Erdungssysteme
Den Zustand Ihres Erdungssystems verstehen
Erdungssysteme sind eine entscheidende Komponente für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Energiesystemen. Im Fehlerfall führen Erdschlussstrom und Erdungsimpedanz zu einer Erdpotenzialanhebung (Ground Potential Rise, GPR bzw. Earth Potential Rise, EPR). Dadurch können gefährliche Schritt- und Berührungsspannungen entstehen.
Regelmäßige Prüfungen helfen nachzuweisen, dass das Erdungssystem Erdschlussströme sicher ableitet und so Personen und Gerät schützt.
Messungen der Erdungsimpedanz, der Schritt- und Berührungsspannung, des spezifischen Erdwiderstands sowie der Stromtragfähigkeit des Erdungsnetzes liefern die notwendige Sicherheit für Planung, Inbetriebnahme und Wartung von Erdungssystemen.
Gewährleistung der Sicherheit des Personals und der Systemintegrität
Persönliche Sicherheit
Im Falle einer Systemstörung kann ein erhöhtes Erdpotenzial zu gefährlichen Schritt- und Berührungsspannungen führen. Ohne verifizierte Messungen lässt sich die Personensicherheit nicht gewährleisten, insbesondere in Umspannwerken oder in der Nähe metallischer Strukturen mit Potenzialverschleppung.
Veraltete Infrastruktur
Korrosion, mechanische Belastungen durch Fehlerströme sowie unsachgemäße Konstruktionen können die Erdungsimpedanz erhöhen oder die Stromtragfähigkeit des Erdungsnetzes beeinträchtigen. Solche Veränderungen bleiben häufig unentdeckt, wenn keine regelmäßigen Erdungsimpedanz- und Durchgangsprüfungen mit hohen Prüfströmen durchgeführt werden.
Änderungen der Sternpunktbehandlung
Bei der Umstellung eines resonanzgeerdeten Netzes auf eine starre Erdung – beispielsweise aufgrund eines hohen Anteils an Erdkabeln – steigen die Erdschlussströme in der Regel deutlich an.
Messungen helfen nachzuweisen, dass die daraus resultierenden Schritt- und Berührungsspannungen weiterhin innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegen.
Ansteigende Fehlerströme
Mit dem zunehmenden Ausbau erneuerbarer Energien können dezentrale Erzeugungsanlagen und höhere Lastströme in Übertragungs- und Verteilnetzen zu steigenden Erdschlussströmen führen.
Dies kann den Erdpotentialanstieg verstärken und zu höheren, potenziell gefährlichen Schritt- und Berührungsspannungen führen.
Prüfverfahren
Messverfahren für Erdungssysteme
Erdungsimpedanzmessung
Erdungsimpedanzmessung
Die Erdungsimpedanz gibt die Güte der Verbindung zwischen dem Erdungssystem und dem umgebenden Erdreich an. Erhöhte Werte deuten auf Verschleiß hin. Im Falle eines Erdschlusses führen der Erdschlussstrom und die Erdimpedanz zur sogenannten Erdpotenzialanhebung (Ground Potential Rise, GPR, oder Earth Potential Rise, EPR).
Schritt- und Berührungsspannung
Messung der Schritt- und Berührungsspannung
Schritt- und Berührungsspannungen treten auf, wenn in einem Umspannwerk Potentialunterschiede entstehen oder wenn man sich bei einem Fehler in einer Stromleitung oder im Stromnetz zu nahe am Erdungssystem aufhält.
Mit der Messung wird überprüft, dass keine gefährlichen Potenzialunterschiede auftreten und die zulässigen Grenzwerte eingehalten werden. So lässt sich die Personensicherheit in Umspannwerken und anderen elektrischen Anlagen zuverlässig nachweisen.
SRT
Prüfung des spezifischen Erdwiderstands
Die Prüfung des spezifischen Erdwiderstands (Soil Resistivity Test, SRT) erfolgt vor dem Bau eines Erdungssystems. Der Widerstandswert der Erde dient als Grundlage für die Konzipierung eines Erdungsnetzes, das alle Anforderungen an Sicherheit und Funktionsumfang erfüllt.
