Erdungsmessung

In den meisten Gebäuden und an elektrischen Anlagen wie zum Beispiel einer Photovoltaikanlage sind Erdungen vorhanden. Bei Überspannungen oder Blitzeinschlägen sorgt die Erdung dafür, dass der Strom sicher in die Erde abgeleitet werden kann. Der Erder stellt den Kontakt zwischen elektrischer Anlage und dem eigentlichen Erdreich dar und ermöglicht einen sicheren Erdungspfad. Damit im Bedarfsfall die Erdung funktioniert, sind in vielen Normen und elektrischen Vorschriften Höchstwerte für den Widerstand beziehungsweise die Impedanz des Erders definiert. Diese Werte müssen gemäß den Vorschriften verschiedener Organisationen regelmäßig mit einem Erdungsmessgerät überprüft und gemessen werden. In den Normen und Vorschriften sind zudem die anzuwendenden Messmethoden und Prüfverfahren häufig vorgeschrieben. Im Folgenden ein kurzer Überblick zu den wichtigsten Aspekten der Erdungsmessung.

Die Aufgaben der Erdung und die verschiedenen Erdungstypen

Als Erde wird ein Leiter bezeichnet, der den elektrischen Kontakt zur Erde herstellt. Über diesen Leiter sind zum Beispiel die Metallgehäuse von elektrischen Geräten verbunden. Steht das Gehäuse durch einen Isolationsfehler unter Spannung, ist diese direkt geerdet und der Fehlerstrom fließt ohne Menschen zu gefährden über den Erdleiter ab. Ohne eine Erdung können durch Isolationsfehler oder elektrische Fehlfunktionen erhebliche Gefahren für Menschen, Anlagen und Geräte entstehen. In Verbindung mit einer elektrischen Schutzeinrichtung wie Sicherungen und FI-Schalter wird der fehlerhafte Stromkreis direkt abgeschaltet.
Erdungen können mit Hilfe von Fundamenterdungen, eingegrabenen Erdschleifen, Pfählen, Rohren, Bändern und Drähten hergestellt werden.

Die grundsätzlichen Aufgaben der Erdungsmessung

Mit Hilfe der Erdungsmessung wird überprüft, ob eine bestehende Erdung die in den Normen aufgeführten Werte erfüllt oder eine neu zu erstellende Erdungsanlage diese Werte erreichen kann. Je nach elektrischer Anlage oder Installation können hierfür eine Vielzahl verschiedener Messverfahren zum Einsatz kommen. In der Regel ist der Sinn der Messung, die Impedanz oder den Widerstand der Erdung zu bestimmen. Da sich die Werte einer Erdung über die Zeit verändern können, werden Erdungsmessungen in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt.

Die Erdungsmessung bei Errichtung neuer Erdungsanlagen

Soll eine neue Erdungsanlage errichtet werden, lässt sich mit Hilfe der Messung des spezifischen Erdwiderstands prüfen, ob die erforderten elektrischen Eigenschaften der Erdung realisierbar sind. Zudem können Erkenntnisse zu den zu ergreifenden baulichen Maßnahmen und den zu erwartenden Kosten gewonnen werden. Auch die bestmögliche Lage der Erdung auf dem zur Verfügung stehenden Gelände lässt sich bestimmen.

Der spezifische Erdwiderstand

Der spezifische Erdwiderstand eines Bodens wird in Ohmmeter angegeben und ist abhängig von der Leitfähigkeit des Bodens. Je höher die Leitfähigkeit desto geringer der Erdwiderstand. Da Temperatur und Feuchtigkeit Einfluss auf die Leitfähigkeit haben, ändert sich der Erdwiderstand abhängig von der Jahreszeit und den Wetterbedingungen. Mit zunehmender Tiefe im Erdreich nehmen diese Einflüsse ab, weshalb einer Erdung möglichst tief in das Erdreich reichen soll.

Die verschiedenen Messmethoden zur Ermittlung des spezifischen Erdwiderstands

Zur Messung des spezifischen Erdwiderstands kommen in der Regel das Wenner Verfahren oder das Schlumberger Verfahren zum Einsatz. Bei beiden Verfahren werden vier Hilfserder in einem definierten Abstand in die Erde gesteckt. In die beiden äußeren Erdern wird ein Strom eingespeist und mit einem Voltmeter das Potenzial zwischen den beiden inneren Hilfserdern gemessen. Über den Strom- und den Spannungswert lässt sich der spezifische Erdwiderstand bestimmen. Der Unterschied zwischen dem Wenner- und dem Schlumberger-Verfahren liegt im Abstand der Hilfserder.

