Ringleitungen und Erdungsanlagen: Schritt- und Berührungsspannung bei Fehlerstrom bewerten

→ Produktkategorie: Elektrische Mess- und Prüfgeräte

 

Der gemessene Erdungswiderstand einer Anlage ist niedrig und die Verbindungen der Erdungsringleitung erscheinen elektrisch durchgängig. Ist damit automatisch sichergestellt, dass bei einem Erdfehler keine gefährlichen Spannungen auf Wegen, an Toren, Zäunen, Gehäusen oder Bedienplätzen auftreten?

Nein. Bei einem Fehlerstrom hebt sich das Potential der Erdungsanlage gegenüber der entfernten Bezugserde an. Gleichzeitig entsteht an der Erdoberfläche ein räumlicher Potentialverlauf. Zwei nur einen Meter voneinander entfernte Punkte können dadurch unterschiedliche Potentiale besitzen. Berührt eine Person zusätzlich ein leitfähiges Teil, kann eine weitere Spannungsdifferenz über den Körper wirksam werden.

Für eine belastbare Sicherheitsbewertung müssen daher Erdungsimpedanz, relevanter Erdfehlerstrom, Fehlerdauer, Oberflächenbeschaffenheit, Potentialverteilung und mögliche Potentialverschleppungen gemeinsam betrachtet werden. Geeignete Messtechnik finden Sie unter Elektrische Mess- und Prüfgeräte sowie unter Erdungsmessgeräte und Bodenwiderstandsmesser.

Wichtig: Messungen an Erdungsanlagen von Schaltanlagen, Transformatorstationen, Freileitungsmasten oder anderen Energieanlagen dürfen nur von entsprechend qualifizierten Fachkräften nach einem freigegebenen Mess-, Schalt- und Sicherheitskonzept durchgeführt werden. Eine Messstrom-Einspeisung kann selbst gefährliche Potentialdifferenzen erzeugen und darf nicht improvisiert werden.

Warum ein Erdfehler gefährliche Oberflächenpotentiale erzeugt

Fließt bei einem Isolationsfehler Strom über eine Erdungsanlage in den Boden, fällt an der Erdungsimpedanz eine Spannung ab. Vereinfacht gilt:

UE ≈ IE × ZE

Dabei ist:

• UE die Erdungsspannung beziehungsweise Erdpotentialanhebung gegenüber der Bezugserde,
• IE der tatsächlich über die betrachtete Erdungsanlage und den Boden abfließende Anteil des Erdfehlerstroms,
• ZE die wirksame Erdungsimpedanz.

Der gesamte Kurzschluss- oder Erdfehlerstrom ist dabei nicht automatisch mit IE identisch. Teile des Stroms können beispielsweise über Kabelschirme, PEN- oder Schutzleiter, Rohrleitungen, Parallelmaschen, benachbarte Erdungsanlagen oder Freileitungs-Erdseile zurückfließen. Für die Bewertung muss deshalb die tatsächliche Stromaufteilung berücksichtigt werden.

Rund um die stromdurchflossene Erdungsanlage entsteht ein Potentialgefälle. Bei einem einzelnen Erder wird häufig vereinfacht von einem Potentialtrichter gesprochen. Bei ausgedehnten Erdungsnetzen, Ringerdern, vermaschten Anlagen und mehreren metallischen Rückwegen ist die reale Potentialverteilung jedoch wesentlich komplexer. Besonders hohe Gradienten können an Rändern, Ecken, Toren, einzelnen Ausläufern und Übergängen zwischen unterschiedlichen Bodenoberflächen entstehen.

Schrittspannung, Berührungsspannung und Erdungsspannung unterscheiden

Größe	Bedeutung	Typischer Bezug
Erdungsspannung	Potentialanhebung der Erdungsanlage gegenüber der entfernten Bezugserde	Erdungsanlage gegen Bezugserde
Schrittspannung	Spannungsdifferenz zwischen zwei gleichzeitig betretenen Punkten der Erdoberfläche	typischerweise zwei Punkte im Abstand von 1 m
Berührungsspannung	Spannung zwischen einem berührbaren leitfähigen Teil und dem Standort einer Person	Hand-zu-Fuß-Stromweg
Potentialverschleppung	Übertragung eines Potentials in einen anderen Bereich durch leitfähige Verbindungen	zum Beispiel Zaun, Rohr, Kabelschirm oder Schiene

Bei der Schrittspannung fließt ein möglicher Körperstrom von einem Fuß über den Körper zum anderen Fuß. Bei der Berührungsspannung verläuft der mögliche Stromweg beispielsweise von der Hand über den Körper zu den Füßen.