Die häufigsten Verfahren zur Messung des spezifischen Erdwiderstands sind das Wenner-Verfahren und das Schlumberger-Verfahren.
Stromtragfähigkeit
Prüfung der Stromtragfähigkeit
Ein Erdungsnetz muss den vollen Erdschlussstrom zuverlässig führen können. Mit einer Widerstandsmessung unter Verwendung hoher Prüfströme lässt sich die Stromtragfähigkeit zwischen verschiedenen Teilen des Erdungssystems, beispielsweise zwischen Erdungsleitern und Erdungspunkten überprüfen.
Dieses Verfahren ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Konstruktionsmängeln und Verschleißerscheinungen.
Erdungsimpedanzmessung
Die Erdungsimpedanz gibt die Güte der Verbindung zwischen dem Erdungssystem und dem umgebenden Erdreich an. Erhöhte Werte deuten auf Verschleiß hin. Im Falle eines Erdschlusses führen der Erdschlussstrom und die Erdimpedanz zur sogenannten Erdpotenzialanhebung (Ground Potential Rise, GPR, oder Earth Potential Rise, EPR).
Messung der Schritt- und Berührungsspannung
Schritt- und Berührungsspannungen treten auf, wenn in einem Umspannwerk Potentialunterschiede entstehen oder wenn man sich bei einem Fehler in einer Stromleitung oder im Stromnetz zu nahe am Erdungssystem aufhält.
Mit der Messung wird überprüft, dass keine gefährlichen Potenzialunterschiede auftreten und die zulässigen Grenzwerte eingehalten werden. So lässt sich die Personensicherheit in Umspannwerken und anderen elektrischen Anlagen zuverlässig nachweisen.
Prüfung des spezifischen Erdwiderstands
Die Prüfung des spezifischen Erdwiderstands (Soil Resistivity Test, SRT) erfolgt vor dem Bau eines Erdungssystems. Der Widerstandswert der Erde dient als Grundlage für die Konzipierung eines Erdungsnetzes, das alle Anforderungen an Sicherheit und Funktionsumfang erfüllt.
Die häufigsten Verfahren zur Messung des spezifischen Erdwiderstands sind das Wenner-Verfahren und das Schlumberger-Verfahren.
Prüfung der Stromtragfähigkeit
Ein Erdungsnetz muss den vollen Erdschlussstrom zuverlässig führen können. Mit einer Widerstandsmessung unter Verwendung hoher Prüfströme lässt sich die Stromtragfähigkeit zwischen verschiedenen Teilen des Erdungssystems, beispielsweise zwischen Erdungsleitern und Erdungspunkten überprüfen.
Dieses Verfahren ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Konstruktionsmängeln und Verschleißerscheinungen.
Empfohlene Lösungen
Finden Sie die richtige Lösung für Ihre Anwendung
CPC 100 + CP CU1 + HGT1
Dieses multifunktionale Prüfgeräte-Set unterstützt eine umfassende Zustandsbewertung mittelgroßer und großer Erdungssysteme. Es bietet einen großen Dynamikbereich und eine hohe Empfindlichkeit, sodass selbst kleinste Spannungen gemessen und zuverlässig von Interferenzen und Störungen unterschieden werden können.
COMPANO 100 + CIB1 + HGT1
Bei dieser Lösung handelt es sich um ein tragbares, batteriebetriebenes Prüfgerät für Primär- und Sekundäreinspeisungen sowie für grundlegende Schutzprüfungen, das für mittelgroße Erdungssysteme geeignet ist. Es ermöglicht den Anschluss von Mittelspannungskabeln zur Stromeinspeisung und kann zudem die Kabelimpedanz und den Schirmstrom messen.
COMPANO 100 + HGT1
Dieses Messgeräteset wird für kleine Erdungssysteme empfohlen, beispielsweise für kleine Umspannwerke oder Freileitungsmasten. Es ist eine tragbare, akkubetriebene Lösung für Primär- und Sekundäreinspeisungen sowie einfache Schutzprüfungen.
Es eignet sich für Messungen der Erdungsimpedanz, des spezifischen Erdwiderstands, der Stromtragfähigkeit des Erdungsnetzes sowie der Schritt- und Berührungsspannung.
