungen (Wasser- und Gasleitungen), Heizungs- und Klimaanlagen, Metallrahmen von Gebäuden, sollten geerdet werden, um bei einem elektrischen Fehler eine Potentialausgleich zu gewährleisten.

Elektrische Geräte und Maschinen

Große elektrische Geräte wie Waschmaschinen, Trockner, Geschirrspüler, Elektroherde und industrielle Maschinen sollten geerdet sein, um die Sicherheit bei einem elektrischen Defekt zu erhöhen.

Elektronische Geräte

Geräte wie Computer, Fernseher und Audioanlagen können ebenfalls von einer Erdung profitieren, insbesondere um vor Überspannungen zu schützen.

Blitzschutzsysteme

Blitzableiter und zugehörige Komponenten müssen effektiv geerdet werden, um die enorme Energie eines Blitzeinschlags sicher zur Erde abzuleiten.

PV-Anlagen und Windkraftanlagen

Bei Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energie ist die Erdung wesentlich für die Sicherheit und den Schutz der Anlagen.

Spezielle Anlagen in sensiblen Bereichen

In Krankenhäusern, IT-Zentren oder chemischen Anlagen müssen spezielle Anlagen und Systeme geerdet werden, um die Sicherheit und Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.