Durch meine jüngsten Arbeiten zur Reparatur und Wartung von Anlagen vor Ort und temporären Stromnetzen habe ich festgestellt, dass viele Probleme und ihre Lösungen eng mit der Erdung zusammenhängen. Dies hat meine bisherige Einstellung, der Erdung in Stromversorgungssystemen und elektrischen Geräten keine Beachtung zu schenken und sie mitunter sogar für unnötig zu halten, grundlegend verändert. Dadurch blieb ich in einer Laienperspektive gefangen. Durch sorgfältige Beratung und Recherche habe ich mein Wissen erweitert und einige Punkte im Folgenden zusammengefasst. In Stromversorgungssystemen ist die Erdung eine entscheidende Maßnahme zum Schutz von Personal und zur Sicherheit elektrischer und elektronischer Geräte. Wir unterteilen die Erdung üblicherweise in Funktionserdung, Systemerdung, Blitzschutzerdung und Schutzerdung, die jeweils dem Schutz unterschiedlicher Objekte dienen. Diese Erdungsmethoden haben im Wesentlichen denselben Zweck: Überströme, die durch Überspannung entstehen, über eine Erdungseinrichtung in die Erde abzuleiten und so Schutz zu gewährleisten. Moderne Fabriken benötigen ein engmaschiges Erdungsnetz, an das alle zu schützenden Objekte angeschlossen sind. Unterschiedliche Erdungsmethoden erfordern jedoch eine Verbindung vom Potenzialausgleichspunkt an der Erdungseinrichtung. Die Hauptfunktion der Blitzschutzerdung besteht darin, den durch Blitzeinschläge erzeugten Blitzstrom über das Erdungsnetz in die Erde abzuleiten und so das Gebäude zu schützen. Grundsätzlich stehen zwei Blitzschutzmethoden zur Auswahl: Blitzableitererdung und Faraday-Käfigerdung. Diese beiden Blitzschutzarten unterscheiden sich wesentlich in ihren Schutzprinzipien. Ein Blitzableiter fängt Blitze in der Luft ab und leitet sie über sich ab, wodurch das Gebäude vor Blitzeinschlägen geschützt wird. Der Schutzbereich eines Blitzableiters entspricht dem Bereich entlang des Bogens einer rollenden Kugel, deren Radius der Höhe des Blitzableiters entspricht und der vom Boden aus gemessen wird. Bei einem Faraday-Käfig ist der Schutzbereich des Blitzableiters sehr klein, und es tritt auch innerhalb des Schutzbereichs elektromagnetische Induktion auf. Darüber hinaus ist der Bereich um den Blitzableiter eine Zone starker elektromagnetischer Induktion mit einem großen Potenzialgradienten und einer steilen Spannungsspitze, was für Personen in diesem Bereich lebensbedrohlich sein kann. Aus diesen Gründen spielt der Faraday-Käfig eine entscheidende Rolle in modernen Blitzschutz-Erdungssystemen. Experimente haben gezeigt, dass ein geschlossenes Metallgehäuse eine vollständige Abschirmung bietet. Wenn Blitzstrom durchfließt, fließt er entlang der Außenfläche des Gehäuses in die Erde, während im Inneren des Gehäuses keine elektromotorische Kraft oder magnetischer Fluss induziert wird; das heißt, der Blitzstrom beeinträchtigt keine internen Geräte. Der ringförmige Erdungsring und das Potenzialausgleichsnetzwerk am Boden des Faraday-Käfigs verhindern in dieser potenzialgleichen Umgebung ebenfalls, dass Personen vom Blitz getroffen werden. Schutzerdung ist eine wirksame Sicherheitsmaßnahme in modernen Niederspannungsnetzen. Es gibt im Allgemeinen zwei Methoden: Erdungsschutz und Neutralleitererdung. Eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Neutralpunkt, dem Gehäuse oder der Halterung von Geräten und elektrischen Anlagen und der Erdungseinrichtung mittels eines Leiters ist ein wichtiger Punkt bei Elektroarbeiten; dies wird üblicherweise als Erdung bezeichnet. Die Verbindung des Metallgehäuses von elektrischen