Überprüfen der Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden

OFF  ON   OFF  ON  OFF  ON  OFF  ON  OFF  ON  OFF  ON   OFF  ON  OFF  ON  OFF  ON   Überprüfen der Erdungswiderstände   bei gewerblichen, industriellen und   privat genutzten Gebäuden Die meisten Gebäude verfügen über geerdete elektrische Anlagen, sodass der Strom bei  Blitzeinschlag oder Überspannungen im Versorgungsnetz einen sicheren Erdungspfad  findet. Ein Erder stellt den Kontakt zwischen der elektrischen Anlage und dem Erdboden  her. Um eine zuverlässige Erdung zu gewährleisten, werden in elektrischen Vorschriften,  technischen Normen und nationalen Normen häufig Höchstwerte für den Widerstand des  Erders angegeben. Die BGV schreibt für Anlagen mit durchschnittlichen Betriebszeitan- forderungen regelmäßig eine Überprüfung des Erders vor. Dieser Anwendungsbericht  erläutert eingehend die Grundprinzipien von Erdung und die Sicherheitsaspekte und  beschreibt anschließend die grundsätzlichen Prüfverfahren: 3- und 4-poliges Spannungs- fallverfahren, selektive Prüfung, spießlose Prüfung und 2-polige Prüfung. Wozu Erden? Die VDE nennt zwei Hauptgründe für das Erden einer Anlage. •  S tabilisierung der Spannung  gegenüber dem  Erdungswiderstände während  des normalen Betriebs. •  Begrenzen des Spannungs- anstiegs bei Erdschluss, Blitz- schlag, Überspannungen oder   unbeabsichtigtem Kontakt mit   Leitungen, die höhere Spannun- gen führen. Der Strom sucht immer den Weg des geringsten Widerstands zurück zu seiner Quelle, sei diese ein Umspanntransformator des Energieversorgungsunternehmens, ein anlageneigener Transformator oder ein Generator. Blitzströme hingegen finden immer den Weg zur Erde. Bei einem Blitzeinschlag in das Stromnetz oder in der Nähe eines Gebäudes hilft ein Erder mit niedrigen Widerstand, die Energie in das Erdreich abzuleiten. Die Erdungs- und Anschlusssysteme verbinden den Erdboden in der Nähe eines Gebäudes mit der elektrischen Anlage und dem Fundamenterder des Gebäudes. Bei einem Blitzeinschlag befin-det s ich die gesamte Anlage auf einem  fast einheitlichen Potenzial. Durch  eine geringe Potenzialdifferenz  können Schäden minimiert werden. Falls ein Mittelspannungsnetz (über 1 kV) in Kontakt mit einem Niederspannungsnetz kommt, könnte dies für die nahe gele- genen Anlagen eine bedrohliche Überspannung zur Folge haben. Ein Erder mit niedrigen Wider- stand hilft, den Spannungsanstieg an der Anlage zu begrenzen.  Ein  niedriger Erdungswiderstand kann auch einen Rückweg für Überspannungen aus dem Stromnetz liefern. Abbildung 1 zeigt ein einfaches Erdungssystem für ein gewerbliches Gebäude. Widerstand des  Erders Der Widerstand des Erders hängt von zwei Faktoren ab: dem spezifischen Wider- stand des Erdbodens und der Konstruktion des Erders. Der spezifische Widerstand ist eine Materialeigenschaft, die die Leitfähigkeit für elektrischen Strom definiert. Abbildung 1: Ein Erdungssystem mit Fundament- und Tiefenerder Anwendungsbericht Der spezifische Widerstand des Erdbodens ist schwierig anzugeben, weil er: •  von der Bodenzusammenset- zung abhängt (z.B. Lehm, Kies und Sand), •  je nach Materialmischung auch über geringe Distanzen variie- ren kann, •  vom Mineralgehalt abhängt (d. h. Salze), •  von der Bodenverdichtung   abhängt, die sich durch Setzen   auch im Laufe der Zeit ändern   kann, •  sich mit der Temperatur und Befrostung (und damit der Jahreszeit) ändert (mit sinken- der Temperatur steigt). •  durch im Boden befindliche Metallteile, wie Tanks, Rohre, Baustahl usw. beeinflusst werden kann, •  sich mit der Bodentiefe ändert. Da der spezifische Widerstand mit zunehmender Bodentiefe meist abnimmt, werden die Erder zur Verringerung der Erdungswider- stand möglichst tief verlegt. Durch Verwendung eines Feldes aus mehreren Erdern eines Leiterrings oder eines Systems kann die wirk- same Fläche eines Erders erhöht und damit ebenfalls der Erdungs- widerstand verringert werden. Bei mehreren Erdern sollten die Abstände größer als deren jewei- liger „Einflussbereich“ sein (siehe Abbildung 2). Als Faustregel gilt: die Abstände größer halten als die Länge der Elemente. Ein Beispiel: Bei Tiefenerdern mit 2,5 m Länge sollte der Abstand zwischen den einzelnen Erdern mehr als 2,5 m betragen, um eine maximale Wirkung zu erzielen.

