Anforderungen an Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen
Anforderungen an Erdungs- und Potentialausgleichmaßnahmen werden in den DIN VDE Normen für die unterschiedlichsten elektrotechnischen Anwendungsbereiche beschrieben. Diese Anwendungsbereiche treten in Gebäuden mit moderner technischer Infrastruktur kombiniert auf und dürfen daher nicht isoliert voneinander betrachtet werden. Nutzer, Planer und Errichter müssen darauf achten, dass Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen allen Anforderungen gerecht werden, damit die Verfügbarkeit der elektrotechnischen Systeme und Anlagen dauerhaft gegeben ist.
Folgende, beispielhaft aufgeführte Normen müssen beachtet werden:
- Anforderungen an Erdungsmaßnahmen an Starkstromanlagen über 1 kV werden in der DIN VDE 0101 (Januar 2000) beschrieben. Bei dieser Norm handelt es sich um das Cenelec Harmonisierungsdokument HD 637 S1. Die Norm DIN VDE 0101 löst die DIN VDE 0141 (Juli 1989) ab. In der neuen DIN VDE 0141 (Januar 2000) verbleiben noch Teile für spezielle Erdungsmaßnahmen, z.B. für den Bau von Starkstrom-Freileitungen mit Nennspannungen über 1 kV oder für das Errichten elektrischer Anlagen in Tagebauen, Steinbrüchen und ähnlichen Betrieben.
- Anforderungen an Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen für Starkstromanlagen unter 1 kV werden in der DIN VDE 0100 T 410 und T 540 behandelt.
- Anforderungen an Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen im Zusammenhang für Blitzschutzsysteme sind in der Normenreihe DIN VDE 0185 zu finden.
- Anforderungen an Antennen und Kommunikationsanlagen sind in der DIN VDE 0855 T 300 enthalten.
- Anforderungen an die Installation von Kommunikationsverkabelung für Anlagen der Informationstechnik sind in der DIN EN 50174-2 (September 2001), Klassifikation VDE 0800 Teil 174-2, veröffentlicht.
Die Realisierung eines Erdungs- und Potentialausgleichskonzeptes, das allen Anforderungen gerecht wird, bedarf einer frühzeitigen Planung und Realisierung durch kompetente Fachkräfte, die mit den Anforderungen vertraut sind.
Anhand genau festgelegter Qualitätskriterien muss festgelegt werden, wie die planerisch erarbeiteten Fachziele erreicht werden können. Hierzu gehören detaillierte Ausführungspläne, genaue Funktionsbeschreibungen und eine sorgfältige Ausführungsüberwachung. Alle später nicht mehr zugänglichen Details oder wichtige Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen sind durch Fotos zu dokumentieren.
Um Schnittstellenprobleme zu vermeiden, sollte die Ausführung aller Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen nur durch eine Fachfirma erfolgen, die Kenntnis aus dem Bereich Elektrotechnik, Blitzschutz, Überspannungsschutz und elektromagnetische Verträglichkeit hat.
Die Auslegung von Erdungsanlagen muss nach DIN VDE 0101 folgende Anforderungen erfüllen:
- Die mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit muss sichergestellt sein.
- Der höchste Fehlerstrom (üblicherweise errechnet) muss aus thermischer Sicht beherrscht werden.
- Die Beschädigung von Sachen und Betriebsmitteln muss vermieden werden.
- Die Sicherheit von Personen im Hinblick auf Spannungen an Erdungsanlagen, die während des höchsten Erdfehlerstromes auftreten, muss gewährleistet sein.
In einer Anlage mit unterschiedlichen Nennspannungen, sind die vier Anforderungen für jedes Hochspannungsnetz zu erfüllen.
Erdungsanlagen können aus Oberflächenerdern (Maschen-, Ring- oder Tiefenerder) und / oder einem Fundamenterder erstellt werden. Für Neubauten muss grundsätzlich ein Fundamenterder erstellt werden.
