Schutz durch Mehrfacherdung (PME) – TN-C-S – (MEN) und PNB
Was ist Protective Multiple Earth (PME)?
Protective Multiple Earth (PME) ist eine Sicherheits-Erdschaltung, bei der der Erdungsleiter (Erde-Leiter) in den Räumlichkeiten eines Verbrauchers sowohl mit dem lokalen Erdungssystem als auch mit dem Neutralleiter der Stromversorgung verbunden ist. Auch bekannt als TN-C-S oder Multiple Earther Neutral (MEN), stellt dieses System sicher, dass bei einem Bruch des Neutralleiters Fehlerströme immer noch sicher über die Erdverbindung zum Quellpunkt zurückkehren können, wodurch das Risiko von elektrischen Schlägen und anderen Gefahren minimiert wird.
Im PME-Erdungssystem (siehe unten dargestellt) erfüllt der Versorgungsneutralleiter eine doppelte Funktion: Er bietet schützende Erdung und fungiert als Neutralleiter. Darüber hinaus wird der Neutralleiter auf der Versorgungsseite an mehreren Punkten geerdet. Der nachfolgende Abschnitt dieses Artikels diskutiert die Auswirkungen eines offenen PEN-Leiters (eines Bruchs im Quellenneutralleiter), einschließlich Schutzmaßnahmen und potenzieller Risiken, die mit PME verbunden sind.
Was ist TN-C-S PME?
TN-C-S PME (Protective Multiple Earthing) ist eine spezifische Konfiguration eines elektrischen Verteilersystems, bei der die externe Versorgungsquelle an mehreren Punkten direkt geerdet wird ("T" = Terre, Französisch für "Erde" oder "Boden"). Auf der Installationsseite des Verbrauchers sind die leitenden Teile von Geräten über Schutzleitungen (CPC) sowohl mit dem Versorgungsneutral (N) als auch mit dem Erdungssystem verbunden.
Die Bezeichnung "C-S" bedeutet, dass der Neutral- (N) und der Schutzerd- (PE) Leiter im Netzwerk der Versorgungsquelle kombiniert (C) und in der Installation des Verbrauchers getrennt (S) sind.
Wesentliche Komponenten von TN-C-S PME
T: Terre ("Erde/Boden") — Das System hat eine direkte, unabhängige Erdverbindung, die von den Versorgungsleitern getrennt ist.
N: Neutral — Der Rückführleiter für den Strom im elektrischen Kreis.
C: Kombiniert — Im stromaufwärts liegenden Versorgungsnetz (z.B. vom Transformator bis zum Hauptverteiler des Verbrauchers) werden der Neutral- (N) und der Schutzerd- (PE) Leiter zu einem einzigen Leiter, dem PEN (Protective
Earth Neutral) Leiter, zusammengefasst.
S: Getrennt — Am Hauptverteiler oder Verteilungspunkt des Verbrauchers spaltet sich der PEN-Leiter in zwei unabhängige Leiter:
Neutral (N): Trägt den Rückführstrom.
Schutzerd (PE): Verbindet sich mit Gerätegehäusen und sorgt für Sicherheit bei Fehlern.
Wie TN-C-S PME funktioniert
Stromaufwärts (Versorgungsseite):
Der Neutral- und Schutzerdleiter sind als PEN-Leiter kombiniert, am Quellpunkt (z.B. Transformator) und möglicherweise an Zwischenpunkten (mehrfache Erdung) geerdet.
Stromabwärts (Verbraucherseite):
Am Hauptverteiler des Verbrauchers wird der PEN-Leiter in einen separaten Neutral- (N) und Schutzerd- (PE) Leiter geteilt.
Der PE-Leiter verbindet sich mit allen freigelegten leitenden Teilen von Geräten (z.B. Metallgehäusen), um Fehlerströme sicher zur Erde abzuleiten.
Der Neutral- (N) bleibt innerhalb der Installation des Verbrauchers von der Erde isoliert (außer für einen einzigen Verbindungspunkt am Hauptverteiler, um das Potenzial stabil zu halten).