15ATRUE RMS HOLD OFF mA A   Ground Loop Tester Die Festlegung zulässiger Grenz- werte für den Erdungswiderstand des Erders ist in den VDE-Bestim- mungen beschrieben, teilweise wird sie durch die technischen Anschlussbedingungen (TAB) der örtlichen Energieversorger ergänzt. Hinweis: Energieverteilungsnetze liefern Wechselstrom, und auch  Erdungsmessgeräte verwenden  Wechselstrom für die Prüfung.  Daher sollten wir im Prinzip  von Impedanz und nicht von  Widerstand sprechen. Bei Netzfre- quenzen ist jedoch die ohmsche Komponente in der Regel viel größer als die Blindkomponente, sodass die Begriffe Impedanz und Widerstand praktisch austauschbar sind. Funktionsweise von  Erdungsmessgeräten Erdungsmessgeräte liegen in  zwei Arten vor: Als 3- und 4- polige Erdungsmessgeräte und  Erdungs-Strommesszangen  (siehe Abbildung 3). Bei beiden  Typen wird eine Span-nung am  Erder angelegt und der resultierende Strom gemessen. Bei einem 3- oder 4-poligen  Erdungsmessgerät sind Strom- quelle und Spannungsmessgerät  in einem Gehäuse kombiniert. Es  werden mehrere Erdungsspieße  verwendet. Erdungsmessgerät  haben folgende Eigenschaften: •  Wechselstrom zur Prüfung,  da der Erdboden Gleichstrom  schlechter leitet. •  Die Prüffrequenz liegt in der Nähe der Netzfrequenz und deren Oberwellen, ist davon jedoch deutlich unterscheid- bar. Hierdurch wird verhindert, dass die Messung des Erdungs- widerstands durch Streuströme gestört wird. •  Separate Speise- und Messleitungen zur Kompensation der großen Leitungslän- gen. •  Eingangsfilter zur Trennung des Prüf- signals von Fremdsig- nalen.     Erdungs-Strommesszangen      prüfgeräte ähneln einer Strommesszange. Sie unterscheiden sich jedoch darin, dass sie über einen Speisewand- ler und einen Messwandler verfü- gen. Der Speisewandler legt eine Spannung an den zu prüfenden Stromkreis, und der Messwandler misst den resultierenden Strom. Erdungs-Strommesszangen  verwenden eine hochent- wickelte Filtertechnik, um das eigene Signal von Fremdsignalen zu trennen. Sicherheit bei  Erdungsprüfungen Verwenden Sie beim Herstellen der Verbindungen immer isolie- rende Elektriker-Handschuhe, eine Schutzbrille und weitere geeignete persönliche Schutzausrüstung. Aus den nachfolgend angege- benen Gründen ist es nicht sicher, anzunehmen, dass ein Erder keine Spannung oder keinen Strom führt. Um an einem Erder eine grund- legende Erdungsprüfung (Span- nungsfallverfahren) durchzuführen, muss der Erder vom Gebäude  getrennt werden. Neue, selek- tive Verfahren ermöglichen eine genaue Prüfung ohne Trennung des Erders. Siehe „Selektive Messungen“. Ein Erdungsfehler in der Anlage kann bewirken, dass ein erheblicher Strom durch den Erdungsleiter fließt. Bevor Sie eine Widerstands- prüfung durchführen, sollten Sie etwaige Ströme mit einer Strom- messzange messen. Achtung: betriebsstromführende Erder können beim Öffnen das volle Potenzial der Netzspannung annehmen, daher ist äußerste Vorsicht geboten! Beispiel: Bei Eisenbahnanlagen können dies15.000 Volt der Oberleitung sein. Bei auftretenden Strömen im Erder daher unbedingt deren Herkunft prüfen. Wenn Sie einen Erder von einer elektrischen Anlage trennen müssen, sollten Sie diese Maßnahme während einer Wartungsabschaltung durchführen, wenn Sie die Anlage spannungslos machen können. Andernfalls sollten Sie während der Prüfung vorübergehend einen Hilfserder an die elektrische Anlage anschließen. Bei Blitzgefahr darf der Erder keinesfalls abgeklemmt werden. Durch einen Erdungsfehler im näheren Umkreis kann im Erdreich ein