Die mit einem hochohmigen Voltmeter gemessene Leerlaufspannung ist nicht in jedem Fall mit der körperwirksamen Berührungsspannung gleichzusetzen. Das anzuwendende Regelwerk kann eine definierte Belastung beziehungsweise ein Messnetzwerk zur Nachbildung der Körperimpedanz und festgelegte Kontaktbedingungen verlangen.

Welche Aufgabe eine Erdungsringleitung übernimmt

Eine Erdungsringleitung verbindet mehrere Erdungspunkte und leitfähige Anlagenteile miteinander. Sie kann den Fehlerstrom auf mehrere Wege verteilen, Potentialunterschiede innerhalb der Anlage reduzieren und den Potentialausgleich verbessern.

Typische Aufgaben sind:

• Verbindung von Fundament-, Tiefen- und Oberflächenerdern,
• Einbindung von Transformatoren, Schaltanlagen und Kabelschirmen,
• Anschluss von Zäunen, Toren und metallischen Konstruktionen nach dem vorgesehenen Erdungskonzept,
• Reduzierung lokaler Potentialunterschiede innerhalb der vermaschten Fläche,
• Verteilung hoher Fehler- und Blitzströme.

Eine geschlossene und niederohmige Ringleitung ist jedoch noch keine Garantie für sichere Oberflächenpotentiale. An der Außengrenze des Rings kann der Potentialabfall besonders steil sein. Außerdem können unterbrochene Verbindungen, korrodierte Klemmen oder ungeplante metallische Verbindungen das Potentialbild erheblich verändern.

Besondere Aufmerksamkeit benötigen:

• Zauntore und Zaunsegmente,
• Übergänge vom Anlagenbereich auf öffentliche Wege,
• Kabeltrassen und metallische Rohrleitungen,
• Bedienplätze vor Schaltschränken,
• einzelne Tiefenerder und Erdungs-Ausläufer,
• Verbindungen zu benachbarten Gebäuden oder Erdungsanlagen.

Warum der Erdungswiderstand allein nicht ausreicht

Der Erdungswiderstand beziehungsweise die Erdungsimpedanz ist eine wichtige Kenngröße. Er beschreibt jedoch nicht vollständig, wie sich das Potential an der Oberfläche verteilt und welche Spannung eine Person tatsächlich überbrücken kann.

Zwei Anlagen mit demselben Erdungswiderstand können unterschiedliche Risiken besitzen

Entscheidend sind zusätzlich:

• Größe und Geometrie des Erdungsnetzes,
• Tiefe und Anordnung der Erder,
• Fehlerstrom und Stromaufteilung,
• Abschaltzeit der Schutzeinrichtung,
• spezifischer Erdwiderstand und Schichtung des Bodens,
• Oberflächenbelag und Feuchtigkeit,
• Position berührbarer leitfähiger Teile,
• Potentialverschleppung über fremde leitfähige Systeme.

Ein niedriger Widerstand kann die Erdpotentialanhebung reduzieren. Er beweist aber nicht, dass an allen zugänglichen Stellen die zulässige Schritt- oder Berührungsspannung eingehalten wird. Umgekehrt kann eine gezielte Potentialsteuerung mit engmaschigen Erdern und geeignetem Oberflächenbelag lokale Körperströme reduzieren, obwohl der reine Erdungswiderstand nicht außergewöhnlich niedrig ist.

Bodenwiderstand und Oberflächenbelag berücksichtigen

Der spezifische Erdwiderstand ρ wird in Ωm angegeben. Er ist nicht mit dem Erdungswiderstand RE in Ω zu verwechseln.

Der spezifische Erdwiderstand hängt unter anderem ab von:

• Bodenart und Verdichtung,
• Feuchtegehalt,
• Temperatur und Frost,
• Salz- und Mineralgehalt,
• Schichtung des Untergrunds,
• jahreszeitlichen Veränderungen.

Für die Planung und Diagnose wird der Bodenwiderstand häufig mit dem Wenner- oder Schlumberger-Verfahren bestimmt. Mehrere Messabstände erfassen unterschiedliche wirksame Tiefen und helfen, Bodenschichten zu erkennen.

Für die Körpergefährdung ist außerdem der Oberflächenbelag relevant. Schotter, Asphalt oder andere hochohmige Deckschichten können die Kontaktimpedanz erhöhen. Diese Wirkung darf aber nur entsprechend dem anzuwendenden Regelwerk angesetzt werden. Verschmutzung, Nässe, Bewuchs, Schneematsch oder beschädigte Flächen können die Schutzwirkung deutlich reduzieren.

Messkonzept für Schritt- und Berührungsspannungen

Bei einer kontrollierten Messung wird ein definierter Prüfstrom durch die Erdungsanlage und einen ausreichend entfernten Rückstrompunkt geleitet. Gleichzeitig werden die örtlichen Spannungsdifferenzen an festgelegten Messpunkten erfasst.

