Erdung
{{#if: behandelt das Thema Erdung allgemein. Für den Erdungskontakt des 230-V-Netzes siehe Schutzleiter oder Schutzkontakt.
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Als Erdung bezeichnet man die Ableitung elektrischer Ströme in die Erde.<ref name="Quelle 30" /> Sie kann entweder absichtlich oder zufällig, sowohl natürlich als auch technisch erfolgen.<ref name="Quelle 75" /> In der Natur kommt dies häufig vor, etwa bei Blitzeinschlägen.<ref name="Quelle 73" /> In der Elektrotechnik wird das Prinzip der Erdung genutzt, um unerwünscht auftretende Ströme zu neutralisieren.<ref name="Quelle 30" /> Diese können wiederum aus Blitzeinschlägen,<ref name="Quelle 39" /> aber auch aus Kurzschlüssen in elektrischen Anlagen<ref name="Quelle 5" /> oder statischer Aufladung stammen.<ref name="Quelle 51" /> In der Elektrotechnik bezeichnet Erdung die Gesamtheit aller Mittel und Maßnahmen zum Erden.<ref name="Quelle 30" /> Die Erdung dient dabei dem Herstellen einer beabsichtigten oder zufälligen elektrischen Verbindung zwischen einem gegebenen Punkt in einem Netz, in einer Anlage oder in einem Betriebsmittel und der örtlichen Erde (IEV 1 95-01 -08), das heißt, zur Ableitung von elektrischen Strömen in den Erdboden bzw. das Erdreich.<ref name="Quelle 38" /> Für die Erdung gibt es in der Elektrotechnik unterschiedliche Erdungskonzepte.<ref name="Quelle 47" /> Die Erdung von elektrischen Netzen kann je nach Erdungskonzept unterschiedlich angewendet werden.<ref name="Quelle 48" /> Da Erdung und Potentialausgleich eines Gebäudes in der Regel miteinander verbunden werden, wird häufig (ungenau) auch dann von Erdung gesprochen, wenn eigentlich Potentialausgleich oder Blitzschutzanlage gemeint sind.<ref name="Quelle 2" />
Geschichte
Erste Erkenntnisse über die Wirkung der Erdung bei Blitzen erlangte bereits Benjamin Franklin im Jahr 1750.<ref name="Quelle 56" /> Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden zahlreiche Versuche über die Leitung von elektrischem Strom innerhalb des Erdbodens und durch Seen und Flüsse erfolgreich durchgeführt.<ref name="Quelle 57" /> Weitere Versuche u. a. von Michael Faraday und weiterer Wissenschaftler führten letztendlich dazu, dass man bei hohen Gebäuden im Laufe der Jahre Blitzableiter anbrachte, um damit die bei Blitzen entstehenden Ströme über entsprechend dimensionierte Leitungen mittels Erder sicher ins Erdreich abzuleiten.<ref name="Quelle 56" /> Bei den gegen Ende des 19. Jahrhunderts aufkommenden elektrischen Installationen in den Privathaushalten wurde auf die Nutzung der Erdung weitestgehend verzichtet.<ref name="Quelle 58" /> Diese Regelung galt in Deutschland noch bis in das Jahr 1973 in bestimmten Räumen,<ref group="ANM" name="Anm. Bonh." /> die isolierende Fußböden hatten.<ref name="Quelle 63" />
Die Nutzung der Erdung als elektrotechnische Schutzmaßnahme erfolgte erstmals um das Jahr 1900.<ref name="Quelle 74" /> In anderen Bereichen der Elektrotechnik, z. B. bei Fernsprechstellen, wurde die Erdung der Anlagen dahingehend angewendet, dass man die Anlagen mit dem Wasserrohrnetz mittels eines angelöteten Seils aus Kupferdrähten elektrisch leitend verband.<ref name="Quelle 60" /> Teilweise wurden aber auch Kupfer- oder Eisenplatten im nassen Erdreich vergraben und entsprechend mit Leitungen verbunden als Erder genutzt.<ref name="Quelle 56" /><ref name="Quelle 60" /> Später nutzte man die Erde als elektrischen Leiter auch bei der drahtlosen Telegraphie.<ref name="Quelle 54" /> Bei der Elektrifizierung im Untertagebergbau wurde die Kabelarmierung der damals verwendeten Jutekabel geerdet, um etwaige statische Aufladungen abzuleiten.<ref name="Quelle 69" /> Die überwiegende Nutzung der Wasserleitung als Erder war selbst in den 1960er Jahren noch elektrischer Standard, sofern die Wasserleitung nicht aus Kunststoffrohren bestand.<ref name="Quelle 62" /> Mit der Nutzung der Wasserleitung als oberflächennaher Erder war man bestrebt, die Sicherheit von elektrischen Installationen zu erhöhen.<ref name="Quelle 61" /> Seit dem Jahr 1973 müssen Neubauten in Deutschland mit einer hauseigenen Erdungsanlage ausgestattet sein (siehe TT-System).<ref name="Quelle 64" />