Spannungsanstieg auftreten. Die Ursache des Erdungsfehlers liegt möglicherweise gar nicht in der überprüften Anlage, kann aber eine Spannung zwischen den Prüfelektroden bewirken. Dies kann in der Nähe von Umspann- werken oder Fernleitungen des Energieversorgungsunternehmens, wo erhebliche Erdströme auftreten können, besonders gefährlich sein. Erdungsmessgeräte verwenden weitaus höhere Ströme als herkömmliche Multimeter. Sie können Ausgangsströme von bis zu 250 mA liefern. Vergewissern Sie sich, dass sich alle im Prüffeld anwesenden Personen darüber bewusst sind, und warnen Sie sie davor, die Prüfsonden bei akti- viertem Gerät zu berühren. Abbildung 2: Erder werden von Einflussbereichen umgeben 2 Fluke Corporation Überprüfen der Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden Abbildung 3

I V E P2 C2 Source Measure Measure Erder P2 Sonde Hilfserder Gemessener  Widerstand Abstand P2 von E E gültiger Widerstand Abbildung 4: Schaltbild für das Spannungsfallverfahren Abbildung 5: Eine grafische Darstellung des gemessenen Widerstands  in Abhängigkeit von der Position des Potenzialspießes ermöglicht die  Ablesung des Erdungswiderstands Quelle Erder Erder Abbildung 4 stellt dies schema- tisch dar und Abbildung 5 zeigt die drei Verbindungen, wie sie bei einem typischen Erdungsmess- gerät hergestellt werden müssen.  Das Erdungsmessgerät speist einen Wechselstrom in das Erdreich zwischen dem zu prüfenden Erder (E/C1) und dem Hilfserder (H/C2) ein. Das Erdungsmessgerät misst den Spannungsfall zwischen der Sonde S/P2 und E. Dann berech- net es nach dem ohmschen Gesetz den Widerstand zwischen S/P2 und E. Zur Durchführung der Prüfung muss der Hilfserder H/C2 in einigem Abstand von dem zu prüfenden Erder gesetzt werden. Während die Position von H/C2 beibehalten wird, muss die Posi- tion der Sonde S/P2 entlang der Verbindungslinie zwischen E und H/C2 geändert werden, um den Widerstand längs dieses Weges zu messen. Der komplizierte Teil ist die Bestimmung der Bohrpositionen für die Spieße um für den Widerstand zwischen dem Erder und dem Erdreich einen richtigen Messwert zu erhalten. An welchem Punkt trägt der den Erder umgebende Boden nicht mehr zum Widerstandswert bei, sondern hat den gesuchten Erdwiderstand? Beachten Sie, dass der Widerstand zwischen dem Erder und den Spießen nicht das eigentliche Ziel der Prüfung ist. Wir möchten den Widerstand messen, den ein in das Erdreich abfließender Fehlerstrom über- winden müsste. Die Stromsonde generiert eine Spannung zwischen sich selbst und dem zu prüfenden Erder. In der Nähe des Erders ist die Span- nung niedrig. Der Spannungswert wird null, wenn der Spieß P2 und der Erder direkten Kontakt haben. In der Nähe des Erders befindet sich die Poten zialsonde im Einflussbereich des Erders. In der Nähe der Stromsonde hat die Spannung beinahe den Wert der Ausgangsspannung des Prüfge- räts. Doch irgendwo dazwischen passiert etwas Interessantes.   Wenn wir den Einflussbereich des Erders verlassen, bewirkt der Prüfstrom keine signifikanten Poten zialänderungen mehr. Wenn Sie eine Reihe von Messungen grafisch festhalten, bei denen Sie den Poten zialspieß von dem zu prüfenden Erder weg und zum Stromspieß hin einsetzen, Überprüfen des Verbin- dungswiderstands bis zum  Erder Beginnen Sie vor dem Prüfen des Erders, dessen Verbindung zum Fundamenterder zu überprüfen. Die meisten Erdungsmessgeräte können 2-polige Prüfungen und Niede-rohmmessungen durchführen und eignen sich ideal für diese Aufgabe. Werte von unter 1 Ohm sollten Sie erreichen: • am