Sicherheitsvorteile
Fehlerabsicherung: Bei einem Phasen-zu-Metall-Fehler fließt der Strom durch den PE-Leiter zur Erde, wodurch der Schaltkreis oder der Sicherung schnell ausfällt.
Sicherheit bei Neutralbruch: Wenn der Neutralleiter stromaufwärts bricht, stellt die PEN/PE-Verbindung sicher, dass freigelegte Metallteile am Erdpotential bleiben, was das Risiko von elektrischen Schlägen reduziert.
Flexibilität: Kombiniert die Einfachheit eines kombinierten Neutral-Erdsystems (TN-C) im Versorgungsnetz mit der Sicherheit eines getrennten Systems (TN-S) in den Räumlichkeiten des Verbrauchers, was es für städtische Netze und Gebäudeinstallationen geeignet macht.
Diese Konfiguration vereint Kosteneffizienz im Versorgungsnetz mit erhöhter Sicherheit in Endbenutzerumgebungen und wird in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden weit verbreitet eingesetzt.
Was ist PNB?
PNB, kurz für Protective Neutral Bonding, ist eine Erdmethode, die ähnlich wie das PME (Protective Multiple Earthing) System ist, aber mit einem wesentlichen Unterschied: Die Neutral-zu-Erde-Verbindung (TN) wird auf der Verbraucherseite (z.B. am Hauptverteiler des Gebäudes) hergestellt und nicht am Stromversorgungs- oder Verteilungstransformator.
In einem TN-C-S-System bezieht sich PNB (Protective Neutral Bonding) auf die Konfiguration, bei der die PEN (Protective Earth Neutral) oder CNE (Combined Neutral Earth) Leiter einzelner Verbraucher nur an einem Punkt mit der Stromquelle (z.B. Transformator) verbunden sind. Dieser einzige Verbindungspunkt stellt sicher, dass die Neutral- und Schutzerd-Funktionen stromaufwärts (vom Transformator bis zum Hauptverteiler des Verbrauchers) kombiniert und innerhalb der Installation des Verbrauchers (TN-C-S-Struktur) getrennt sind.
Wesentliche Überlegungen für PNB
Abstand zur Erde: Der empfohlene Abstand zwischen dem Erdungselektroden und dem Hauptverteiler des Verbrauchers (wo die Neutral-Erde-Verbindung erfolgt) beträgt weniger als 40 Meter (≈130 ft.). Um Spannungsrisiken bei einem Neutralbruch zu minimieren, sollte dieser Abstand idealerweise so kurz wie möglich sein, am besten direkt neben der Erdungsleiste des Hauptverteilers.
Sicherheitsmechanismus: Durch die Verbindung des Neutralleiters mit der Erde an den Räumlichkeiten des Verbrauchers hilft PNB, das Potential des Neutralleiters zu stabilisieren und bietet einen Ersatzweg für Fehlerströme, wenn der stromaufwärts liegende Neutralleiter versagt. Dies reduziert das Risiko, dass freigelegte Metallteile lebendig werden und elektrische Schläge verursachen.
Unterschied zu PME
Während sowohl PNB als auch PME Neutral-Erde-Verbindungen beinhalten, enthält PME in der Regel mehrere Erdpunkte auf der Versorgungsseite (z.B. am Transformator und entlang des Verteilungsnetzes), während PNB sich auf einen einzigen Verbindungspunkt an der Verbraucherseite innerhalb eines TN-C-S-Rahmens konzentriert.
PNB ist darauf ausgelegt, Sicherheit und Einfachheit in kleineren Installationen zu vereinen, um die Einhaltung von Elektrocodes sicherzustellen, während gleichzeitig der Einfluss von Neutralleiterfehlern in Endbenutzerumgebungen minimiert wird.
Warum und wo wird das PME-Erdungssystem verwendet?