Grundlagen
Mit Erde bezeichnet man in der Elektrotechnik zum einen das Erdreich und zum anderen das elektrische Potential des leitfähigen Erdreichs.<ref name="Quelle 4" /> Physikalisch gesehen gilt ein Körper oder Gegenstand als geerdet, wenn zwischen dem Erdreich und dem Körper eine elektrisch leitende Verbindung vorhanden ist.<ref name="Quelle 65" /> Wenn man einen metallischen Gegenstand, z. B. eine Eisenplatte, im feuchten Erdreich vergräbt, so hat diese Platte Kontakt zum Erdreich und ist somit geerdet.<ref name="Quelle 56" /> Der eingegrabene Gegenstand hat nun das gleiche elektrische Potential wie die Erde.<ref name="Quelle 54" /> Wenn von diesem geerdeten Körper eine elektrische Leitung an einen oberirdischen elektrisch leitfähigen Körper angeschlossen wird, so wird das Erdpotential auf diesen oberirdischen Körper übertragen.<ref name="Quelle 66" /> Der oberirdische Körper hat somit annähernd das gleiche Potential wie die Erde.<ref name="Quelle 47" /> Dies gilt auch für alle an diesen Körper elektrisch angeschlossenen Metallteile.<ref name="Quelle 66" />
Die Erdung hat zum Ziel, ein definiertes Bezugspotential<ref group="ANM" name="Anm. Elolex." /> oder einen Potentialausgleich herzustellen, durch den eine möglicherweise auftretende Spannung kurzgeschlossen werden soll.<ref name="Quelle 34" /> Da die Erde faktisch der größte Elektronenspeicher mit einer annähernd unbegrenzten Kapazität ist, ist das Potential der Erde faktisch unveränderlich.<ref name="Quelle 47" /> Alle Erdpunkte auf der Welt liegen annähernd auf demselben Erdpotential.<ref name="Quelle 66" /> Allerdings weist die Erdung jedoch wie jede andere elektrisch leitfähige Verbindung einen Widerstand auf, den sogenannten Erdungswiderstand.<ref name="Quelle 0" /> Daher bleibt im Fall eines permanenten Stromflusses gemäß dem Ohmschen Gesetz eine Spannung bestehen.<ref name="Quelle 5" /> In statischen Anwendungsfällen darf davon ausgegangen werden, dass mit der Erdung jegliche Potentialdifferenz ausgeschlossen ist.<ref name="Quelle 51" /> Bei in der Luft befindlichen Flugzeugen ist diese Form des Erdpotentials nicht möglich, hier nutzt man den Rumpf des Flugzeuges, um ein definiertes Bezugspotential für das Bordnetz zu erzeugen.<ref name="Quelle 67" />
Innerhalb des Erdreichs fließen unterschiedliche elektrische Ströme, die sowohl natürliche Ursachen<ref group="ANM" name="Anm. Olld 1." /> als auch technische Ursachen<ref group="ANM" name="Anm. Olld 2." /> haben.<ref name="Quelle 54" /> Durch Blitze fließen z. B. elektrische Ladungen in das Erdreich. Aufgrund der annähernd unbegrenzten Kapazität der Erde wird die durch den Blitz verschobene Ladung in der Erde gespeichert, ohne dass diese ihr Potential ändert. Wenn über einen im Erdreich befindlichen Erder Strom ins Erdreich eingeleitet wird, so breitet sich der Strom im Erdreich ausgehend vom Erder mit stetig größer werdender Fläche um den Erder aus.<ref group="ANM" name="Anm. Erdimp." /><ref name="Quelle 53" /> Die Ausbreitung des Stromes hängt von der Höhe des Erdungswiderstandes und hier insbesondere vom spezifischen Widerstand des Erdreichs ab.<ref name="Quelle 54" /> Durch den Stromfluss über den Erder ins Erdreich bildet sich um den Erder ein Spannungstrichter aus, dessen Form von der Art des Erders abhängig ist.<ref name="Quelle 53" /> Der Bereich, der außerhalb des Wirkungsbereichs des Erders liegt, wird als Bezugserde oder auch neutrale Erde bezeichnet.<ref name="Quelle 0" />
Erdungsarten