Potenzialausgleichsleiter, • zwischen dem Poten zial- ausgleichsleiter und dem   Erderanschluss, •  zwischen der Erderleitung und dem Erder, •  an allen anderen Verbindungen   zwischen dem Poten zialaus- gleichsleiter und dem Erder. Das Spannungs- fallverfahren Das Spannungsfallverfahren ist das „traditionelle“ Verfahren zur Prüfung des Erdungswiderstands. In seiner grundlegenden Form funktioniert es gut bei Systemen mit einem oder zwei Tiefenerdern. In diesem Artikel wird auch das Steigungsverfahren beschrieben werden, mit dessen Hilfe genaue Ergebnisse für größere Systeme erzielt werden können. Zu beachten: Für dieses Verfahren muss der Erder vom elektrischen Netz des Gebäudes getrennt werden. Funktionsweise Beim Spannungsfallverfahren werden drei Erdungsverbin- dungen an verschiedenen Orten hergestellt. Daher auch der Name „3-poliges Verfahren“. Für präzise Messungen und niedrige Wider stände kann auch ein vierter Pol verwendet werden, doch für die erste Erörterung sollen nur drei Pole betrachtet werden. Die Verbindungen werden herge- stellt mit: •  E/C1 – dem zu prüfenden Erder •  der Sonde S/P2 – einem Spieß   zur Messung der Spannung (des Poten zials), der in einiger  Entfernung vom Erder in den   Boden gebohrt wird. Er wird   manchmal auch als Poten zial- Hilfserder bezeichnet. •  H/C2 – dem Hilfserder, der in noch größerer Entfernung in den Boden gebohrt wird. Überprüfen der Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden Fluke Corporation  3

Tabelle 1: Ungefährer Abstand zu den  Hilfsspießen  gemäß 62%-Regel (in Meter) Tiefe des zu prüfenden Erders (E) Abstand zwischen E und Sonde (S/P2) Abstand zwischen E und Hilfserder (H/C2) 2 15 25 3 19 30 6 25 40 9 31 50 Tabelle 2: Ungefährer Abstand zu den Hilfsspießen für  Erderfelder (in Meter) Größter Abstand Diagonale, Durchmesser oder Seitenlinie des zu prüfenden Erderfelds (E) Abstand zwischen E und Sonde (S/P2) Abstand zwischen E und Hilfserder (H/C2) 20 30 50 25 50 80 30 70 100 50 100 170 70 130 200 Hinweise zur Messung •  Halten Sie ein hochwer- tiges, langes Bandmaß bereit. •  Um den horizontalen Teil der Kurve ermitteln zu können, sind mindestens 5, jedoch eher 7 oder 9 Messungen erforderlich. •  Es ist ratsam, drei Widerstandmessungen mit dem Spieß P2 bei 20%, 40% und 60% des Abstands zwischen E und C2 vorzunehmen. Auf diese Weise können Sie das Steigungsverfahren anwenden. • Wenn Sie einen sehr hohen Messwert oder eine Bereichsüber- schreitung feststellen, gießen Sie etwas Wasser um die Prüfspieße, um deren Erdkontakt zu verbessern. Das ist keine Verfälschung, da wir nicht den Widerstand der Spieße sondern den Widerstand des Erders messen möchten. • Halten Sie die Poten zial-   und Stromleitungen   getrennt, um eine   Signalübertragung   zwischen den beiden   Leitungen zu vermeiden. • Bei einem Neubau können Sie wiederholte Messungen vornehmen. Der Widerstand kann mit dem Absinken des Erdreichs abnehmen. werden Sie eine Verflachung der Kurve feststellen. Eine ideale Kurve ist in Abbildung 5 gezeigt (siehe vorherige Seite). Am  flachsten Teil der Kurve kann  der  Erdungswiderstand  abgelesen werden. In Wirklichkeit wird die Kurve nie völlig flach, aber sie erreicht eine sehr geringe Steigung, bei der die Widerstandsänderungen sehr gering sind. Das Ausmaß des Einflussbereichs des Erders ist von dessen Tiefe und Fläche abhängig. Bei längeren Erdern muss der Stromspieß in größerer Entfernung eingesetzt werden (siehe Tabelle 1). Bei großen Erdungsringen, -netzen oder -feldern kann deren Einfluss- bereich Dutzende von