Die Erdung ist eine direkte, physische Verbindung einer elektrischen Anlage mit der Erde. Sie besteht aus vergrabenen Metallelektroden (z. B. Erdspieße oder -platten) und einem Leiter, der in der Regel grün/gelb ist und sie mit den Metallteilen der Anlage verbindet.
Ihr Hauptzweck besteht darin, unerwünschte Ströme, z. B. Leckströme aufgrund fehlerhafter Isolierung oder atmosphärischer Entladungen, über einen niederohmigen Pfad sicher in die Erde abzuleiten. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Strom durch den Körper einer Person fließt oder angeschlossene Geräte beschädigt. Die Erdung wirkt im Grunde wie ein Schutzschirm und ist in den meisten modernen Vorschriften ein wesentliches und obligatorisches Sicherheitsmerkmal.
Inhaltsverzeichnis
Wozu dient die Erdung wirklich? Die 4 wichtigsten Funktionen
Die Erdung erfüllt in einer elektrischen Anlage mehrere Funktionen, die alle mit der Sicherheit von Personen und Geräten, die an die elektrische Anlage angeschlossen sind, zusammenhängen.
Schutz vor Stromschlägen
Wenn das Metallgehäuse eines Geräts aufgrund eines Isolationsfehlers unter Spannung steht, bietet die Erdung einen alternativen Weg des geringsten Widerstands für den Leckstrom, so dass dieser nicht durch den Körper einer Person fließen kann, die das Gerät berührt. Außerdem arbeitet er mit Geräten wie dem Fehlerstromschutzschalter (RCD) zusammen und bewirkt eine automatische Abschaltung des Stromkreises, wenn dieser Erdschluss erkannt wird.
Überspannungsschutz und Blitzschutz
Bei Phänomenen wie Blitzschlag oder Überspannungen leitet eine gute Erdungsanlage die überschüssige Energie in den Boden ab und schützt so Menschen und Haushaltsgeräte. Es leitet auch die statische Elektrizität ab, die sich in großen Metallstrukturen ansammelt, und verhindert so Funkenbildung oder Schäden an empfindlichen elektronischen Geräten.
Stabilisierung der Spannung
Die Erdung dient als Nullpotential-Referenz in elektrischen Systemen. Durch die Verbindung von Metallerdungen mit der Erde wird sichergestellt, dass sie alle ein gemeinsames Potenzial haben, ein Prinzip, das als Äquipotentialität bekannt ist. Dadurch werden die Systemspannungen stabilisiert und Spannungsschwankungen verhindert, so dass die Gefahr eines Stromschlags durch das gleichzeitige Berühren von zwei Metallobjekten, die andernfalls unterschiedliche Potenziale aufweisen könnten, vermieden wird.
Garantierte Schutzleistung
Die Erdung bietet einen Rückweg für Fehlerströme, was die sofortige Auslösung von Sicherungen oder Schutzschaltern erleichtert. Dies garantiert die effektive Auslösung elektrischer Schutzvorrichtungen und minimiert die Zeit, in der Geräte versehentlich unter Spannung stehen können.
Wie wird die Erdung installiert?
Die Art und Weise, wie die Erdung installiert wird, reicht von der Verlegung eines Erdspießes im Garten bis zu industriellen Netzen.
Erdung in Wohnungen und Gebäuden
In Einfamilienhäusern und Wohngebäuden erfolgt die Erdung durch das Vergraben von miteinander verbundenen Metallelektroden (Erdspieße oder Speere). In modernen Gebäuden ist es üblich, einen Erdungsring im Fundament zu installieren, einen Kupferleiter, der das Gebäude umgibt und die elektrische Sicherheit verbessert.
Dieser Ring bzw. die Elektroden sind über die Haupterdungsklemme mit der allgemeinen Schaltanlage verbunden, wo auch die Schutzleiter (grün-gelbe Kabel) und der Potenzialausgleich von Rohren, Bauwerken oder Blitzableitern zusammenlaufen. Auf diese Weise wird jeglicher Leckstrom sicher zur Erde abgeleitet, was sowohl Personen als auch die Anlage schützt.
In älteren Gebäuden ohne Erdung werden häufig Erdungsstangen in Höfen oder Gärten angebracht, um sie an die geltenden Vorschriften anzupassen.