Ein vollständiges Messkonzept benötigt:

• einen geeigneten Prüfstromgenerator beziehungsweise Erdungsmesser,
• eine definierte Stromelektrode außerhalb des maßgeblichen Potentialbereichs,
• eine Referenzelektrode für Messungen gegen Bezugserde,
• geeignete Messplatten oder Elektroden für den Bodenkontakt,
• ein Messgerät mit passender Eingangsimpedanz beziehungsweise vorgeschriebenem Körperersatz,
• eine zuverlässige Messung des tatsächlich eingespeisten Prüfstroms,
• Verfahren zur Unterdrückung von Netzfrequenz und Fremdspannungen,
• einen Plan der Anlage mit eindeutig nummerierten Messpunkten.

Bei großen Erdungsnetzen oder stark gestörter Umgebung reicht ein kleiner Handmessgeräte-Prüfstrom unter Umständen nicht aus. Dann kann eine spezielle Hochstrom-Einspeisung mit frequenzselektiver Auswertung erforderlich sein. Das Messverfahren muss zur Anlagengröße, zum Störpegel und zum geforderten Nachweis passen.

Messabstände und Bezugserde richtig wählen

Die Bezugserde ist ein Bereich, dessen Potential durch den eingespeisten Messstrom praktisch nicht mehr wesentlich beeinflusst wird. Bei einer kleinen Einzelerdung kann dieser Bereich relativ nah liegen. Bei einem großen Erdungsnetz, einer Station oder einem verbundenen Leitungs- und Kabelsystem können wesentlich größere Abstände erforderlich sein.

Eine pauschale Entfernung für Strom- und Spannungselektroden ist deshalb nicht zuverlässig. Der notwendige Abstand muss aus der Größe und Geometrie der Anlage, der erwarteten Stromausbreitung und dem verwendeten Verfahren abgeleitet werden.

Die Plausibilität des Referenzpunktes lässt sich prüfen, indem:

• die Potentialsonde schrittweise versetzt wird,
• mehrere Messlinien in unterschiedlichen Richtungen verwendet werden,
• ein ausreichend flacher Bereich der Messkurve gesucht wird,
• mögliche parallele Rückwege dokumentiert werden,
• Strom- und Potentialleitungen räumlich sinnvoll geführt werden.

Liegt die Stromelektrode noch im Einflussbereich der zu prüfenden Erdungsanlage, wird das Potentialbild verfälscht. Auch parallel verlegte Messleitungen können durch induktive oder kapazitive Kopplung Fehler verursachen.

Schrittspannung messen

Für die Schrittspannungsmessung werden zwei Bodenkontakte typischerweise im Abstand von:

1 m

angeordnet. Sie bilden die Standflächen beider Füße nach. Ausführung, Kontaktfläche, Anpresskraft und Messimpedanz müssen dem anzuwendenden Prüfverfahren entsprechen.

Die Messrichtung ist entscheidend

Der größte Wert tritt im Regelfall entlang des stärksten Potentialgefälles auf. Die beiden Elektroden sollten deshalb nicht nur in einer beliebigen Richtung angeordnet werden. An kritischen Stellen sind Messungen radial und tangential beziehungsweise in mehreren Richtungen sinnvoll.

Typische Messorte sind:

• außerhalb der Erdungsringleitung,
• an Ecken und Enden des Erdungsnetzes,
• vor Toren und Zugängen,
• an Übergängen zwischen Schotter, Asphalt und natürlichem Boden,
• entlang von Kabel- und Rohrtrassen,
• in der Nähe einzelner Tiefenerder.

Ein einzelner Messpunkt reicht nicht aus, um eine gesamte Erdungsanlage zu beurteilen. Die Schrittspannung muss als räumliche Größe verstanden und an den zugänglichen Bereichen systematisch kartiert werden.

Berührungsspannung messen

Bei der Berührungsspannungsmessung wird zwischen einem berührbaren leitfähigen Teil und dem möglichen Standort einer Person gemessen.

Typische berührbare Teile sind:

• Gehäuse und Schaltschranktüren,
• Zaunfelder, Torflügel und Torantriebe,
• Handläufe und metallische Bedienkonstruktionen,
• Mastfüße und metallische Stützen,
• Rohrleitungen und Kabeltragsysteme.

Der Bodenkontakt wird entsprechend dem vorgegebenen Hand-zu-Fuß-Szenario angeordnet, häufig etwa einen Meter vom berührten Teil entfernt. Gemessen wird nicht einfach gegen irgendeinen Schutzleiter, sondern zwischen dem berührbaren Teil und dem definierten Standort.

Besondere Aufmerksamkeit gilt leitfähigen Teilen, die nicht eindeutig in das Erdungskonzept eingebunden sind. Ein isoliert erscheinender Zaun kann über Fundamentteile, Torantrieb, Steuerleitung oder Bewuchs dennoch leitfähig gekoppelt sein. Umgekehrt kann ein bewusst separat geführtes Teil durch eine nachträgliche Installation unbeabsichtigt mit dem Erdungsnetz verbunden worden sein.

