Warum beträgt der Erdungswiderstand einer kompakten Umspannanlage in der Regel ≤4Ω

Als ein wichtiges Verteilungselektrizitätsgerät beruht der sichere Betrieb einer kompakten Umspannstation auf zuverlässigen Erdungsmaßnahmen. Oft fragen sich Menschen: Warum sollte die Erderdungswiderstand eines kompakten Umspannwerks in der Regel nicht mehr als 4Ω betragen? Hinter diesem Wert stehen strenge technische Grundlagen und Anwendungsszenariobeschränkungen. Tatsächlich ist die Anforderung von ≤4Ω nicht in allen Fällen zwingend. Sie gilt hauptsächlich für Szenarien, in denen das Hochspannungssystem "ungeerdet", "resonanzgeerdet" oder "hochwiderständig geerdet" ist. Denn bei diesen Erdungsarten ist der Fehlerstrom im Falle eines Einphasenfehlers auf der Hochspannungsseite relativ gering (in der Regel nicht mehr als 10A). Wenn der Erdungswiderstand unter 4Ω gehalten wird, kann die Fehlerspannung auf einen relativ sicheren Bereich (wie 40V) begrenzt werden, was das elektrische Schlagrisiko durch die Spannungssteigerung des PE-Leiters auf der Niederspannungsseite effektiv vermeidet. Der folgende Text wird die Prinzipien und Logik hinter dieser technischen Anforderung detailliert analysieren.

Warum sollte der Erdungswiderstand eines kompakten Umspannwerks in der Regel nicht größer als 4 Ω sein? Tatsächlich hat die Anforderung, dass der Erdungswiderstand ≤ 4 Ω betragen sollte, Anwendungsbedingungen und gilt nicht für alle Situationen. Diese Norm gilt hauptsächlich für Szenarien, in denen das Hochspannungssystem unerden, resonanzgeerdet oder hochwiderständig geerdet ist, und nicht für Situationen, in denen das Hochspannungssystem effektiv geerdet wird.

Bei den oben genannten drei Erdungsarten (ungeredet, resonanzgeerdet und hochwiderständig geerdet) ist der Einphasenfehlerstrom des Hochspannungssystems relativ gering, in der Regel nicht mehr als 10 A. Wenn dieser Fehlerstrom durch den Erdungswiderstand R_b der kompakten Umspannstation fließt, entsteht eine Spannungsabnahme an ihm. Wenn R_b 4 Ω beträgt, beträgt die Spannungsabnahme: U=I×R=10A×4Ω=40V

Da die Schutzerdung des Hochspannungssystems und die Systemerdung des Niederspannungsverteilsystems oft den gleichen Erdungselektroden teilen, steigt auch die Spannung des PE-Leiters auf der Niederspannungsseite gegenüber dem Boden auf 40 V. Diese Spannung liegt unter dem Sicherheitslimit für elektrische Schläge (das Kontaktspannungslimit beträgt in der Regel 50 V), wodurch das Risiko von Personenschäden auf der Niederspannungsseite bei einem Erdfehler auf der Hochspannungsseite erheblich reduziert wird.

Laut den relevanten Normen (z.B. "Regelwerk für die Erdung von Wechselstrom-Elektrizitätsanlagen" GB/T 50065-2014) legt Artikel 6.1.1 fest:
Für Hochspannungsverteilungseinrichtungen, die in unerden, resonanzgeerdeten und hochwiderständig geerdeten Systemen arbeiten und Niederspannungselektrizitätseinrichtungen bis 1kV versorgen, sollte der Erdungswiderstand der Schutzerdung den folgenden Anforderungen entsprechen und nicht mehr als 4Ω betragen: R ≤ 50 / I

• R: Berücksichtigen Sie den maximalen Erdungswiderstand nach saisonalen Schwankungen (Ω); 

• I: Der Einphasenfehlerstrom zur Berechnung. In einem resonanzgeerdeten System wird der Reststrom am Fehlerpunkt als Grundlage verwendet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Begrenzung des Erdungswiderstands einer kompakten Umspannstation auf 4Ω dazu dient, die Kontaktspannung innerhalb eines sicheren Bereichs effektiv zu kontrollieren und die persönliche Sicherheit bei einem Erdfehler auf der Hochspannungsseite zu gewährleisten. Diese Anforderung ist das Ergebnis einer Sicherheitsplanung basierend auf spezifischen Erdungssystemen und Fehlerstrompegeln.