Erdung in industriellen und gewerblichen Anlagen
In großen industriellen oder gewerblichen Anlagen erfordert die Erdung komplexere Lösungen, um die Sicherheit zu gewährleisten. Unter Elektro- oder Technikräumen werden vergrabene Netze verwendet, die aus Metallspitzen und -streifen bestehen und den Erdungswiderstand minimieren.
Große Metallstrukturen (Lagerhallen, Türme, Tanks) werden an dieses Netz angeschlossen, um einen Potenzialaufbau zu vermeiden. In Industriezweigen mit besonderen Risiken, wie z. B. in Chemie- oder ATEX-Umgebungen, werden außerdem Verbindungspunkte eingerichtet, um statische Aufladungen von Tankwagen oder Rohrleitungen abzuleiten.
Der Potenzialausgleich ist von grundlegender Bedeutung: Alle zugänglichen Metallmassen werden miteinander verbunden und durch zuverlässige Systeme wie exothermisches Schweißen oder Korrosionsschutzflansche geerdet, um einen dauerhaften Schutz zu gewährleisten.
Überprüfung und Wartung der Erdungsanlage
Die Effizienz eines Erdungssystems ist nicht von Dauer: Korrosion, Bodenfeuchtigkeit oder eine Verschlechterung der Verbindungen können seine Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Aus diesem Grund schreiben die Vorschriften regelmäßige Messungen des Erdungswiderstands vor, sowohl nach der Installation als auch bei regelmäßigen Inspektionen oder Erweiterungen.
In Wohngebäuden wird ein Widerstand von weniger als 10 Ω empfohlen, wobei die Grenzwerte von Land zu Land unterschiedlich sind (in Frankreich sind beispielsweise bis zu 100 Ω zulässig). Wichtig ist, dass die Anlage Fehlerströme korrekt ableitet und alle Metallmassen auf demselben Potenzial hält, um den Schutz von Personen und Geräten zu gewährleisten.
Erdungssysteme: TT, TN und IT
Nach der internationalen Norm IEC 60364 gibt es drei Haupterdungssysteme: TT, TN und IT.
TT-System (Terra-Terra)
Das TT-System ist das in Spanien am weitesten verbreitete System (in mehr als 95 % der Anlagen vorhanden). Bei diesem System ist der Nullleiter des Transformators im Netz geerdet, während jede Wohnung oder jedes Gebäude über eine eigene, unabhängige Erdung verfügt.
Im Falle eines Stromausfalls erkennt das Differenzial die Leckage und schaltet den Strom sofort ab, wodurch ein hohes Maß an Schutz für die Menschen geboten wird. Zu den Vorteilen gehören die Sicherheit, die Stabilität gegen Überspannungen und die Tatsache, dass es die Übertragung von Fehlern auf benachbarte Anlagen verhindert.
Nachteilig ist, dass es sehr empfindliche Differentiale und eine korrekte Auslegung der Erdung erfordert, was mit höheren Kosten für die Elektroden verbunden sein kann. Dennoch ist es das empfohlene System für Wohn- und Gewerbeanlagen, bei denen die Sicherheit im Vordergrund steht.
TN-System (Erde-Neutral)
Beim TN-System sind die Metallmassen der Anlage direkt mit dem Nullleiter des Netzes verbunden, der im Transformator geerdet ist. Auf diese Weise haben der Nullleiter und die Erde denselben Bezugspunkt. Je nach Konfiguration kann es sich um TN-C (kombinierter Nullleiter und Erdung), TN-S (an der Quelle getrennt) oder TN-C-S (am Anfang kombiniert und später getrennt) handeln.
Wenn ein Fehler auftritt, fließt der Strom über den Schutzleiter mit niedriger Impedanz zurück und erzeugt einen hohen Kurzschlussstrom, der die Leistungsschalter oder Sicherungen sofort auslöst. Der Schutz hängt also nicht nur von der Differenz ab.
Zu seinen Vorteilen gehören die konstante Äquipotentialität und die Tatsache, dass die Sicherheit nicht vom spezifischen Widerstand des Bodens abhängt. Sie erfordert jedoch eine sehr sorgfältige Planung: Die Schleifenimpedanzen müssen in der gesamten Anlage berechnet werden und die Kontinuität des PEN-Leiters muss gewährleistet sein, da sein Bruch gefährlich sein kann.
Im Vereinigten Königreich und in Deutschland ist sie in Kombination mit Mehrfacherdungsanlagen (PME) durchaus üblich.