Vom Prüfstrom auf den Erdfehlerstrom hochrechnen

Der während der Prüfung eingespeiste Strom ist meist wesentlich kleiner als der mögliche betriebliche Erdfehlerstrom. Unter der Voraussetzung eines ausreichend linearen und repräsentativen Messaufbaus werden die gemessenen Spannungen daher auf den relevanten Erdfehlerstrom hochgerechnet.

Der Skalierungsfaktor lautet:

k = IE / IM

Damit gilt:

US,F = US,M × k

UB,F = UB,M × k

Dabei ist:

• IM der tatsächlich gemessene Prüfstrom,
• IE der maßgebliche Erdfehlerstromanteil,
• US,M die gemessene Schrittspannung,
• UB,M die gemessene Berührungsspannung,
• US,F und UB,F die auf den Fehlerfall bezogenen Spannungen.

Die Hochrechnung mit dem gesamten Kurzschlussstrom kann stark über- oder unterschätzen, wenn nur ein Teil dieses Stroms über die betrachtete Erdungsanlage in den Boden fließt. Stromaufteilung, Reduktionsfaktoren und Abschaltzeit müssen aus der Netzberechnung beziehungsweise dem anwendbaren Regelwerk stammen.

Kritische Messpunkte systematisch auswählen

Messpunkte sollten nicht nur dort gewählt werden, wo sie leicht zugänglich sind. Maßgeblich sind alle Orte, an denen Personen stehen, gehen oder leitfähige Teile berühren können.

Bereich	Mögliche Gefährdung	Sinnvolle Prüfung
Tor und Zaun	Potentialverschleppung und Berührung von außen	Berührungsspannung innen und außen, Schrittspannung am Übergang
Bedienplatz	Handkontakt bei gleichzeitigem Bodenkontakt	Berührungsspannung am realen Standort
Rand des Erdungsnetzes	starker Potentialgradient	Schrittspannung in mehreren Richtungen
Kabel- oder Rohrdurchführung	verschlepptes Potential in entfernte Bereiche	Potentialdifferenz zu lokalen Erdungssystemen
Übergang verschiedener Beläge	veränderte Kontaktimpedanz und Feldverteilung	Messung auf beiden Oberflächen und über die Grenze hinweg
Einzelner Erder oder Ausläufer	lokal hoher Potentialgradient	Schrittspannungsprofil entlang einer Messlinie

Störspannungen und 50-Hz-Beeinflussung beherrschen

In Energieanlagen liegen häufig bereits vor Beginn der Prüfung Fremdspannungen und Ausgleichsströme vor. Ursachen können Lastströme, induktive Einkopplung, Parallelleitungen, Bahnstrom, Umrichter oder unsymmetrische Netze sein.

Vor der eigentlichen Einspeisung sollte deshalb die Fremdspannung gemessen werden

Ist sie im Verhältnis zum Nutzsignal zu groß, kann das Ergebnis stark schwanken oder vollständig unbrauchbar werden. Geeignete Messsysteme arbeiten deshalb mit:

• einer von der Netzfrequenz abweichenden Prüffrequenz,
• frequenzselektiver Auswertung,
• Umpolung oder mehreren Messzyklen,
• synchroner Erfassung von Prüfstrom und Spannung,
• ausreichend hohem Prüfstrom.

Ein höherer Prüfstrom verbessert das Verhältnis von Nutzsignal zu Störung, erhöht aber gleichzeitig das Gefährdungspotential während der Messung. Messbereich, Absperrung, Kommunikation, Strompfad und maximal auftretende Prüfspannung müssen vorab festgelegt werden.

Messwerte sicher bewerten

Für Schritt- und Berührungsspannungen existiert kein einzelner Grenzwert, der unabhängig von Anlage, Fehlerdauer und Umgebungsbedingungen immer angewendet werden kann.

Die Bewertung hängt insbesondere ab von:

• Nennspannung und Art der Anlage,
• Netzform und Sternpunktbehandlung,
• Fehlerstrom und dessen Aufteilung,
• Schutz- und Abschaltzeit,
• Stromweg durch den Körper,
• Kontaktbedingungen und Oberflächenwiderstand,
• Zugänglichkeit für Fachpersonal oder Öffentlichkeit,
• anzuwendenden Normen und Betreiberanforderungen.

Für Starkstromanlagen über 1 kV ist in Deutschland insbesondere die jeweils gültige DIN EN 50522 (VDE 0101-2) relevant. Für Niederspannungsanlagen, Blitzschutzsysteme, Bahnanlagen oder besondere Betriebsstätten gelten andere beziehungsweise zusätzliche Regelwerke.