Je nach Aufgabe und Aufbau unterscheidet man in der Elektrotechnik vier verschiedene Arten der Erdung<ref name="Quelle 0" /> die Schutzerdung,<ref name="Quelle 30" /> die Funktionserdung,<ref name="Quelle 7" /> Blitzschutzerdung<ref name="Quelle 40" /> und die Betriebserdung.<ref name="Quelle 9" /> Mit der Schutzerdung wird eine sichere Verbindung von elektrischen Anlagen und Geräten zum Erdreich erstellt, damit bei fehlerhafter Gerätefunktion das Auftreten von gefährlichen Berührungsspannungen vermieden wird.<ref name="Quelle 38" /> Die Schutzerdung kann auch der Funktionserdung dienen, nicht jedoch umgekehrt.<ref name="Quelle 0" /> Die Funktionserdung dient dazu, elektrische Einrichtungen sicher zu betreiben.<ref name="Quelle 38" /> Mit der Funktionserdung sollen Störströme sicher abgeleitet und elektrische Störeinkopplungen vermieden werden.<ref name="Quelle 7" /> Die Blitzschutzerdung soll den Blitzstrom sicher ins Erdreich abführen, um Gebäude zu schützen.<ref name="Quelle 11" /> Die Betriebserdung wird überwiegend in Kraftwerken und Schaltanlagen eingesetzt und soll einen störungsfreien Betrieb der Anlage oder der Geräte sicherstellen.<ref name="Quelle 9" /> Vielfach werden Erdungen auch kombiniert und miteinander vermascht.<ref name="Quelle 0" />
Erdungskonzepte
Bei der Anwendung der jeweiligen Erdungskonzepte kommt es darauf an, welcher Teil einer elektrischen Anlage mit der Erde verbunden werden soll.<ref name="Quelle 47" /> Dabei werden die Gehäuse von elektrischen Geräten stets direkt, also ohne Zwischenschaltung von elektrischen Bauelementen, mit der Erde verbunden.<ref name="Quelle 38" /> Bei der Erdung von elektrischen Stromkreisen kann die Erdung entweder direkt oder über die Zwischenschaltung von elektrischen Bauelementen erfolgen (siehe TN-System für detaillierte Erläuterungen).<ref name="Quelle 48" />
Eine Erdung wird als offen oder isoliert bezeichnet, wenn Überspannungs-Schutzeinrichtungen, z. B. Schutzfunkenstrecken, in die Erdungsleitung eingebaut sind. Dies entspricht der früheren Definition gemäß DIN VDE 100-200:1993-11 Abschnitt A.5.2. In der aktuellen Ausgabe als Einzelereignis im Hauptabschnitt 826-13 „Erdung und Verbindung“ ist diese nicht mehr enthalten.<ref name="Quelle 1" />
Erdungssysteme
Die grundlegenden Begriffe für Erdungssysteme im Zusammenhang mit Niederspannungsanlagen sind in der DIN VDE 0100-200:2023-06 „Errichten von Niederspannungsanlagen“ im Hauptabschnitt 826-13 – „Erdung und Verbindungen“ festgelegt. Diese Norm enthält weitgehend die deutsche Übersetzung der lEC 60050-826:2004 mit geringfügigen nationalen Anpassungen. Die Begriffsdefinitionen können auch über das frei zugängliche Portal Electropedia in der „Section 826-13“ in 12 Sprachen abgefragt (bzw. in jede der angebotenen Sprachen übersetzt) werden.<ref name="Quelle 6" />
Aufgaben des Erdungssystems
Das Erdungssystem (Erdung) umfasst alle Maßnahmen, die zur Verbindung eines elektrischen Teils mit der Erde erforderlich sind und ist ein wesentlicher Bestandteil sowohl in Niederspannungs- als auch in Hochspannungsnetzen.<ref name="Quelle 25" /> Bei Neubauten ist die Erdungsanlage die erste technische Einrichtung, die eingebaut werden muss.<ref name="Quelle 0" /> Die Erdungsanlage besteht aus den Erdungsleitungen und einem oder mehreren Erdern.<ref name="Quelle 27" /> Die jeweiligen Erder werden, je nach Einbautiefe, eingeteilt in Tiefenerder, die senkrecht in den Boden getrieben werden, und Oberflächenerder, die waagerecht verlegt werden. Dabei sind Fundamenterder eine Sonderform des Oberflächenerders. Sie werden im Fundament unterhalb der Feuchtigkeitsisolation verlegt.<ref name="Quelle 0" />
Aufgabe der jeweiligen Erdungsanlage ist:
- Schutz von Lebewesen durch Begrenzung der Berührungsspannung und der Schrittspannung<ref name="Quelle 37" />
- Blitzschutz von Anlagen und Gebäuden<ref name="Quelle 11" />
- bestimmungsgemäße Funktion der Stromversorgung
- Begrenzung elektromagnetischer Störungen
Entsprechend diesen Anforderungen werden die jeweiligen Erdungssysteme ausgelegt und installiert. Dabei müssen bei der Auslegung der Erdungsanlage bestimmte Anforderungen erfüllt werden:
- Personensicherheit
- Korrosionsbeständigkeit
- mechanische Festigkeit
- Beherrschung des höchsten Fehlerstroms und seiner thermischen Wirkungen
Quelle:<ref name="Quelle 27" />
Bei der Installation der Erdungsanlage muss der Konstrukteur sowohl die Beschaffenheit des Erdreichs als auch die Höhe der zu erwartenden Fehlerströme berücksichtigen.<ref name="Quelle 22" />
Beispiele
Beseitigung von Einflüssen