Metern messen. Tabelle 2 schlägt Start- positionen für die Platzierung von Strom- und Poten zialspieß vor. Aufgrund der möglichen Wech- selwirkung zwischen Erdungs- ringen, -netzen oder -feldern und den Messspieße sollten Sie keine Kompromisse eingehen – stellen Sie den Spannungsfall grafisch dar, um sicher zu stellen, dass Sie ein genaues Ergebnis erhalten. Bei der Prüfung eines verbunde- nen Feldes aus mehreren Einzeler- dern ist der Gesamtwiderstand des Feldes niedriger als der niedrigste Messwert für einen Einzelerder. Haben Sie beispielsweise zwei 2,5- m-Tiefenerder in einem Abstand von mehr als 2,5 m eingebracht, können Sie sicher sein, dass deren Gesamtwiderstand erheblich nied- riger als der Einzelwiderstand ist. Die 3-polige Messung liefert brauchbare Ergebnisse, wenn Sie für den Erder C1 eine kurze Leitung verwenden, oder wenn Sie eine leichte Verfälschung durch den Leitungswiderstand in Höhe von Bruchteilen eines Ohms in Kauf nehmen. Bei der Messung von Erdungswiderständen über 10 Ohm ist der Einfluss des Leitungswider- stands von C1 gering. Doch für sehr präzise Messungen, insbesondere bei niedrigen Widerstandwerten, ermöglicht es ein 4-poliges Erdungsmessgerät, durch Hinzufügen einer vierten Leitung, den Einfluss der Leitung zum Erder C1 zu eliminieren. Durch eine separate Poten zialleitung (P1), die zum zu prüfenden Erder C1 geführt wird, kann der Spannungs-fall entlang der Leitung zu C1 bei der Messung kompensiert werden. Die 62%-Regel Wenn die Prüfung die folgenden Kriterien erfüllt, können Sie eine Vereinfachung anwenden: •  Sie prüfen einen einfachen Tiefenerder (keine große Netze oder Felder). •  Sie können den Stromspieß C2 in einem Abstand von mindestens 30 m von dem zu prüfenden Erder platzieren. •  Die Bodenzusammensetzung ist einheitlich. Unter diesen Umständen können Sie den Stromspieß in einem Abstand von mindestens 30 m von dem zu prüfenden Erder platzieren. 4 Fluke Corporation Überprüfen der Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden

Distance From Electrode Under Test Fall-of-Potential Plot P2 Distance from Electrode Under Test (meters) R (Ohms) Resistance (m) (m) (ohms) 100 100 100 100 100 100 100 100 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 15 30 45 60 75 90 d 62 % d E P2 C2 Electrode Under test Potential Spike Current Spike Abbildung 7: Die Erdungswiderstand kann aus dieser Kurve mithilfe des Steigungsverfahrens abgelesen werden Platzieren Sie den Potenzialspieß  P2 bei ca. 62% des Abstands  zwischen dem Stromspieß und  dem zu prüfenden Erder, und  nehmen Sie eine Messung vor.  Nehmen Sie zur Überprüfung zwei  weitere Messungen vor: eine mit  der Potenzialsonde um 6 m näher  an dem zu prüfenden Erder und  eine mit der Potenzialsonde um 6  m weiter entfernt (siehe Abbil- dung 6). Wenn Sie sich im flachen  Abschnitt der Spannungsfallkurve  befinden, sollten die Messwerte  ungefähr identisch sein, und Sie  können den ersten Messwert  als den gesuchten Widerstand  notieren. Das Steigungsverfahren Bei großen Erdern oder Erdungs- systemen sind besondere Gesichtspunkte zu berücksich- tigen. Wenn Sie die Wider- standsmesswerte für neun verschiedene Positionen der Sonde P2 graphisch dargestellt haben, und sich keine deutliche Abflachung des Graphen erkennen lässt, kann das Steigungsverfahren (auch „Tagg Slope-Verfahren“ genannt) helfen, die Erdungswiderstand zu ermit- teln. Abbildung 7 zeigt ein Beispiel eines Datensatzes, aus dem keine deutliche Abflachung hervorgeht. Diese Kurve ist charakteristisch für  Prüfungen, bei