Ein häufig genannter Wert von 50 V AC darf daher nicht ungeprüft als allgemeiner Grenzwert für jede Erdungsanlage verwendet werden. Zulässige Spannungen können abhängig von der Fehlerdauer, dem Messverfahren und den festgelegten Kontaktbedingungen anders zu bestimmen sein.

Praxisbeispiel mit Stromskalierung

An einer Erdungsringleitung wird ein Prüfstrom von:

IM = 5 A

eingespeist.

An einem Tor werden gemessen:

Schrittspannung US,M = 0,42 V

Berührungsspannung UB,M = 1,15 V

Aus der Netzberechnung ergibt sich für den betrachteten Fehlerfall ein über die Erdungsanlage in den Boden abfließender Stromanteil von:

IE = 800 A

Der Skalierungsfaktor beträgt:

k = 800 A / 5 A = 160

Damit ergeben sich für den Fehlerfall:

US,F = 0,42 V × 160 = 67,2 V

UB,F = 1,15 V × 160 = 184 V

Diese Werte sind noch kein abschließendes Prüfergebnis. Sie müssen mit den für die konkrete Anlage zulässigen Werten unter Berücksichtigung der Abschaltzeit, Kontaktbedingungen und Messunsicherheit verglichen werden.

Das Beispiel zeigt jedoch, warum kleine Messspannungen nicht automatisch unkritisch sind. Durch die Hochrechnung auf den realen Erdfehlerstrom können sich deutlich höhere Fehlerfallspannungen ergeben.

Typische Mess- und Bewertungsfehler

Fehler	Auswirkung	Bessere Vorgehensweise
Nur Erdungswiderstand messen	lokale Potentialgradienten bleiben unbekannt	Schritt- und Berührungsspannungen an kritischen Orten ergänzen
Gesamten Kurzschlussstrom zur Skalierung verwenden	falsche Fehlerfallspannung	tatsächlichen Erdfehlerstromanteil und Rückwege bestimmen
Stromelektrode zu nah setzen	Potentialfelder überlagern sich	Abstand vergrößern und Messkurve prüfen
Schrittspannung nur in einer Richtung messen	maximaler Gradient kann übersehen werden	mehrere Richtungen und Messlinien prüfen
Beliebiges Digitalmultimeter verwenden	Kontakt- und Körperimpedanz werden nicht normgerecht nachgebildet	vorgegebenes Messnetzwerk und passende Elektroden verwenden
Fremdspannung nicht erfassen	instabile oder systematisch falsche Werte	Störpegel vorab messen und selektives Verfahren einsetzen
Nur trockenen Sommerzustand prüfen	saisonale Extrembedingungen bleiben unberücksichtigt	Feuchte, Frost und Oberflächenzustand dokumentieren
Zaun oder Rohrleitung übersehen	gefährliche Potentialverschleppung bleibt unentdeckt	alle leitfähigen Ein- und Ausführungen in das Messkonzept aufnehmen
50 V pauschal als Grenzwert ansetzen	Norm, Fehlerdauer und Kontaktbedingungen werden ignoriert	anlagenbezogene zulässige Spannung bestimmen

Maßnahmen bei zu hohen Spannungen

Werden unzulässige oder auffällig hohe Werte festgestellt, muss die Ursache anhand des Potentialverlaufs und der Strompfade eingegrenzt werden.

Mögliche technische Maßnahmen sind:

• Erweiterung oder engere Vermaschung des Erdungsnetzes,
• zusätzliche Tiefen-, Ring- oder Strahlenerder,
• Verbesserung korrodierter oder unterbrochener Verbindungen,
• Potentialsteuerung an Rändern, Toren und Bedienplätzen,
• geeignete hochohmige Oberflächenbeläge,
• Anpassung des Potentialausgleichs,
• kontrollierte Trennung oder Einbindung verschleppender Leitungen,
• Verkürzung der Schutzabschaltzeit,
• Absperrung oder Verlagerung zugänglicher Bereiche.

Ob ein Zaun, eine Rohrleitung oder ein anderes leitfähiges Teil verbunden oder getrennt werden muss, kann nicht pauschal entschieden werden. Eine falsche Maßnahme kann eine neue Berührungsspannung oder Potentialverschleppung erzeugen. Die Änderung muss deshalb geplant, dokumentiert und anschließend durch eine erneute Messung verifiziert werden.