Die Erdungsmessung an vorhandenen Erdungsanlagen

Die Erdungsmessung an einer vorhandenen Erdungsanlage hat zum Ziel, zu prüfen, ob die geltenden Sicherheitsvorschriften eingehalten und die vorgegebenen Widerstandswerte erreicht werden. Hierfür können eine ganze Reihe an verschiedenen Messmethoden zum Einsatz kommen, die hier komplett zu beschreiben den Rahmen sprengen würden. Das zu verwendende Messverfahren hängt unter anderem davon ab, ob sich die elektrische Anlage für die Messung abschalten lässt, ob die Erdung aufgetrennt werden kann und ob ein oder mehrere Erder vorhanden sind. Ebenfalls ein Rolle spielen bei der Auswahl des Messverfahrens die zu erzielende Messgenauigkeit und die Umgebung der Anlage (ländlich oder eher städtisch). Im folgenden eine kurze Beschreibung gängiger Messverfahren für die Erdungsmessung an vorhandenen Erdungsanlagen.

Die dreipolige Erdungsmessung (das 62%-Verfahren)

Dieses Messverfahren arbeitet mit zwei Hilfserdern. Über den einen Hilfserder wird der Messstrom eingespeist und der andere dient zum Abgreifen des 0V-Potenzials. Dieser Hilfserder wird auf einer geraden Linien zwischen zu messendem Erder und Einspeiseerder in einer Entfernung von exakt 62 Prozent eingestochen. Dieses Messverfahren existiert auch in abgewandelter Form, bei der nur ein einziger Hilsferder benötigt wird.

Das Dreiecks-Verfahren (zwei Hilfserder)

Auch das Dreiecksverfahren arbeitet wie das 62%-Verfahren mit zwei Hilfserdern. Allerdings befinden sich die Hilfserder und der zu messende Erder nicht auf einer geraden Linie, sondern werden in Dreiecksform angeordnet. Die beiden Hilfserder bilden mit dem zu messenden Erder ein gleichschenkliges Dreieck. Anschließend werden die Messungen an beiden Dreieckseiten vorgenommen.

Das Vierpol-Verfahren

Wie es der Name schon sagt, nutzt das Vierpol-Verfahren eine vierte Bezugsgröße. Zunächst liegt das gleiche Messprinzip wie bei den dreipoligen Messungen zugrunde. Allerdings besteht eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Messgerät und der zu messenden Erde. Da sich dadurch die eigenen Widerstände der Messleitungen kompensieren lassen, erzielt dieses Messverfahren eine wesentliche höhere Messgenauigkeit. Die Messungen sind um den Faktor zehn genauer.
Die hohe Genauigkeit des Vierpol-Verfahrens ist auch der Grund dafür, warum Elektrizitätsunternehmen diese Messmethode häufig verwenden. Denn Verteiler- und Transformatorenstationen benötigen sehr geringe Erdungswiderstände, die sich oft nur mit dieser Messmethode exakt bestimmen lassen.

Messungen mit Stromzangen

Mit Stromzangen lassen sich Messungen an geschlossenen Stromkreisläufen durchführen, ohne dass diese aufgetrennt werden müssen. Dies ist auch der Grund dafür, warum Stromzangen die Erdungsmessung in bestimmten Bereichen revolutioniert haben. Denn Erdungen müssen für die Messung nicht mehr aufgetrennt werden und Hilfserder sind überflüssig. Dies spart erheblichen Aufwand und viel Zeit bei der Messung.
Eine Messung mit der Erdungsprüfzange ist schnell durchzuführen. Der zu messende Erdleiter wird einfach mit der Zange umschlossen. Die Zange verfügt über zwei getrennte Wicklungen. Die so genannte Generatorwicklung erzeugt über ein Wechselmagnetfeld eine Spannung. Diese sorgt für einen Strom, der über den Erdleiter und die Erdung abfließt. Die zweite Wicklung, die Messwicklung, misst diesen Strom. Aus den gemessenen elektrischen Größen lässt sich der Erdungswiderstand berechnen. Je nach elektrischer Anlage und Messprinzip können auch mehrere Messzangen bei der Bestimmung des Erdungswiderstands zum Einsatz kommen.

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