denen sich die  Strom- und Potenzialsonden nicht  außerhalb des Einflussbereichs des  prüfenden Erders befinden. Für  eine Kurve dieser Art kann es viele  Ursachen geben: •  Bei Erdungssystemen, die große Flächen abdecken, kann es schwierig sein, die Spieße in ausreichender Entfernung zu platzieren. •  Möglicherweise kann der Spieß C1 nicht am Mittelpunkt des Erders platziert werden. •  Der zur Platzierung der Spieße verfügbare Bereich kann begrenzt sein. Wenn Sie zu den 20%-, 40%- und 60%-Punkten zwischen E und C2 Widerstandsmesswerte vorliegen haben, können Sie das Verfahren sofort anwenden. Berechnen Sie die Steigung (μ) aus drei Widerstandsmessungen bei 20%, 40% und 60% des Abstands zwischen dem zu prüfenden Erder und dem Strom- spieß C2. Sehen Sie dann in der Tabelle auf der Rückseite dieses Anwen- dungsberichts nach, und lesen Sie das Verhältnis P2/C2 zu dem berechneten Steigungswert μ ab. Dieser Wert beschreibt, an welcher Stelle des Graphen Sie den Erdungswiderstand ablesen können. Für die Beispieldaten aus Abbildung 7: Wenn wir in der Tabelle unter μ = 0,71 nachsehen, hat der entsprechende P2/C2-Prozentsatz den Wert 59,6%. Der ungefähre Erdungswiderstand muss demnach bei (59,6 % x 100 m), d.h. bei 59,6 m abgelesen werden. Dieser Wert liegt sehr nahe zu unserem 60%- Punkt bei 60 m, zu dem wir 6,8 Ohm ablesen. Mann kann daher annehmen, dass der Erdungs- widerstand des zu prüfenden Erders ca. 6,8 Ohm beträgt. Das selektive Verfahren Das selektive Verfahren ist eine Variante des Spannungsfallver- fahrens, die bei hochentwickelten Erdungsmessgeräten wie Fluke 1623/1625 zur Verfügung steht. Prüfgeräte mit dieser Funktion können den Erdungs-widerstand eines bestimmten Erders messen, ohne diesen von einem Erderfeld oder dem Funda-menterder eines Gebäudes zu trennen. Sie müssen daher nicht Abbildung 6: Spießpositionen für die 62%-Regel. ( R 60 % – R 40 % ) ( R 40 % – R 20 % ) μ = ( 6.8 – 5.8 ) ( 5.8 – 4.4 ) μ = = 0.71 Überprüfen der Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden Fluke Corporation  5

C2 H P2 P1 C1 S E ext START DISPLAY CHANGE OFF 3 R A R 4 2 SELECT pole pole pole Ground Resistance 300kΩ AC Resistance 300kΩ SATURN GEO NORMA Earth / Ground Tester C2 H P2 P1 C1 S E ext START DISPLAY CHANGE OFF 3 RA R 4 2 SELECT pole pole pole Ground Resistance 300kΩ AC Resistance 300kΩ SATURN GEO NORMA Earth / Ground Tester Probe Aux earth electrode Electrodeunder test More than 65 ft More than 65 ft GroundingElectrodeConductor 10 cm U I Voltage Current Equivalent Circuit       AC Voltage Source Rn-1 Rx R1 R2 R3 Rn R2 R1 Rx Rn-1 U I Abbildung 10: Anschließen des Fluke 1625 für eine spießlose Abbildung 9: Anschlüsse für die selektive Erdungswiderstandsmessung Probe Aux earth electrode Electrodeunder test More than 65 ft More than 65 ft Source Measure Measure auf eine Abschaltung warten, um die Prüfung vorzunehmen, und nicht die Risiken eingehen, die mit der Trennung des Erders von einer spannungsführenden Anlage einhergehen würden. Für die Platzierung von Strom- und Poten zialspieß gelten dieselben Regeln wie für das Spannungs- fallverfahren. Wenn die Bedin- gungen für die 62%-Regel erfüllt sind (siehe vorherige Seite), kann die Anzahl der Messungen reduziert werden. Andernfalls ist es ratsam, den Spannungsfall vollständig graphisch darzu- stellen. Wenn die Kurve keine Abflachung zeigt, können Sie das Steigungsverfahren anwenden. Sowohl für das Spannungs- fallverfahren als auch für das selektive Verfahren werden Erdspieße verwendet, um Strom einzuspeisen und den