Empfohlener Prüfablauf

1. Prüfziel festlegen: Erstprüfung, Wiederholungsprüfung, Störungsanalyse oder Nachweis nach Umbau.
2. Anzuwendendes Regelwerk bestimmen: Anlagenart, Spannungsebene und Betreiberanforderungen klären.
3. Unterlagen beschaffen: Erdungsplan, Netzberechnung, Schutzzeiten, Erdfehlerstrom und bekannte Rückwege zusammentragen.
4. Gefährdungsbeurteilung erstellen: Messstrom, mögliche Prüfspannungen, Arbeitsbereich und Absperrung festlegen.
5. Sichtprüfung durchführen: Verbindungen, Korrosion, Umbauten, Zaun, Tore, Kabel und Rohrleitungen erfassen.
6. Durchgängigkeit prüfen: Erdungsringleitung und Potentialausgleich an geeigneten Punkten kontrollieren.
7. Boden- und Oberflächenzustand dokumentieren: Feuchte, Temperatur, Belag und Besonderheiten notieren.
8. Messstromkreis planen: Stromelektrode und Leitungsführung außerhalb kritischer Bereiche anordnen.
9. Fremdspannungen messen: Störpegel vor der Einspeisung erfassen.
10. Prüfstrom einspeisen: Tatsächlichen Strom stabil und synchron messen.
11. Bezugserde verifizieren: Potentialsonde versetzen und Plausibilität der Messkurve prüfen.
12. Schrittspannungen kartieren: Kritische Bereiche in mehreren Richtungen messen.
13. Berührungsspannungen messen: Reale Stand- und Berührpunkte nachbilden.
14. Potentialverschleppungen prüfen: Zäune, Rohre, Schirme und entfernte Konstruktionen einbeziehen.
15. Messwerte skalieren: Auf den maßgeblichen Erdfehlerstromanteil hochrechnen.
16. Messunsicherheit berücksichtigen: Stromstabilität, Störpegel, Kontakte und Wiederholbarkeit bewerten.
17. Mit zulässigen Werten vergleichen: Fehlerdauer und Kontaktbedingungen einbeziehen.
18. Abweichungen lokalisieren: Potentialprofile und Strompfade gemeinsam auswerten.
19. Maßnahmen umsetzen und nachmessen.
20. Prüfung dokumentieren: Aufbau, Wetter, Messpunkte, Rohwerte, Skalierung und Bewertung vollständig festhalten.

Passende Messtechnik bei ICS Schneider

C.A 6472 – Erdungs- und Bodenwiderstandsmesser mit Erdpotentialmessung

Der C.A 6472 bündelt mehrere Verfahren für die Untersuchung komplexer Erdungsanlagen. Dazu gehören:

• 3-Leiter-Erdungsmessung bis 10 kΩ,
• 4-Leiter- und selektive 4-Leiter-Messung,
• Erdschleifenmessung mit zwei Stromzangen,
• Erdkopplungsmessung,
• spezifische Bodenwiderstandsmessung nach Wenner oder Schlumberger,
• Erdpotentialmessung,
• Durchgangs- und Widerstandsmessung,
• einstellbare Messfrequenzen zur Analyse und Störunterdrückung.

Damit eignet sich der C.A 6472 insbesondere für Erdungswiderstand, Bodenanalyse und Potentialprofile. Für einen vollständigen normbezogenen Nachweis von Schritt- und Berührungsspannungen müssen zusätzlich der passende Einspeiseaufbau, geeignete Kontaktplatten beziehungsweise Messnetzwerke, die Stromskalierung und das anlagenspezifische Bewertungsverfahren festgelegt werden.

C.A 6471 – Erdungs-, Bodenwiderstands- und Kopplungsmessung

Der C.A 6471 unterstützt klassische Erdungsmessungen, selektive Verfahren, Erdkopplungs- und Bodenwiderstandsmessungen. Der Messfrequenzbereich von 41 bis 512 Hz unterstützt die Auswahl einer geeigneten Frequenz bei gestörter Umgebung.

Das Gerät ist eine passende Grundlage für die Bestimmung wesentlicher Erdungsparameter. Es ersetzt jedoch nicht automatisch ein vollständiges Hochstromsystem für Schritt- und Berührungsspannungen an großen Energieanlagen.

C.A 6474 – Ergänzung für Freileitungsmasten

Der C.A 6474 ist ein Adapter für den C.A 6472 zur selektiven Untersuchung der Erdung von Freileitungsmasten. Er ist für Mast- und Pylonanwendungen vorgesehen und kein eigenständiger Universalprüfer für beliebige Erdungsringleitungen.

Weitere Geräte und Zubehör finden Sie in der Kategorie Erdungsmessgeräte und Bodenwiderstandsmesser bei ICS Schneider.

Fazit

Schritt- und Berührungsspannungen entstehen durch die räumliche Potentialverteilung, wenn ein Fehlerstrom über eine Erdungsanlage in den Boden abfließt. Eine niederohmige und durchgängige Erdungsringleitung ist wichtig, reicht für die Sicherheitsbewertung aber nicht allein aus.

Der Erdfehlerstromanteil ist entscheidend

Nicht der gesamte Kurzschlussstrom fließt zwingend über den Erder. Kabelschirme, Schutzleiter, Erdseile und andere metallische Rückwege beeinflussen die Stromaufteilung.