Durch Starkstromanlagen können benachbarte Leitungen oder andere leitfähige Objekte einer ohmschen, induktiven oder kapazitiven Beeinflussung unterliegen, wodurch Spannungen entstehen, die elektrische Anlagen oder Geräte stören, oder – bei ausreichender Stromstärke – sogar für Personen gefährlich werden können.<ref name="Quelle 41" /><ref name="Quelle 42" /> Diese Form der Starkstrombeeinflussung kann durch Erdung eines Teils vom Trafosternpunkt oder induktive Erdung (weitgehend) kompensiert werden.<ref name="Quelle 23" />
Personenschutz
Menschen und andere Lebewesen sind gefährdet, wenn sie zwei elektrisch leitfähige Objekte berühren, zwischen denen eine gefährlich hohe elektrische Spannung besteht.<ref name="Quelle 37" /> In Hoch- und Niederspannungsnetzen werden deshalb alle nicht betriebsmäßig unter Spannung stehenden leitfähigen Teile elektrischer Verbraucher (z. B. Gehäuseteile) über den sogenannten Schutzleiter mit dem Erdpotential verbunden.<ref name="Quelle 38" /> Bei dieser Erdungsmethode handelt es sich um die Schutzerdung.<ref name="Quelle 30" /> Sie besteht zum Personenschutz aus Erdern, Schutzleitern, Schutzleiter-Klemmen.<ref name="Quelle 27" /> Die Verbindung eines Außenleiters mit diesen Objekten führt dann zum Erdschluss, der zur Auslösung eines Fehlerstrom-Schutzschalters und damit zur Abschaltung der Spannung führen kann.<ref name="Quelle 24" />
Explosionsvermeidung
Erdungen zum Explosionsschutz ähneln Maßnahmen zum ESD-Schutz und schützen Personen und Sachwerte.<ref name="Quelle 51" /> Beim Befüllen z. B. von Tankern, LKW, Waggons, Fässern, Bigbags etc. entstehen elektrostatische Aufladungen.<ref name="Quelle 52" /> Mit Erdungsgeräten vermeidet man Zündquellen durch elektrostatische Aufladung. Erdungsgeräte sind beispielsweise Erdungsklammern, die an den zu erdenden Gegenstand geklemmt (hierbei ist darauf zu achten, dass beispielsweise bei einem Fass die „Zähne“ der Klammer auch wirklich durch den Lack bis auf das Metall kommen) und mittels eines Kabels mit einem Erder verbunden werden. Dies verhindert somit, dass sich Funken bilden und in einer Ex-Atmosphäre eine Explosion entsteht.<ref name="Quelle 51" />
Mobile Stromerzeugungsaggregate
Der sogenannte Erdungsspieß ist ein Zubehörteil eines mobilen Stromerzeugungsaggregats. Sollte dessen Generator nicht an einen vor Ort vorhandenen Erder angeschlossen werden können, wird dieser bis zu einem Meter lange Kupferstab in den Boden getrieben und mit der Generatoranlage verbunden. Moderne Generatoranlagen benötigen in der Regel keinen Erdungsspieß, wenn sie als IT-System mit Isolationswächter betrieben werden.<ref name="Quelle 26" />
Wartung/Arbeitsschutz
Es ist in Deutschland vorgeschrieben, vor Arbeiten an elektrischen Anlagen mit gefährlichen Spannungen, zum Beispiel an Verteilern, Freileitungen oder Oberleitungen, die Spannung abzuschalten und danach alle elektrischen Leiter zu erden.<ref name="Quelle 34" /> Die Erdung bewirkt im Fall eines unbeabsichtigten Einschaltens einen Kurzschluss, der zum Auslösen der Sicherung und damit zur Abschaltung der Spannung führt.<ref name="Quelle 43" /> Außerdem kann über die Erdung eine möglicherweise noch vorhandene Ladung von der Anlage abgeführt werden, zum Beispiel bei Arbeiten an Hochspannungsleitungen.<ref name="Quelle 34" /> Nur in Ausnahmefällen und nur für speziell ausgebildete Elektrofachkräfte ist es zulässig, dies zu unterlassen, zum Beispiel bei Arbeiten unter Spannung.<ref name="Quelle 43" />
Blitzschutz
Der Blitzschutz dient dem Schutz von Personen und Sachwerten.<ref name="Quelle 11" /> Blitzschutzsysteme reduzieren das Risiko von Schäden durch Blitzeinschläge in Gebäuden und beispielsweise auch bei Freileitungen.<ref name="Quelle 39" /> Sie bestehen aus Fangeinrichtungen, Ableitungen, Erdung und Blitzschutz-Potentialausgleich.<ref name="Quelle 34" /> Fangeinrichtungen werden an allen Stellen angeordnet, die von einem Blitz getroffen werden können.<ref name="Quelle 35" /> Von ihnen leiten die Ableitungen den Blitzstrom zur Erdungsanlage.<ref name="Quelle 40" /> Überspannungsschutzgeräte stellen bei einem Blitzeinschlag für leitungsgebundene Überspannungen (Surge) einen Potentialausgleich aller elektrischen Leiter mit dem geerdeten Schutzleiter her.<ref name="Quelle 35" /> Solche leitungsgebundenen Überspannungen können trotz Blitzschutz durch Influenz der hohen Feldgradienten oder durch magnetische Kopplung der Blitzströme in Versorgungs- und Signalleitungen entstehen.<ref name="Quelle 11" />