Span- nungsfall zu messen. Der große Unterschied bei der selektiven Prüfung ist, dass der Prüfstrom in dem zu prüfenden Erder gemessen werden kann. Der Neutralleiter, der Fundamenterder und die Erdungselektrode sind miteinander verbunden und geer- det. Wenn Sie in dieses System aus parallelen Erdverbindungen einen Strom einspeisen, teilt sich dieser auf. Bei einer herkömmlichen Spannungsfallprüfung wissen Sie nicht, welcher Strom zwischen einer bestimmten Erdungselekt- rode und der Sonde C2 fließt. Bei der selektiven Prüfung wird eine integrierte hochempfindliche Stromzange verwendet, um den Prüfstrom in dem zu prüfenden Erder genau zu messen. Abbil- dung 8 zeigt, wie der Strom- wandler in den Prüfstromkreis eingefügt wird. Das selektive Erdungsmessgerät filtert den Strommesswert digital, um den Einfluss von Streuströmen zu minimieren. Da es den Strom in dem zu prüfenden Erder messen kann, wird diese Elektrode praktisch isoliert und kann ohne Trennung von der Anlage oder von anderen Erdern geprüft werden. Spießloses Verfahren  oder Stromzangenverfah- ren (Erdschleifen- messung) Das spießlose Verfahren oder Stromzangenver- fahren ermöglicht die Messung des Widerstands einer Reihenschaltung von Erdern. Die Prüfung ist einfach und kann an einem Erder durchgeführt werden. Zur Durchführung der Messung verwendet das Prüfgerät einen speziellen Wandler, der am Erdungs- leiter eine Spannung mit einer spezifischen Prüffrequenz erzeugt. Ein zweiter Wandler kann die Prüffrequenz herausfiltern und den resultierenden Strom durch den Stromkreis messen. Diese Methode wird bei eini- gen Erdungsmessgeräten mit dem  Spannungsfall-Messverfahren verwendet (wie dem Fluke 1625 oder dem Fluke 1623) sowie bei Erdungs-Strommesszangen wie  Fluke 1630. Abbildung 10 zeigt den Anschluss der Speise- und Messstromzangen des Fluke 1625. Abbildung 9 zeigt das Ersatz- schaltbild des Prüfstromkreises für das spießlose Verfahren. Wenn Sie einen Erder eines Gebäudes mit diesem Verfahren prüfen, prüfen Sie eigentlich einen Stromkreis mit folgenden Komponenten: •  Zu prüfender Erder • Anschlussfahne des Erders • Poten zialausgleichsleiter •  Einen Teil des Neutralleiters des Energieversorgungsunterneh- mens (VNB) •  Einen Teil des Potentialaus- gleichsleiter •  Erdleitung des VNB (zwischen den Masten) • Masterder des VNB Da bei diesem Verfahren das öffentliche Stromnetz einen Teil des Schaltkreises bildet, kann sie nur nach erfolgtem Anschluss am öffentlichen Stromnetz angewen- det werden. Bei diesem Verfahren wird mit der Stromzange die Inte- grität der elektrischen Verbindung aller obigen Komponenten geprüft. Ein ungewöhnlich hoher Messwert oder die Anzeige einer Stromkreis- unterbrechung am Prüfgerät weist auf eine schlechte Verbindung von zwei oder mehr der vorgenannten Abbildung 8: Anschlüsse für die selektive Erdwiderstandsmessung 6 Messung Fluke Corporation Überprüfen der Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden

C2 H P2 P1 C1 S E ext START DISPLAY CHANGE OFF 3 RA R 4 2 SELECT pole pole pole Ground Resistance 300kΩ AC Resistance 300kΩ SATURN GEO NORMA Earth / Ground Tester OF F ON OF F ON OF F ON OF F ON OF F ON OF F ON OF F ON OF F ON OF F ON C2 H P2 P1 C1 S E ext START DISPLAY CHANGE OFF 3 R A R 4 2 SELECT pole pole pole Ground Resistance 300kΩ AC Resistance 300kΩ SATURN GEO NORMA Earth / Ground Tester Electrode Under test Source Measure Current Paths Abbildung 11: Prüfstrompfade beim spießlosen Verfahren Source Measure Current Paths wichtigen Komponenten hin. Für dieses Verfahren ist parallel