Die Messung ist räumlich

Schrittspannung, Berührungsspannung und Potentialverschleppung müssen an allen kritischen Zugangs-, Bedien- und Randbereichen untersucht werden.

Kleine Prüfspannungen müssen skaliert werden

Die Messwerte sind mit dem Verhältnis aus maßgeblichem Erdfehlerstrom und tatsächlich eingespeistem Prüfstrom auf den Fehlerfall hochzurechnen.

Ein allgemeiner Grenzwert genügt nicht

Die zulässige Spannung hängt unter anderem von Anlage, Fehlerdauer, Kontaktbedingungen, Oberfläche und anzuwendendem Regelwerk ab.

Für die Praxis gilt

Erdungsplan und Netzberechnung prüfen → tatsächlichen Erdfehlerstromanteil bestimmen → Mess- und Sicherheitskonzept festlegen → Strom- und Potentialelektroden korrekt positionieren → Fremdspannungen erfassen → definierten Prüfstrom einspeisen → Schritt- und Berührungsspannungen an kritischen Punkten messen → Potentialverschleppungen einbeziehen → Messwerte auf den Fehlerfall skalieren → Abschaltzeit und normativ zulässige Werte berücksichtigen → Maßnahmen planen → nach der Änderung erneut messen und vollständig dokumentieren.

FAQ: Schritt- und Berührungsspannung an Erdungsanlagen

Was ist eine Schrittspannung?

Die Schrittspannung ist die Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten der Erdoberfläche, die eine Person gleichzeitig mit beiden Füßen berührt. Für die Messung wird typischerweise ein Abstand von 1 m verwendet.

Was ist eine Berührungsspannung?

Die Berührungsspannung liegt zwischen einem berührbaren leitfähigen Teil und dem Standort einer Person. Sie kann einen Stromweg von der Hand über den Körper zu den Füßen verursachen.

Was ist der Potentialtrichter?

Der Begriff beschreibt den räumlichen Abfall des Erdpotentials mit zunehmendem Abstand von einem stromdurchflossenen Erder. Bei großen oder vermaschten Erdungsanlagen ist die reale Verteilung häufig komplexer als ein symmetrischer Trichter.

Was bedeutet Erdpotentialanhebung?

Sie bezeichnet die Spannung, auf die sich eine Erdungsanlage bei Fehlerstrom gegenüber der entfernten Bezugserde anhebt.

Reicht ein niedriger Erdungswiderstand als Sicherheitsnachweis aus?

Nein. Er sagt nicht vollständig aus, wie sich das Potential an der Oberfläche verteilt und welche Schritt- oder Berührungsspannungen an einzelnen Orten auftreten.

Warum werden Schrittspannungselektroden 1 m voneinander entfernt?

Der Abstand bildet eine typische Schrittlänge und damit den möglichen Fuß-zu-Fuß-Stromweg nach. Die konkreten Elektroden- und Belastungsbedingungen richten sich nach dem anzuwendenden Verfahren.

Kann ich die Berührungsspannung mit einem normalen Multimeter messen?

Ein Multimeter kann vorhandene Potentialdifferenzen anzeigen. Für einen normbezogenen Nachweis kann jedoch eine festgelegte Eingangsimpedanz beziehungsweise ein Körperersatz sowie eine definierte Bodenelektrode erforderlich sein.

Warum ist die Bezugserde wichtig?

Sie dient als nahezu unbeeinflusstes Referenzpotential. Liegt die Referenzelektrode noch im Potentialfeld der Erdungsanlage, werden Erdungsspannung und Potentialprofil falsch erfasst.

Wie weit muss die Stromelektrode entfernt sein?

Dafür gibt es keinen für alle Anlagen passenden festen Abstand. Größe, Geometrie, Boden und verbundene Rückwege bestimmen die erforderliche Entfernung. Die Anordnung muss durch Plausibilitätsmessungen überprüft werden.

Warum wird mit einer anderen Frequenz als 50 Hz gemessen?

Eine abweichende Prüffrequenz und frequenzselektive Auswertung helfen, vorhandene Netzfrequenz-Störspannungen vom eigentlichen Messsignal zu trennen.

Warum wird nicht direkt mit dem vollen Erdfehlerstrom geprüft?

Der reale Fehlerstrom kann sehr hoch und gefährlich sein. Deshalb wird meist ein kontrollierter kleinerer Prüfstrom eingespeist und das Ergebnis anschließend auf den maßgeblichen Erdfehlerstrom hochgerechnet.

Welcher Strom muss für die Hochrechnung verwendet werden?

Maßgeblich ist der Stromanteil, der im betrachteten Fehlerfall tatsächlich über die Erdungsanlage und den Boden abfließt. Der gesamte Kurzschlussstrom ist nicht automatisch der richtige Wert.