Bahnerde
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Unter der Bahnerde werden die geerdeten Fahrschienen von Bahnen verstanden, die bei einpoligen Oberleitungen als Rückleitung genutzt werden.<ref name="Quelle 19" /> Diese übliche Konstruktion ist kostengünstig, bewirkt durch den großen Abstand der Leitungen aber ein weiträumiges magnetisches Feld und ist deshalb unter dem Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit ungünstig.<ref name="Quelle 44" /> Aufgrund der unterschiedlichen örtlichen Gegebenheiten und Bodenverhältnisse gibt es in Europa unterschiedliche Erdungskonzepte.<ref name="Quelle 21" /> Die neuere Bezeichnung für die Bahnerde ist Verbindung mit der Rückleitung.<ref name="Quelle 44" /> Es gibt unterschiedliche Erdungskonzepte für Gleichstrom- und Wechselstrombahnen.<ref name="Quelle 59" /> Die Rückleitungssysteme von Gleichstrombahnen müssen von anderen geerdeten Teilen galvanisch getrennt werden.<ref name="Quelle 56" /> Um die Rückleitungsverhältnisse zu verbessern, werden oftmals parallel zur Bahntrasse Erdseile als zusätzliche Rückleiter verlegt.<ref name="Quelle 10" />
ESD-Schutz
Zur Vorbeugung gegen elektrostatische Entladung (electrostatic discharge – kurz ESD) werden zur Erdung von Personen und zum Potentialausgleich Erdungsbänder, Tischmatten und Werkzeuge mit ableitenden Griffen verwendet.<ref name="Quelle 49" /> Dies ist immer dann erforderlich, wenn Elektronik oder elektronische Bauelemente gehandhabt oder montiert werden.<ref name="Quelle 50" /> Insbesondere Diodenlaser, Feldeffekttransistoren, aber auch Schottkydioden, Leuchtdioden sowie die meisten anderen aktiven elektronischen Bauelemente und integrierten Schaltkreise sind gefährdet, wenn diese unsachgemäß gehandhabt, transportiert oder in Platinen eingelötet werden bzw. entsprechende Baugruppen berührt werden.<ref name="Quelle 20" />
Die leitenden Verbindungen zwischen der Person, dem Gerät und der Erde bauen Spannungsdifferenzen ab, die den Bauteilen gefährlich werden könnten.<ref name="Quelle 50" /> Die ESD-Empfindlichkeit elektronischer Bauelemente wird mit dem human-body-Modell getestet und in ESD-Empfindlichkeitsklassen spezifiziert.<ref name="Quelle 49" />
siehe auch: Antistatikband
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
Bei manchen monopolaren Anlagen zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung wird, so verfügbar, das gut leitende Meerwasser als zweiter Pol verwendet. An Land sind ausgedehnte Erdungselektroden nötig. Die Erdung ist funktionswichtig, muss jedoch auch Aspekte des Personenschutzes berücksichtigen. Eine Erdung durch Verbinden des zu erdenden Pols mit irgendwelchen Objekten der Stromrichterstation verbietet sich aus Gründen der Elektrokorrosion und unerwünschter Beeinflussung elektrischer Anlagen, zum Beispiel durch Vormagnetisierung von Transformatoren und durch vagabundierende Gleichströme.<ref name="Quelle 29" /> Deshalb erfolgt die Erdung von Anlagen zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung an einem geeigneten Ort – so verfügbar im Meer – in meist einigen Kilometern Abstand von der Stromrichterstation.
Erfolgt die Erdung an Land, so werden für Anoden meist mehrere Grafitelektroden vergraben. Für Kathoden wird ein Kupferring im Erdreich verlegt. Bei Elektroden im Meer werden für Anoden Graphitelektroden oder Titannetze verwendet. Für Kathoden kommt meist ein blanker Kupferring auf dem Meeresgrund mit einem Durchmesser von über 100 m zum Einsatz. Bei an Land befindlichen Erdungsanlagen, wie die der Pacific DC Intertie im Ort Celilo, befindet sich der Erder im Abstand von 10 km zur Konverterstation in Form eines metallischen Eisenringes mit einem Durchmesser von über 3 km im Erdreich. Zur Vermeidung von Elektrolyse, welche die metallische Erdungselektrode zerstören würde, ist der metallische Eisenring in Petrolkoks eingebettet, welcher den elektrischen Kontakt zum umgebenden Erdreich herstellt.