IT-System (Isolé-Terre, oder isolierter Neutralleiter)
Beim IT-System ist der Nullleiter der Stromquelle von der Erde isoliert (oder über eine hohe Impedanz verbunden), während die Erdung der Anlage eine eigene unabhängige Erdung hat.
Im Falle eines ersten Isolationsfehlers ist der Ableitstrom minimal und löst die Schutzvorrichtungen nicht aus, so dass die Anlage weiter betrieben werden kann. Um diese Situation zu kontrollieren, werden Isolationswächter installiert, die Alarme auslösen und es ermöglichen, den Fehler zu beheben, bevor ein zweiter Fehler auftritt. Tritt ein zweiter Fehler in einer anderen Phase auf, werden die herkömmlichen Schutzvorrichtungen ausgelöst und die Anlage abgeschaltet.
Die Hauptvorteile sind die maximale Betriebskontinuität und ein geringeres Risiko eines Stromschlags im ersten Fehlerfall. Er erfordert jedoch eine spezielle Ausrüstung, ein hochwertiges Erdungssystem und qualifiziertes Personal für seine Wartung.
Aufgrund ihrer Komplexität wird sie nicht in Privathaushalten eingesetzt, sondern in kritischen Umgebungen wie Krankenhäusern, petrochemischen Anlagen, Schiffen, Serverräumen oder kontinuierlichen Industrieprozessen, wo ein plötzlicher Stromausfall nicht akzeptabel ist.
Vergleich der Erdungssysteme (TT, TN und IT)
| System | Erdung | Schutz vor Fehlern | Vorteile | Nachteile | Häufigste Anwendungen |
|---|---|---|---|---|---|
| TT (Erde-Erde) | Transformator-Neutralleiter gegen Erde + unabhängige Erdung in der Anlage | Differentielle Unterbrechung des Stroms, wenn ein Leck erkannt wird | Großer Schutz für Personen, verhindert die Übertragung von Fehlern auf Nachbarn, stabil gegen Überspannung. | Abhängig vom Differenzial, den Kosten der Elektroden und möglichen Potenzialunterschieden zwischen den Erdern. | Wohngebäude und Gewerbe |
| TN (Erde-Neutral) | Neutralleiter und Erdung teilen sich denselben Erdungspunkt | Kurzschlussstrom löst Schutzschalter/Sicherungen aus | Schnelle Abschaltung, konstante Äquipotentialität, unabhängig vom Bodenwiderstand | Komplexe Konstruktion, Risiko von PEN-Brüchen | Industrieanlagen, städtische Netze in Großbritannien/Deutschland |
| IT (Isolierter Nullleiter) | Isolierter oder hochohmiger Neutralleiter; selbstgeerdete Erder | Erster Fehler unterbricht die Verbindung nicht (Alarm); zweiter Fehler löst Schutzmaßnahmen aus | Maximale Kontinuität des Dienstes, geringeres Risiko eines Stromschlags beim ersten Fehler | Spezielle Ausrüstung und qualifizierte Wartung erforderlich, höhere Komplexität | Krankenhäuser, petrochemische Anlagen, Schiffe, Datenzentren, kritische Prozesse. |
Was passiert, wenn man keine Erdung hat?
Nach eingehender Betrachtung des Nutzens der Erdung kann man sich leicht vorstellen, dass die Folgen einer fehlenden Erdung sehr gefährlich sein können.
Gefahr eines Stromschlages
Ohne Erdung kann der menschliche Körper bei der Berührung von Geräten mit einem Isolationsfehler zum Pfad des Ableitstroms werden und einen potenziell tödlichen Schlag erleiden.
Versäumnis, den Schutz zu unterbrechen
Bei nicht vorhandener oder sehr hochohmiger Erdung kann der Ableitstrom so gering sein, dass der Fehlerstromschutzschalter ihn nicht erkennt und den Stromkreis daher nicht rechtzeitig unterbricht.
Beschädigung von Geräten durch Überspannungen
Ein schlechtes Erdungssystem kann Überspannungen (z. B. durch einen nahe gelegenen Blitzeinschlag) nicht wirksam ableiten, was zur Zerstörung empfindlicher elektronischer Geräte und zur Erzeugung elektrischer Störungen führen kann, die andere Systeme beeinträchtigen.
Brandgefahr
Nicht kanalisierte Ableitströme können Überhitzungen und Funken erzeugen, die Brände verursachen können, wenn der Fehler andauert, weil die Schutzvorrichtungen nicht greifen.