Ist 50 V AC immer der zulässige Grenzwert?

Nein. Die zulässige Schritt- oder Berührungsspannung hängt vom Regelwerk, der Fehlerdauer, den Kontaktbedingungen und der Anlagenart ab. Ein pauschaler Vergleich mit 50 V kann zu einer falschen Bewertung führen.

Welche Rolle spielt die Abschaltzeit?

Die physiologische Wirkung eines Körperstroms hängt von seiner Höhe und Einwirkdauer ab. Deshalb ist die Schutzabschaltzeit ein wesentlicher Bestandteil der Bewertung.

Warum können Tore und Zäune besonders kritisch sein?

Sie sind berührbar, liegen häufig am Rand des Erdungsnetzes und können ein Anlagenpotential in öffentlich zugängliche Bereiche verschleppen.

Kann Schotter die Berührungsspannungsgefahr reduzieren?

Ein geeigneter hochohmiger Oberflächenbelag kann die Kontaktimpedanz erhöhen. Seine Wirkung muss jedoch nach dem anwendbaren Regelwerk bewertet und auch bei Nässe, Verschmutzung und Alterung berücksichtigt werden.

Wann sollte der spezifische Bodenwiderstand gemessen werden?

Er ist wichtig für Planung, Erweiterung und Diagnose von Erdungsanlagen. Mehrere Messabstände helfen, die Schichtung des Bodens und geeignete Erdertiefen zu beurteilen.

Warum sind mehrere Messrichtungen erforderlich?

Das stärkste Potentialgefälle verläuft nicht an jedem Ort in derselben Richtung. Eine einzige Orientierung kann den maximalen Schrittspannungswert übersehen.

Welche Messwerte müssen dokumentiert werden?

Mindestens Messaufbau, Elektrodenpositionen, Prüfstrom, Rohspannungen, Fremdspannungen, Skalierungsfaktor, Fehlerstromannahmen, Abschaltzeit, Boden- und Wetterzustand, Messunsicherheit und Bewertungsgrundlage.

Wann ist ein spezielles Hochstrom-Messsystem erforderlich?

Bei großen Erdungsnetzen, hohem Störpegel oder einem geforderten normativen Nachweis kann ein höherer, frequenzselektiv ausgewerteter Prüfstrom notwendig sein. Dies ist im Messkonzept festzulegen.

Wann muss nach einer Änderung erneut gemessen werden?

Nach Änderungen am Erdungsnetz, an Zäunen, Kabeln, Rohrleitungen, Oberflächenbelägen oder Schutzzeiten sollte geprüft werden, ob die vorgesehene Maßnahme die Schritt- und Berührungsspannungen tatsächlich ausreichend reduziert.

Schlagwörter

Schrittspannung, Berührungsspannung, Erdungsanlage, Erdungsringleitung, Ringerder, Erdungsnetz, Erdungswiderstand, Erdungsimpedanz, Erdpotentialanhebung, Potentialtrichter, Potentialverschleppung, Fehlerstrom, Erdfehlerstrom, Bodenwiderstand, spezifischer Erdwiderstand, Bezugserde, Potentialausgleich, Erdungsmessung, C.A 6472, C.A 6471, C.A 6474

Prompt für das Beitragsbild

Fotorealistisches, professionelles Beitragsbild im Landscape-Format 16:9. Szene in einer europäischen Mittelspannungs- oder Industrieanlage im Freien: Im Vordergrund steht ein robustes neutrales Erdungsprüfgerät in einem geöffneten Schutzkoffer auf trockenem, realistisch strukturiertem Boden. Zwei schwere metallische Schrittspannungs-Messplatten liegen exakt in einer geraden Linie mit sichtbar plausiblem Abstand von 1 m auf dem Boden und sind mit sauber geführten Messleitungen am Prüfgerät angeschlossen. Seitlich befindet sich ein metallischer Anlagenzaun mit geschlossenem Tor als realistischer kritischer Bereich, jedoch ohne zusätzliche oder mehrdeutige Messleitung. Im Hintergrund sind Transformatorstation, Erdungsringleitung-Messpunkt und entfernte Hilfserder dezent erkennbar. Ein qualifizierter Prüftechniker mit neutraler Schutzkleidung, Schutzhelm und Sicherheitsschuhen überwacht den abgesperrten Messbereich, ohne aktive Leiter zu berühren. Realistische Größenverhältnisse, korrekte Anschlüsse, europäische Industrieumgebung, klare Kabelführung ohne unnötige Schlaufen, sachliche helle Beleuchtung, hohe technische Glaubwürdigkeit. Keine Logos, keine Marken, keine gelben Multimeter, keine US-Steckdosen, keine Funken, keine offenen spannungsführenden Teile, keine Text-Overlays, keine Pfeile, keine Formeln und keine Beschriftungen im Bild.