Der Standort solcher Elektroden muss in Bezug auf die mögliche Korrosionsgefährdung anderer im Boden befindlicher metallischer Teile, wie Rohre, oder der Beeinflussung elektrischer Anlagen sorgfältig ausgewählt werden. Er sollte bei Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen mit Seekabeln nicht zu nah an der Kabeltrasse liegen, da sonst Streuströme über den Kabelmantel abfließen können, die zur Korrosion desselben führen können.<ref name="Quelle 28" />
Funktechnik
Antennen erfordern besonders bei großen Wellenlängen der zu sendenden oder zu empfangenden Funkwellen eine Erdung, um ihre Funktion zu verbessern.<ref name="Quelle 33" /> Weiterhin müssen exponiert an oder auf Dächern angebrachte Antennen geerdet werden, um den Blitzschutz zu gewährleisten.<ref name="Quelle 32" /> Dies schützt Personen und angeschlossene Geräte vor Schäden.<ref name="Quelle 31" /> Bei unsymmetrisch aufgebauten Antennen (z. B. Groundplane-Antenne) ist die Hochfrequenzerdung notwendig für die Funktion der Antenne. Die Hochfrequenzerdung einer Antenne bietet den Ausgleichsströmen einen niederohmigen Strompfad an und wird oft auch Gegengewicht der Antenne genannt.<ref name="Quelle 33" /> Besonders aufwendige Erdungsanlagen findet man bei Sendeanlagen für Langwelle, Mittelwelle und Längstwelle, denn bei derartigen Anlagen hängt der Wirkungsgrad entscheidend von der Niederohmigkeit der Erdung bei der Betriebsfrequenz der Funkanlage ab. Bei Sendeanlagen für Langwelle, Mittelwelle und Längstwelle werden um den Antennenstandort in geringer Tiefe (10 bis 50 Zentimeter) mehrere Metallbänder vergraben, die radial vom Antennenmittelpunkt weglaufen.<ref name="Quelle 36" /> Lässt der Boden kein Vergraben zu, so werden diese ggf. auf kleinen Masten oberirdisch verlegt. Diese Erdbänder sollten mindestens so lang sein, wie der Antennenträger hoch ist. In den meisten Fällen ist ein Wert von einem Viertel der abgestrahlten Wellenlänge ausreichend, es wurden aber schon Erdbänder mit einer Länge von den 1,5fachen der abgestrahlten Wellenlänge verlegt. Man bezeichnet eine derartige Anlage als Erdnetz. Steht der Antennenträger auf einer Plattform im Meer, so kann wegen der guten Leitfähigkeit des Meerwassers auf ein Erdnetz verzichtet werden. Dies gilt auch für im Längst-, Lang- und Mittelwellenbereich betriebene Sender an Bord von Schiffen. Für Längstwellensender mit ganz besonders niederen Frequenzen, wie den Sanguine und ZEVS, wird ein über Tiefenerder geerdeter Bodendipol verwendet. Bei diesen Anlagen sind die Erder in mehreren Metern Tiefe versenkt.<ref name="Quelle 0" />
Funktionserdung
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Die Funktionserdung von Audioverstärkern oder -signalquellen dient dazu, über elektrische Störfelder empfangene Störsignale zu vermeiden, indem deren metallene Gehäuse miteinander und mit dem Erdpotential verbunden werden.<ref name="Quelle 16" /> Oszilloskope und andere Geräte wie Computer besitzen oft eine galvanische Verbindung der Signalmasse mit dem Schutzleiter des speisenden Netzanschlusses, um Störeinstrahlung oder Störabstrahlung zu verringern.<ref name="Quelle 17" /> Gehäuse und Signalmasse anderer Geräte sind zu diesem Zweck häufig auch nur über ein RC-Glied mit dem Schutzleiter verbunden. Anschlüsse für die Funktionserdung oder -masseverbindung müssen nicht wie Schutzerdeverbindungen gekennzeichnet sein und dürfen nicht als Schutzerdeverbindung benutzt werden.<ref name="Quelle 38" />
Wohlbefinden
In der Alternativmedizin werden Erdungsmaßnahmen als Therapie gegen angebliche Elektrosensibilität,<ref group="ANM" name="Anm. m Breit." /><ref name="Quelle 65" /> bei Schlafstörungen<ref name="Quelle 72" /> sowie zur Stressregulation eingesetzt.<ref name="Quelle 65" /> Medizinisch anerkannt ist dies nicht, siehe auch Polypragmasie.
Probleme durch Erdungen
Aufgrund der Vielzahl von unterschiedlichen Erdungssystemen kann es zur Beeinflussung der Erdungssysteme untereinander kommen.<ref name="Quelle 45" /> Dieses macht sich besonders in städtischen Gebieten mit dichter Bebauung bemerkbar, wenn Bahntrassen in der Nähe der Bebauung verlaufen.<ref name="Quelle 10" /> Durch Potentialverschleppungen kann es zu Überlagerungen des Bahnstromes auf das Drehstromnetz kommen.<ref name="Quelle 46" /> Dies führt dazu, dass Anlagen nicht mehr einwandfrei funktionieren. Im schlimmsten Fall können diese Überlagerungen zu Schäden am Erder führen oder sogar den PEN-Leiter zerstören.<ref name="Quelle 10" /> Durch vagabundierende Gleichströme kommt es in der Nähe von Gleichstrombahnen zu starken Korrosionen an Erdern aus feuerverzinktem Stahl.<ref name="Quelle 13" />
Heutige metallische Rohrleitungen haben geringere Wandstärken als früher und sind gegebenenfalls empfindlich gegenüber elektrolytischer Korrosion, die auftritt, wenn ein Strom über die Rohrleitung abfließt, insbesondere wenn es sich um einen Wechselstrom handelt.<ref name="Quelle 18" /> Es ist heute nicht mehr zulässig, Rohrleitungen als Erder zu nutzen, wie es früher der Fall war.<ref name="Quelle 15" /> Zur Vermeidung von Korrosionsschäden an erdverlegten, metallischen Rohrleitungen, Behältern und Bauteilen in Gebieten, die mit Streustrom belastet sind, werden häufig Anlagen des kathodischen Korrosionsschutzes betrieben.<ref name="Quelle 62" /> Um in bebauten Gebieten den Eintrag von Potentialunterschieden aus dem Erdreich zu vermeiden, sollen Gebäude seit 2010 nur noch an einer einzigen Stelle geerdet werden.<ref name="Quelle 38" /> Wenn eine leitfähige Rohrleitung von außen ins Gebäude eingeführt wird, so sollte am Hausanschluss eine isolierte Rohrverbindung vorgesehen werden.<ref name="Quelle 14" />
Prüfung
Das Vorhandensein eines Anschlusses zu einem Potentialerder allein bietet noch keine Gewähr für eine sichere Erdung.<ref name="Quelle 38" /> Nach dem Einrichten eines Potentialerders ist darum eine Prüfung auf Ableitung von Fehlerströmen nach VDE 0100<ref name="Quelle 12" /> erforderlich, etwa durch Messung des Erdungswiderstandes.<ref name="Quelle 55" />
Richtlinien und Normen
- DIN 18014: Fundamenterder – Allgemeine Planungsgrundlagen.
