von Chuck Newcombe
Vor Kurzem habe ich in einem Beitrag erwähnt, dass Fluke seine Leser zu ihren Erfahrungen mit Erdungsprüfungen befragt hat; also dachte ich, ich könnte das Thema etwas näher beleuchten.
Erdung und Potenzialausgleich von Elektrodenleitern
Wie lautet die Definition von Erdung? Wie lautet die Definition von Potenzialausgleich?
Artikel 100 und 250 des 2008 National Electrical Code (NEC) beinhalten zahlreiche Verweise auf „Potenzialausgleich und Erdungsleiter“. Leider hat diese ungenaue Benennung zu einiger Verwirrung geführt. Das Problem wurde im Code von 2011 einigermaßen behoben. Nun wird auf „Potenzialausgleich und Anschlüsse des Erders“ verwiesen.
Wenn Sie in einer Einrichtung eine Stromkomponente installieren, erden Sie dann das Metallgehäuse dieser Komponente an einen Erdstab? Nein. Sie verbinden es mit einem Potenzialausgleichsleiter, auch Komponentenerdleitergenannt. Zweck hiervon ist es, Fehlerströme zurück an die Quelle zu leiten, wobei der Leiter an den Neutralleiter angeschlossen ist, sodass der Strom einen Leistungsschalter auslöst. Dies dient der Sicherheit der Mitarbeiter bei einem elektrischen Fehler in einer Komponente, durch den das Metallgehäuse plötzlich unter Strom stehen würde.
Welchem Zweck dienen Erdungen an der Zuführung der Versorgungskabel in einer Einrichtung?
Kann Ihr Erdstab, Ihre „Erdungselektrode“, wie im Code von 2011 beschrieben, seinen Zweck erfüllen und die Stromleiter zu Erde vor hohen Spannungsspitzen bei Blitzschlägen und aus anderen Quellen schützen?
Wenn Sie einen acht Fuß langen Erdstab in der Nähe einer Zuführung der Versorgungskabel in den Boden treiben und verankern, woher wissen Sie dann, dass er seinen Zweck erfüllen wird?
Eine übliche Vorgehensweise ist es, sicherzustellen, dass der Widerstand des Erdungselektrode unter 25 Ohm liegt; ist das nicht der Fall, müssen weitere Elektroden parallel in einem Abstand von sechs Fuß (mehr dazu später) in den Boden getrieben werden, bis diese Bedingung erfüllt ist.
25 Ohm in Bezug auf was?
Wenn der zu prüfende Erdstab noch nicht an das elektrische System angeschlossen oder vorübergehend vom System getrennt wurde, kann eine Spannungsfallprüfung durchgeführt werden.
Bei der typischen Prüfung eines 8 Fuß langen 5/8-Zoll-Kupfererdstabs entspricht der Messkreis dem in Abbildung 1 dargestellten Kreis.
Wenn die Verkabelung der dargestellten Verkabelung entspricht, legt eines der Erdungsmessgeräte der Serie Fluke 162x einen bekannten Strom zwischen dem äußeren Spieß und dem Erder an und erzeugt so im Boden einen Spannungsgradienten. Anschließend misst das Messgerät den Spannungsabfall zwischen dem inneren Spieß und dem Erder. Die Berechnungen nach dem Ohmschen Gesetz ergeben den Widerstand zwischen der Elektrode und dem inneren Spieß.
Spießlose Erdungsprüfung
In einem aktiven System, in dem der Erder bereits an den Neutralleiter der Stromversorgung angeschlossen ist, gibt es eine sicherere Methode als die Spannungsfallprüfung. Hierfür muss der Erder jedoch vom System getrennt sein.
Für dieses Verfahren werden zwei Stromzangen verwendet (siehe Abbildung 2). Die erste Stromzange dient als Primärwicklung eines Transformators, wobei der Anschluss des Erders die Sekundärwicklung darstellt. Mit dem so erzeugten Transformator legt das Messgerät eine Spannungsquelle in die Schleife an, die durch das geerdete System des Energieversorgungsunternehmens außerhalb des Gebäudes und die Zuführung der Versorgungskabel erzeugt wird. Die zweite Stromzange misst den Stromfluss in der Schleife und mithilfe des Ohmschen Gesetzes wird der Widerstand der Schleife berechnet, der primär aus dem Widerstand der Erde zwischen der Erdungselektrode der Einrichtung und dem Erdungssystem des Energieversorgungsunternehmens besteht.
Ich erwähnte bereits, dass für manche Anlagen möglicherweise parallele Erdstäbe zum Einsatz kommen. Eine gebräuchliche Praxis schien es, die Testausrüstung zu umgehen. Statt die Qualität einer einzigen Erdung zu prüfen, wurde angenommen, dass ein in der Nähe (mindestens 6 Fuß entfernt) eingetriebener zweiter Erdstab parallel zum ersten Stab eine angemessene Alternative ist. Tatsache ist, dass es bei den stark schwankenden Bodenbedingungen keine Garantie gibt, dass die Anforderung „unter 25 Ohm“ erfüllt wurde. Eine Prüfung ist unverzichtbar. Selbst wenn das Erdungssystem bei der Installation geprüft wird, besteht keine Garantie, dass sich die Werte nicht mit der Zeit ändern. Korrosion und sich ändernde Bodenbedingungen können die Wirkung des Systems aufheben. Die einzige Lösung hierfür sind regelmäßige Prüfungen.
Erdungsmessgeräte
Die gute Nachricht ist, dass Fluke über eine Reihe von Erdungsmessgeräten verfügt, angefangen beim Modell 1630, welches das spießlose Verfahren verwendet, bis hin zum Modell 1625 , das diese Prüfungen anhand von vier unterschiedlichen Verfahren durchführen kann, darunter das spießlose und das Spannungsfallverfahren wie oben beschrieben.
Das spießlose Verfahren ist am schnellsten und bequemsten, da der Erder nicht vom System getrennt und wieder daran angeschlossen werden muss. Dieses Verfahren ist nicht für neue Installationen geeignet, bei denen das Elektrizitätswerk noch nicht angeschlossen ist. In solchen Fällen ist eine Spannungsfallprüfung mit drei Anschlüssen besser geeignet.
Ich warte noch immer aufgeregt auf die Ergebnisse der neuesten Umfragen von Fluke zu diesem Thema. Vielleicht gibt es bald neue Funktionen, mit denen die Erdwiderstandprüfung noch einfacher wird.