Mangelnde Äquipotentialität
Wenn die Erdung gestört ist, geht der Potenzialausgleich verloren. Verschiedene Metallteile können auf unterschiedlichen Potenzialen liegen, wodurch auch ohne offensichtlichen Fehler gefährliche Berührungsspannungen entstehen.
Obligatorische Erdung in Europa
Die Verpflichtung zur Erdung ist in den technischen Vorschriften der einzelnen Länder enthalten, die sich fast immer an der internationalen Norm IEC 60364 orientieren.
Deutschland
Die Normen der DIN VDE 0100 regeln die Erdung. Seit 2007 ist die Installation eines Fundamenterders in jedem neuen Gebäude nach DIN 18015-1 und DIN 18014 vorgeschrieben. In den meisten Teilen des Landes ist das TN-System am weitesten verbreitet.
Spanien
Die elektrotechnische Niederspannungsrichtlinie (REBT) schreibt in ihrem ITC-BT-18 die Installation einer Erdung in jedem neuen Gebäude oder bei größeren Renovierungen vor. Ihr Zweck ist es, gefährliche Spannungen in metallischen Massen zu begrenzen und die Leistung der Differentialschutzeinrichtungen im Falle eines Ausfalls zu gewährleisten.
Portugal
Die RTIEBT-Verordnung, die auf der harmonisierten Norm HD 384 / IEC 60364 basiert, schreibt eine Erdung für alle elektrischen Anlagen vor. Sie schreibt auch die Verwendung von Fehlerstromschutzschaltern vor, wobei die Kriterien praktisch mit denen in Spanien identisch sind.
Frankreich
Die Norm NF C 15-100 schreibt eine Erdung in allen metallischen Teilen der Anlage vor. Seit 1969 ist sie in neuen Wohnungen mit einem Grenzwert von 100 Ω für den Erdungswiderstand vorgeschrieben. Darüber hinaus müssen die Anlagen von zugelassenen Stellen wie CONSUEL überprüft werden.
Italien
Die Norm IEC 64-8 und das Ministerialdekret 37/2008 machen die Messa a Terra in allen Gebäuden verbindlich. Das D.P.R. 462/2001 schreibt regelmäßige Inspektionen alle 5 Jahre in Arbeitsstätten vor, um die Effizienz der elektrischen Anlagen zu überprüfen.
Vereinigtes Königreich
BS 7671 und BS 7430 schreiben eine Erdung für alle Anlagen vor, wobei es verschiedene Systeme gibt (TN-S, TN-C-S, TT, IT). Alle metallischen Teile müssen verbunden sein und niedrige Widerstandswerte aufweisen, wobei FI-Schutzschalter zum Schutz vor Fehlern eingesetzt werden.
Polen
Die PN-IEC 60364-Reihe schreibt Uziemienie in allen Anlagen vor. Das Gesetz Prawo Budowlane schreibt alle 5 Jahre Inspektionen vor, um den elektrischen Zustand, einschließlich des Erdungswiderstands, zu überprüfen, wobei besonders strenge Werte für Blitzableitersysteme gelten.
Die Niederlande
Die NEN 1010, die auf der IEC 60364 basiert, regelt die elektrischen Installationen und schreibt den primären Potenzialausgleich (Hufschlag) in jedem Gebäude vor. Seit 1975 müssen alle neuen Steckdosen mit einem Erdungsleiter ausgestattet sein.
Tschechische Republik
Die Norm ČSN 33 2000, die der IEC 60364 entspricht, regelt die Erdung (uzemnění). In neuen Gebäuden muss ein Fundamenterder oder ein gleichwertiges System installiert werden, und es müssen Erstprüfungen durchgeführt werden. Das Gesetz schreibt außerdem regelmäßige Überprüfungen alle 5 Jahre in Wohngebäuden und häufiger in gefährlichen Umgebungen vor.
Erdung, viel mehr als nur ein Kabel
Die Erdung ist ein einfaches, aber wichtiges Element, das dafür sorgt, dass unerwünschte Elektrizität immer einen sicheren Weg findet. Sie schützt Menschen vor tödlichen Schocks und Geräte vor Schäden. Wie die europäischen Verordnungen bestätigen, ist die Erdung ein universeller Standard zum Schutz von Leben und Eigentum. Obwohl die technischen Details variieren, ist die Botschaft klar: Verzichten Sie niemals auf eine gute Erdung. Es ist buchstäblich das Kabel, das uns sicher macht.