- DIN VDE 0100-200: Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 200: Begriffe.
- DIN VDE 0100-410: Errichten von Niederspannungsanlage – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag.
- DIN VDE 0100-444: Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-444: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen.
- DIN VDE 0100-540: Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Erdungsanlagen, Schutzleiter und Schutzpotentialausgleichsleiter.
- DIN VDE 0141: Erdungen für spezielle Starkstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV.
- DIN VDE 0151: Werkstoffe und Mindestmaße von Erdern bezüglich der Korrosion.
- DIN VDE 0185-305-3: Blitzschutz – Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen.
- DIN VDE 800-2-310: Anwendung von Maßnahmen für Potentialausgleich und Erdung in Gebäuden mit Einrichtungen der Informationstechnik.
- ÖVE/ÖNORME EN 62305-3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen
- OVE E 8014 Fundamenterder und ergänzende Maßnahmen mit Erdung und Potentialausgleich für Einrichtungen der Informationstechnik (deutsche Fassung)<ref> OVE E 8014 </ref>
Die Technischen Anschlussregeln Niederspannung (TAR Niederspannung) VDE-AR-N 4100 legen fest, wie u. a. Zählerschrank und Erdungsanlage von Kundenanlagen technisch auszuführen sind, die an das Niederspannungsnetz in Deutschland angeschlossenen werden.
Literatur
- Wilfried Knies, Klaus Schierack: Elektrische Anlagentechnik; Kraftwerke, Netze, Schaltanlagen, Schutzeinrichtungen. 5. Auflage. Hanser Fachbuchverlag, 2006, ISBN 3-446-40574-7.
- ABB Schaltanlagen Handbuch. (www02.abb.com)
Einzelnachweise
<references responsive=""> <ref name="Quelle 0">Herbert Schmolke: Potentialausgleich, Fundamenterder, Korrosionsgefährdung. 7., komplett überarbeitete Auflage. VDE Verlag, Berlin Offenbach 2009, ISBN 978-3-8007-3139-8.</ref> <ref name="Quelle 1">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> <ref name="Quelle 2">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> <ref name="Quelle 4">Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen (Hrsg.): Begriffserläuterungen. (lanuv.nrw.de, abgerufen am 12. März 2013, PDF; 129 kB)</ref> <ref name="Quelle 5">Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: Elektrische Energieversorgung. 7. Auflage. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0217-0.</ref> <ref name="Quelle 6">Area: ELECTROPEDIA; Area 826: Electrical installations. (electropedia.org, abgerufen am 12. März 2013)</ref> <ref name="Quelle 7">A. B. B. Merkblatt: Verbindung und Vermaschung von Erdungsanlagen. (vde.com, abgerufen per Webarchive am 30. Dezember 2021; PDF; 57 kB)</ref> <ref name="Quelle 9">Réne Flosdorff, Günther Hilgarth: Elektrische Energieverteilung. 4. Auflage. Verlag B.G. Teubner, 1982, ISBN 3-519-36411-5.</ref> <ref name="Quelle 10">Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute: Erdungshandbuch. Regelwerk Technik Eisenbahn, Bern 2008.</ref> <ref name="Quelle 11">DEHN + Söhne GmbH + Co. KG.: Blitzplaner. 2., aktualisierte Auflage. Neumarkt 2007, ISBN 978-3-00-021115-7.</ref> <ref name="Quelle 12">VDE Vorschriften. (<templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20120227151325
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}}, abgerufen am 27. August 2012; PDF; 204 kB)</ref>
<ref name="Quelle 13">Karl-Heinz Otto, Ronald Fischer: Elektrisch bedingte Korrosion. (sv-otto.de, abgerufen am 28. Dezember 2011; PDF; 263 kB)</ref> <ref name="Quelle 14">Bodo Appel: Wie falsche Erdung zu Korrosion in Wasserrohren führt. In: Haustec.de, 25. Januar 2018. (haustec.de)</ref> <ref name="Quelle 15">Dehn + Söhne: Korrosionsschäden an Erdungsanlagen. In: Elektropraktiker. 8/2010, Sonderdruck Nr. 73. (<templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20110701221548
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}}, abgerufen am 28. Dezember 2011; PDF; 421 kB)</ref>
<ref name="Quelle 16">Brüel & Kjaer Vibro GmbH (Hrsg.): Allgemeine Erdungsempfehlung. (xfel.desy.de, abgerufen am 28. Dezember 2011; PDF; 962 kB)</ref> <ref name="Quelle 17">Buerger Electronic: Hochspannungsprüfgerät HP5000. Bedienungsanleitung. (<templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20070304001028