Der Fundamenterder ist durch zusätzliche Erder zu ergänzen, z.B. Tiefenerder, wenn zusätzliche Anforderungen an einen bestimmten Erdungswiderstand gestellt werden oder die Fundamentplatte zu geringe Abmessungen hat. Üblicherweise fordern Energieversorgungsunternehmen einen Erdungswiderstand von 2 Ohm für die Erdungsanlage einer Mittelspannungsanlage. Unter Blitzschutzgesichtspunkten muss die Erdungsanlage den Anforderungen der Blitzschutzklasse entsprechen.
In die Fundamentplatte ist ein Fundamenterder zu verlegen, der den Anforderungen nach DIN 18014 und DIN VDE 0101 entsprechen muss. Die Maschenweite für den Fundamenterder kann zwischen mind. 20 x 20 m und 2 x 2 m differieren. Als Material kommt für den Fundamenterder Flachband von mind. 30 x 3,5 mm zum Einsatz. In besonderen Fällen wird auch Flachband bis 40 x 5 mm als Fundamenterder verlegt.
Die leitende Bewehrung des Betons einer baulichen Anlage bildet bei richtiger Verwendung das "Rückgrat" für den Potentialausgleich.
Mit der konsequenten Nutzung der leitenden Bewehrung der baulichen Anlage entsteht zudem eine wirksame elektromagnetische Schirmung, die einen Schutz der dort installierten elektrischen und elektronischen Einrichtung gegen Störungen infolge elektromagnetischer Felder des Blitzes darstellt.
Die Bewehrung besteht in der Regel aus geraden oder gebogenen Stahlstäben, die mit Bindedraht an den Kreuzungs- oder Überlappungsstellen miteinander verbunden (verrödelt) werden. Durch die zusätzliche maschenförmige Verlegung von zusätzlichen Leitern (z.B. aus Flachband 30 *3,5 mm), die mit der Bewehrung in Abstand von 2-3 Metern verklemmt werden, entsteht eine räumliche Gitterstruktur mit sehr guten Schirmungseigenschaften. Die zusätzlichen Leitern stellen definierte belastbare Strompfade dar, die die Ströme auf die Bewehrung verteilen, so dass praktisch die gesamte Bewehrung für Schirmungs- und Potentialausgleichszwecke genutzt wird.
Verbindungen von zusätzlichen Leitern mit der Bewehrung sollten mittels Klemmen erfolgen. Das Schweißen von Stahlbewehrungsstäben ist wegen der sich daraus ergebenden Schwächung der mechanischen Festigkeit der baulichen Anlage im allgemeinen nicht zulässig. Schweißarbeiten an der Bewehrung dürfen nur von Schweißern mit gültigem Schweißnachweis ausgeführt werden. Die Anforderungen bezüglich Eignung, Schweißaufsicht und Schweißausbildung werden in der DIN 4099: Schweißen von Betonstahl; Ausführung und Prüfung, geregelt. Vor Aufnahme von Schweißarbeiten an der Bewehrung muss auf jeden Fall die schriftliche Zustimmung des verantwortlichen Statikers vorliegen.
Richtig ausgeführt, steht so für den Potentialausgleich von energie- und informationstechnischen Systemen jederzeit ein weitestgehend einheitliches Bezugspotential zur Verfügung. Dies trifft in besonderem Maße für bauliche Anlagen mit umfangreichen Abmessungen zu. Die Maschenweite der zusätzlichen Leiter kann je nach Anwendungsfall zwischen 5 x 5 und 20 x 20 m liegen. Typischer Anwendungsfall für eine Maschenweite von 5 x 5 m ist z.B. ein Rechenzentrum oder eine prozesstechnische Leitwarte. In der Regel wird der Fundamenterder in stahlarmierten Fundamenten verlegt. Damit die Fundamentbewehrung zur Erdung mitgenutzt wird, muss der Fundamenterder im Abstand von 2-3 Metern mit der Bewehrung verklemmt werden. Mit dieser Maßnahme wird auch eine optimale Potentialsteuerung im Inneren des Gebäude erreicht.
Hinweis: Weitergehende Informationen sind im VDB-Montagehandbuch des Verbandes Deutscher Blitzschutzfirmen E.V. enthalten.
