Eine umfassende Anleitung zu Erdungssystemen
Ein Erdungssystem, auch als Erdschluss bezeichnet, verbindet bestimmte Teile eines elektrischen Energieversorgungssystems mit dem Boden, in der Regel der leitfähigen Oberfläche der Erde, aus Sicherheits- und funktionalen Gründen. Die Wahl des Erdungssystems kann die Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit der Anlage beeinflussen. Die Vorschriften für Erdungssysteme variieren von Land zu Land, wobei die meisten den Empfehlungen der International Electrotechnical Commission (IEC) folgen. In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Arten von Erdungssystemen, ihre Vor- und Nachteile sowie deren Planung und Installation erläutern.
Was ist ein Erdungssystem?
Ein Erdungssystem ist definiert als eine Reihe von Leitern und Elektroden, die einen Weg mit geringem Widerstand für den Strom bereitstellen, um im Falle eines Fehlers oder einer Störung zum Boden zu fließen. Dies ist aus mehreren Gründen wichtig:
Schutz der Ausrüstung: Ein Erdungssystem hilft, elektrische Ausrüstungen vor Schäden durch Überspannung oder Kurzschlussbedingungen zu schützen. Es verhindert auch statische Aufladungen und Spannungsanstiege, die durch in der Nähe aufgetretene Blitzschläge oder Schaltvorgänge verursacht werden können.
Schutz der Menschen: Ein Erdungssystem hilft, elektrische Schockgefahr zu vermeiden, indem sichergestellt wird, dass die freiliegenden Metallteile der elektrischen Anlagen das gleiche Potential wie die Erde haben. Es erleichtert auch den Betrieb von Schutzeinrichtungen wie Sicherungsschaltern oder Reststromgeräten (RCDs), die die Versorgung im Falle eines Fehlers trennen können.
Referenzpunkt: Ein Erdungssystem bietet einen Referenzpunkt für elektrische Schaltkreise und Ausrüstungen, damit diese auf einem sicheren Spannungsniveau bezogen auf die Erde arbeiten können. Dies stellt sicher, dass jede nicht vom Verbraucher genutzte elektrische Energie sicher zur Erde abgeführt wird.
Arten von Erdungssystemen
BS 7671 listet fünf Arten von Erdungssystemen: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C und IT. Die Buchstaben T und N stehen für:
T = Erde (von französisch Terre)
N = Neutral
Die Buchstaben S, C und I stehen für:
S = Getrennt
C = Kombiniert
I = Isoliert
Der Typ des Erdungssystems wird bestimmt durch die Art, wie die Energiequelle (wie ein Transformator oder ein Generator) an die Erde angeschlossen ist, und wie der Erdungskontakt des Verbrauchers an die Quelle oder an einen lokalen Erdungselektroden angeschlossen ist.
TN-S-System
Ein TN-S-System, wie in Abbildung 1 dargestellt, hat die neutrale Energiequelle nur an einem Punkt, am oder so nahe wie praktisch möglich an der Quelle, mit der Erde verbunden. Der Erdungskontakt des Verbrauchers ist in der Regel mit der metallischen Hülle oder dem Panzer des Verteilerkabels in die Räumlichkeiten verbunden.
Abbildung 1: TN-S-System
Die Vorteile eines TN-S-Systems sind:
Es bietet einen Weg mit geringem Impedanz für Fehlerströme, was eine schnelle Reaktion der Schutzeinrichtungen sicherstellt.
Es vermeidet jedes Potenzialunterschied zwischen Neutral und Erde innerhalb der Verbraucheranlagen.
Es reduziert das Risiko von elektromagnetischer Störung aufgrund von gemeinsamen Modusströmen.
Die Nachteile eines TN-S-Systems sind:
Es erfordert einen separaten Schutzleiter (PE) neben den Versorgungsleitern, was die Kosten und die Komplexität der Verkabelung erhöht.
Es kann durch Korrosion oder Schäden an der metallischen Hülle oder dem Panzer des Verteilerkabels beeinträchtigt werden, was seine Wirksamkeit mindern kann.