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}}
}}, abgerufen am 27. August 2012; PDF; 446 kB)</ref>
<ref name="Quelle 18">W. v. Baeckmann, W. Schwenk: Handbuch des kathodischen Korrosionsschutzes. 4., völlig neu bearbeitete Auflage. WILEY-VCH, Weinheim 1999, ISBN 3-527-29586-0.</ref> <ref name="Quelle 19">Christoph Rützel: Bahnerdung und Rückstromführung. In: Eisenbahn-Unfallkasse (EUK) (Hrsg.): Bahn Praxis Spezial 11. Bahn Fachverlag, Mainz 2007, S. 125–128.</ref> <ref name="Quelle 20">Joachim Klinner: Erdung in Telekommunikationsanlagen. In: Deutsche Telekom Unterrichtsblätter. Die Fachzeitschrift der Deutschen Telekom. 52. Jahrgang, Heft 2, Nr. C 10964, 10. Februar 1999, S. 68–76 (<templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20120227134528
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}}, abgerufen am 27. August 2012; PDF; 2,3 MB).</ref>
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}}, abgerufen am 28. Dezember 2011)</ref>
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Weblinks
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Anmerkungen
<references group="ANM"> <ref group="ANM" name="Anm. Elolex.">Als Bezugspotential (engl. reference potential) bezeichnet man in der Elektrotechnik einen Punkt in einer Schaltungsanordnung, auf den alle anderen elektrischen Potentiale bezogen werden. Dies ist meistens das Erdpotential, es kann aber auch die erdfreie Masse als Bezugspotential dienen. (Quelle: Otger Neufang: Lexikon der Elektronik.)</ref> <ref group="ANM" name="Anm. Erdimp.">Die Ausbreitung um den Erder erfolgt idealerweise bei einem Halbkugelerder vom Kugelmittelpunkt aus radialsymmetrisch in das homogene Erdreich. Die Fläche ist beim Austritt am kleinsten und nimmt mit größer werdender Entfernung vom Erder zu. Dabei ist der Spannungsabfall in der Nähe des Erders am höchsten und nimmt mit größer werdender Entfernung vom Erder ab. (Quelle: Anton Gabbauer: Ein Beitrag zur rechnerischen Bestimmung von Erdungsimpedanzen, Erdungsströmen und Erdungsspannungen von elektrischen Anlagen in Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung.)</ref> <ref group="ANM" name="Anm. Bonh.">Voraussetzung für den Verzicht auf elektrische Schutzmaßnahmen wie z. B. eine Erdung war, dass innerhalb des Raumes keine Gefährdung von der Elektrik auftreten konnte. Hierfür musste der jeweilige Raum mit isolierendem Fußboden z. B. Holzdielen ausgestattet sein und es durften keine geerdeten Teile wie z. B. Wasserrohre in den Raum führen. Auch musste der Raum anstatt mit einer Heizung mit einem Kohleofen beheizt werden. Dies alles war in der VDE 0100 § 6a von 1973-05 geregelt. (Quelle: Sven Bonhagen (Hrsg.): Bestandsschutz in elektrischen Anlagen.)</ref> <ref group="ANM" name="Anm. Olld 1.">Hierbei handelt es sich um Induktionsströme, die zum einen durch Schwankungen des Magnetfeldes der Erde entstehen. Durch diese Schwankungen werden in den leitenden Erdmassen Wirbelströme erzeugt. Zum anderen entstehen natürliche Ströme auch durch Temperaturunterschiede im Erdreich im Zusammenhang mit Wärmeströmungen der Erdströme. (Quelle: Franz Ohlendorf: Erdströme.)</ref> <ref group="ANM" name="Anm. Olld 2.">Zu den technischen Erdströmen zählen Ableitströme aus technischen Anlagen oder aus elektrischen Bahnanlagen. Aber auch vagabundierende Ströme und Ableitströme infolge von Schäden an elektrischen Anlagen gehören zu den technischen Erdströmen. (Quelle: Franz Ohlendorf: Erdströme.)</ref> <ref group="ANM" name="Anm. m Breit.">Bei der Körpererdung (Earthing) soll der menschliche Körper gezielt eine leitfähige Verbindung zum Erdboden bekommen. (Quelle: Günther W. Amann-Jennson: Schlafstörungen durch Körpererdung therapieren.) Die Körpererdung kann dadurch erfolgen, dass die betroffene Person über einen elektrischen Leiter Kontakt mit dem Erdpotential hat. Er kann aber auch direkten Kontakt haben, z. B. indem er Barfuß auf dem Erdboden steht. In beiden Fällen gilt die Person als geerdet. (Quelle: Martin Breitsching: Einfluss von Erdung auf die Ausdauerfähigkeit beim Skibergsteigen.)</ref> </references>
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- Erdung
- Elektromagnetische Entstörung