Gemäß den ESQCR (Electricity Safety, Quality and Continuity Regulations) sind Verbraucher daran gehindert, PEN-Leiter in HV/LV-Installationen zu installieren; diese Verantwortung liegt bei dem unabhängigen Verteilnetzbetreiber (DNO). Dies liegt daran, dass PME-Systeme komplexe Erdkonfigurationen erfordern, die professionelle Verwaltung benötigen, um Sicherheit und Einhaltung zu gewährleisten.
Wesentliche Vorteile von PME
Der primäre Vorteil von PME ist seine Fähigkeit, Risiken bei einem gebrochenen Neutralleiter (offener PEN-Leiter) zu verringern. Wenn der Neutralleiter ausfällt, kann der Fehlerstrom über den parallelen Erdpfad (durch mehrfache Erdungspunkte geschaffen) zum Versorgungsquellpunkt zurückkehren. Dieser niederohmige Pfad löst Schutzvorrichtungen (z.B. Sicherungen, Schaltgeräte) aus, da der hohe Strom aufgrund des niedrigen Widerstands die Sicherung schmilzt oder den Schalter aktiviert. Folglich bleiben freigelegte Metallteile nahe am Erdpotential, was das Risiko von elektrischen Schlägen durch einen gebrochenen Neutralleiter eliminiert. Ohne PME würde ein Neutralbruch keinen Rückweg hinterlassen, was den Neutralleiter energiereich machen und ein schweres Schockrisiko darstellen würde.
Anwendungen von PME
Stromversorgungsunternehmen und -verteiler verwenden PME oft in ländlichen oder schwierigen Geländebedingungen (z.B. bergiges Gebiet), wo:
Individuelle Niederwiderstandserde für jedes Gebäude kostspielig oder unpraktikabel sind.
Das Erreichen eines geeigneten Erdwiderstands von Transformator zu Verbraucherklemmen schwierig ist.
Allerdings erfordert die Verwendung von PME schriftliche Genehmigung der zuständigen Behörden aufgrund seiner technischen Anforderungen und potenziellen Risiken.
Leiter- und Verbindungsdimensionierung für PME/PNB
Für PME-Erdung muss die Leiterdimensionierung den BS 7671:2018+A2:2022-Regeln entsprechen:
Potenzielle Risiken des PME-Erdens
Obwohl PME die Sicherheit verbessert, führt es zu bestimmten Gefahren:
Erhöhtes Neutralpotential
Wenn der Neutralleiter bricht (häufig in ländlichen Freileitungen), können alle schützenden Metallteile (z.B. Gehäuse von Geräten), die mit dem Neutralleiter verbunden sind, unter Spannung stehen. Zum Beispiel:
Stille Fehler
Im Gegensatz zu offensichtlichen Fehlern löst ein gebrochener Neutralleiter mit PME möglicherweise keine sofortige Schutzaktion aus. Das System kann weiterhin unter Spannung stehen, bis jemand die Metallteile berührt, was zu unerwarteten Schlägen führen kann.
Maßnahmen zur Minderung:
Mehrere Erdungen: Der Neutralleiter muss an mehreren Punkten im System geerdet sein.
Niedriger Erdwiderstand: Der Widerstand jedes Erdungselektroden darf 10 Ohm nicht überschreiten.
Einzelne Erdstäbe: Empfohlen für jede Installation, um gemeinsame Fehlerströme zu minimieren.
Genehmigung der Behörden: Eine formelle Genehmigung ist erforderlich, um eine korrekte Planung und Wartung sicherzustellen.
Zusammenfassung
PME ist eine wichtige, aber regulierte Erdmethode, die ideal für Bereiche mit schwierigen Erdbedingungen ist. Seine Effektivität hängt von strikter Einhaltung von Verbindung, Dimensionierung und Wartungsstandards ab, um Risiken wie erhöhte Neutralpotentiale zu vermeiden. Beraten Sie sich stets mit qualifizierten Ingenieuren und erhalten Sie regulatorische Genehmigungen, wenn Sie PME-Systeme implementieren.