Einhaltung von Sicherheitsnormen
Die Normen EN 50522, IEEE 81 und IEEE 80/81 definieren die zulässige Erdpotenzialanhebung sowie die maximal zulässigen Schritt- und Berührungsspannungen in Abhängigkeit von der Dauer eines Erdschlusses.
Die Einhaltung dieser Normen trägt dazu bei, gefährliche Spannungen in und um Umspannwerke zu vermeiden und Personen sowie Tiere im Fehlerfall zuverlässig zu schützen.
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Was ist die Erdungsimpedanz und warum ist sie wichtig?
Die Erdungsimpedanz beschreibt die Verbindungsqualität zwischen einem Erdungssystem und dem umgebenden Erdreich. Im Fehlerfall bestimmen Erdungsimpedanz und Erdschlussstrom gemeinsam die Erdpotenzialanhebung und haben damit direkten Einfluss auf die Personensicherheit.
Wie werden Schritt- und Berührungsspannungen bewertet?
Die Messungen werden im und um das Erdungsnetz herum durchgeführt, und die Ergebnisse werden anhand der Sicherheitsgrenzwerte gemäß EN 50522 oder IEEE 80/81 bewertet.
Was ist der Unterschied zwischen der Prüfstromeinspeisung über eine Stromleitung und der Hilfserder-Einspeisung?
Bei der Einspeisung über eine Stromleitung wird eine freigeschaltete und am fernen Ende geerdete Leitung verwendet, um die reale Verteilung des Erdschlussstroms nachzubilden. Dieses Verfahren eignet sich besonders für große Erdungssysteme, beispielsweise in Umspannwerken.
Bei der Hilfserder-Einspeisung wird der Prüfstrom über einen Erdspieß eingespeist. Dieses Verfahren ist einfacher umzusetzen und eignet sich besonders für kleinere Erdungssysteme, beispielsweise an Freileitungsmasten oder kleinen Ortsnetzstationen.
Wann sollte eine Prüfung der Erdungssysteme durchgeführt werden?
Zur Planung eines neuen Erdungssystems sollten Messungen des spezifischen Erdwiderstands durchgeführt werden, um die erforderlichen Daten zu ermitteln. Während der Inbetriebnahme wird überprüft, ob das Erdungssystem alle technischen, rechtlichen und normativen Anforderungen erfüllt. Im Rahmen der Wartung dienen regelmäßige Zustandsprüfungen dazu, die langfristige Sicherheit und Zuverlässigkeit des Erdungssystems sicherzustellen.
Was ist die Strom-Spannungs-Methode (FOP)?
Die Strom-Spannungs-Methode-Messung, erfasst die Spannung zwischen einem Erdungssystem und einer entfernten Bezugserde bei zunehmender Entfernung. Dadurch wird der tatsächliche Erdungswiderstand ermittelt und der erwartete Potentialanstieg ermittelt, der als Erdpotentialanstieg (Earth Potential Rise, EPR bzw. (Ground Potential Rise, GPR) bezeichnet wird.
Was ist der Unterschied zwischen der Wenner- und der Schlumberger-Methode?
Bei der Wenner-Methode werden alle vier Messsonden in einer geraden Linie mit gleichen Abständen zueinander angeordnet, was die Einrichtung einfach und unkompliziert macht.
Bei der Schlumberger-Methode werden ebenfalls vier Sonden verwendet, jedoch sind die Abstände ungleichmäßig. Für Messungen in verschiedenen Tiefen müssen jeweils nur zwei Erdspieße versetzt werden, wodurch sich dieses Verfahren besonders für detaillierte Untersuchungen des spezifischen Erdwiderstands eignet.
Wann sollte der spezifische Erdwiderstand gemessen werden?
Der spezifische Erdwiderstand sollte bereits in der Planungs- und Entwurfsphase eines Erdungssystems gemessen werden, noch bevor mit den Bauarbeiten begonnen wird. Er liefert die wesentlichen Daten, die für die korrekte Dimensionierung eines Erdungsnetzes erforderlich sind, um die Sicherheits- und Funktionsanforderungen im Fehlerfall zu erfüllen.
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