zu dem zu prüfenden Erder ein Pfad mit niedrigem Widerstand erforderlich. Bei den meisten Anlagen ist der Erder zu den zahl- reichen Erdern des VNB parallel geschaltet. Bei diesen Erdern kann es sich um Tiefenerder, Plattenerder oder um unisolierte Neutralleiter handeln. Die Erder des VNB haben in der Regel einen sehr niedrigen Gesamtswiderstand. Als Beispiel sollen 40 Tiefenerder mit jeweils ca. 20 Ohm und eine Verbindung dieser Erder durch einen Erdungsleiter niedrigen Widerstands angenommen werden. Der Ersatzwiderstand der 40 parallel geschalteten Erder beträgt: Da ein halbes Ohm gegenüber dem Widerstand, den wir von unserem zu prüfenden Erder erwarten, sehr wenig ist, können wir annehmen, dass der größte Teil des gemessenen Widerstands durch den Erdungswiderstand des zu prüfenden Erders entsteht. Dieses Verfahren birgt jedoch mögliche Fallen: •  Wenn Sie im System am falschen Ort messen, messen Sie möglicherweise den Wider- stand einer Leiterschleife, die sich beispielsweise aus einem Erdungsring oder einer Blitz- schutzerdungsanlage ergibt. Anstelle des zu messenden Erdungswiderstands wird dann der unerwartet niedrige Wider- standswert der Leiterschleife angezeigt. •  Niedrige Widerstandswerte können sich auch durch die Wechselwirkung zweier eng benachbarter, verbundener Erder ergeben, z.B. bei im Boden befindlichen Leitungs- oder Wasserrohren usw. •  Die Qualität der Messung ist von dem Vorhandensein paralleler Pfade abhängig. Wird ein Gebäude ausschließlich von einem Generator oder Trans- formator versorgt, der nur über einen einzelnen Erder verfügt, trifft die Annahme mehrerer Pfade nicht zu, und die Messung zeigt die Summe des Erdungs- widerstands beider Erder an. Der tatsächliche Erdungswider- stand kann dann mit diesem Verfahren nicht gemessen werden. •  Ein Problem beim Erdungs- system des Energieversor- gungsunternehmens kann die Messwerte beinträchtigen. Wenn Sie Messwerte unter 1 Ohm erhalten, sollten Sie den Aufbau in der Regel nochmals überprüfen, um sicherzustellen, dass Sie anstelle des Erdungswi- derstands nicht eine Leiterschleife messen. 2-poliges Verfahren Beim 2-poligen Verfahren wird ein „Hilfserder“ verwendet, wie z.B. ein Wasserrohr. Abbildung 12 zeigt den Anschlussplan. Das Prüfgerät misst die Summe aus dem Erdungswiderstand des zu prüfenden Erders, dem Erdungs- widerstand des Hilfserders und dem Widerstand der Messleitungen. Es wird angenom- men, dass der Erdungswiderstand des Hilfserders sehr niedrig ist. Dies trifft bei Metallrohren ohne Kunststoffsegmente oder isolierte Verbindungsstücke vermutlich zu. Der Einfluss der Messleitungen kann durch Messung bei kurzge- schlossenen Messleitungen und Subtrahieren dieses Messwerts vom Endergebnis eliminiert werden. Auch wenn das 2-polige Verfahren praktisch ist, muss dabei sehr sorgfältig vorgegangen werden: Ein Wasserrohr kann Elemente aus PVC enthalten, die den Messwert erheblich erhöhen können. In diesem Fall würde das 2-polige Verfahren einen übermäßig hohen Messwert ergeben. Der Hilfserder befindet sich möglicherweise nicht außerhalb des Einflussbereichs des zu prüfenden Erders. In diesem Fall kann der Messwert niedriger als der tatsächliche Wert sein. Aufgrund der unbekannten Einflussgrößen bei diesem Verfahren ist es nur zu empfehlen, wenn das Erdungssystem und der Hilfserder bekannt sind. Abbildung 12: Ersatzschaltbild für die Zweipunktmessung 140 x 1 / 20 Ω R eq = = 1 / 2 Ω Überprüfen der  Erdungswiderstände bei gewerblichen, industriellen und privat genutzten Gebäuden Fluke Corporation  7