TN-C-S-System
Ein TN-C-S-System, wie in Abbildung 2 dargestellt, hat den neutralen Leiter einer Verteilerleitung an der Quelle und entlang seines Laufs an Intervallen mit der Erde verbunden. Dies wird in der Regel als mehrfacher Schutzerdung (PME) bezeichnet. Mit dieser Anordnung wird der neutrale Leiter des Verteilers auch verwendet, um Fehlerströme, die in der Verbraucherinstallation auftreten, sicher zur Quelle zurückzuleiten. Um dies zu erreichen, stellt der Verteiler einen Erdungskontakt des Verbrauchers bereit, der mit dem eingehenden neutralen Leiter verbunden ist.
Abbildung 2: TN-C-S-System
Die Vorteile eines TN-C-S-Systems sind:
Es reduziert die Anzahl der für die Versorgung erforderlichen Leiter, was die Kosten und die Komplexität der Verkabelung senkt.
Es bietet einen Weg mit geringer Impedanz für Fehlerströme, was eine schnelle Reaktion der Schutzeinrichtungen sicherstellt.
Es vermeidet jedes Potenzialunterschied zwischen Neutral und Erde innerhalb der Verbraucheranlagen.
Die Nachteile eines TN-C-S-Systems sind:
Es kann ein Risiko von elektrischem Schock schaffen, wenn es einen Bruch im neutralen Leiter zwischen zwei Erdpunkten gibt, was zu einer Erhöhung der Berührungsspannung an freiliegenden Metallteilen führen kann.
Es kann ungewollte Ströme in Metallrohren oder -strukturen verursachen, die an verschiedenen Punkten mit der Erde verbunden sind, was zu Korrosion oder Störungen führen kann.
TT-System
Ein TT-System, wie in Abbildung 3 dargestellt, hat sowohl die Quelle als auch die Verbraucherinstallation über separate Elektroden mit der Erde verbunden. Diese Elektroden haben keine direkte Verbindung zueinander. Dieser Typ von Erdungssystem ist sowohl für dreiphasige als auch für einphasige Installationen geeignet.
Abbildung 3: TT-System
Die Vorteile eines TT-Systems sind:
Es beseitigt jedes Risiko von elektrischem Schock aufgrund eines Bruchs im neutralen Leiter oder aufgrund des Kontakts zwischen live Leitern und geerdeten Metallteilen.
Es vermeidet ungewollte Ströme in Metallrohren oder -strukturen, die an verschiedenen Punkten mit der Erde verbunden sind.
Es erlaubt mehr Flexibilität bei der Wahl des Standorts und des Typs der Erdelektroden.
Die Nachteile eines TT-Systems sind:
Es erfordert einen effektiven lokalen Erdungselektroden für jede Installation, was je nach Bodenbedingungen und Verfügbarkeit von Platz schwierig oder kostspielig sein kann.
Es erfordert zusätzliche Schutzeinrichtungen wie RCDs oder spannungsgeführte ELCBs, um eine zuverlässige Trennung im Falle eines Fehlers sicherzustellen.
Es kann zu höheren Berührungsspannungen an freiliegenden Metallteilen aufgrund einer höheren Erdwiderstandsleistung führen.
TN-C-System
Ein TN-C-System, wie in Abbildung 4 dargestellt, hat sowohl die neutrale als auch die schützende Funktion in einem einzigen Leiter durch das gesamte System kombiniert. Dieser Leiter wird PEN (Protected Earth Neutral) genannt. Der Erdungskontakt des Verbrauchers ist direkt mit diesem Leiter verbunden.
Abbildung 4: TN-C-System
Die Vorteile eines TN-C-Systems sind:
Es reduziert die Anzahl der für die Versorgung erforderlichen Leiter, was die Kosten und die Komplexität der Verkabelung senkt.
Es bietet einen Weg mit geringer Impedanz für Fehlerströme, was eine schnelle Reaktion der Schutzeinrichtungen sicherstellt.
Die Nachteile eines TN-C-Systems sind