Geräten und Anlagen mit dem Neutralleiter des Systems wird als Neutralleitererdung bezeichnet. Da Schutzerdung in Stromversorgungssystemen eingesetzt wird, ist sie eine Schutzmaßnahme für elektrische Geräte, Metallkonstruktionen und elektronische Bauteile. Dies verhindert Verletzungen durch Leckströme, beispielsweise durch Leckströme elektrischer Geräte, Leitungsschäden oder alterungsbedingte Leckströme der Isolierung. Über den Erdungsleiter werden mögliche Leitungs- und Geräteleckströme sowie durch elektromagnetische und elektrostatische Induktion erzeugte Überspannungen über die Erdungsschleife in die Erde abgeleitet. Dadurch werden Geräteschäden verhindert und die Sicherheit von Personen gewährleistet. Dank des Erdungsschutzes wird der Leckstrom schnell in die Erde abgeleitet. Um dies zu erreichen, müssen alle elektrischen Geräte, Stahlkonstruktionen sowie elektronische und Mess- und Regelungsgeräte zuverlässig mit dem Erdungsnetz verbunden sein. Vereinfacht gesagt, erfüllen Erdung und Neutralleitererdung in einem Stromversorgungssystem zwei Zwecke: Erstens die Sicherstellung des ordnungsgemäßen Betriebs elektrischer Geräte (Funktionserdung) und zweitens die Gewährleistung der Sicherheit von Personen und Geräten (Schutzerdung und Neutralleitererdung). Obwohl es weitere Erdungsarten wie Mehrfacherdung, Blitzschutzerdung und elektrostatische Abschirmungserdung gibt, ist ihre Funktion im Wesentlichen dieselbe. Unterschiedliche Stromversorgungssysteme erfordern unterschiedliche Erdungsoptionen. Auch die Einsatzumgebungen dieser beiden Schutzmethoden unterscheiden sich. Eine ungeeignete Auswahl kann nicht nur die Schutzleistung für Geräte und Personal, sondern auch die Zuverlässigkeit des Stromnetzes beeinträchtigen. Die für verschiedene Stromversorgungsarten erforderlichen Erdungssysteme und die angewandten Schutzmaßnahmen unterscheiden sich ebenfalls. Neutralleiterschutz und Erdungsschutz unterscheiden sich in mehreren Aspekten. Erstens sind ihre Schutzprinzipien verschieden. Das Grundprinzip des Erdungsschutzes besteht darin, den Ableitstrom des Geräts gegen Erde zu begrenzen und sicherzustellen, dass er einen bestimmten Sicherheitsbereich nicht überschreitet. Sobald dieser Bereich überschritten wird, unterbricht der Schutz die Stromzufuhr automatisch. Das Prinzip des Neutralleiterschutzes beruht auf der Verwendung einer Neutralleiter-Erdungsleitung. Tritt im Gerät aufgrund eines Isolationsfehlers ein einphasiger metallischer Kurzschluss auf, löst der Kurzschlussstrom die Schutzeinrichtung in der Leitung schnell aus. Zweitens unterscheiden sich ihre Anwendungsbereiche. Die Wahl zwischen TT- und TN-Systemen (TN-Systeme können weiter in TN-C, TN-CS und TN-S unterteilt werden) basiert auf Faktoren wie Lastverteilung, Lastdichte und Lastcharakteristik. Das öffentliche Niederspannungsnetz meines Landes nutzt typischerweise TT- oder TN-C-Systeme und implementiert eine gemischte Ein- und Dreiphasen-Stromversorgung. Dies bedeutet ein dreiphasiges Vierleiter-Stromverteilungssystem mit 380/220 V, das gleichzeitig Beleuchtung und Verbraucher mit Strom versorgt. Drittens unterscheiden sich die Leitungsstrukturen. Ein Schutzleitersystem verfügt nur über Phasenleiter und einen Schutzleiter. Dreiphasen-Verbraucher benötigen keinen Neutralleiter, sofern die Geräte ordnungsgemäß geerdet sind. Der Neutralleiter im System darf keine andere Erdungsverbindung als die Erdung des Neutralpunkts der Stromversorgung aufweisen. Ein Schutzleitersystem erfordert unter allen Umständen einen Schutzneutralleiter. Bei Bedarf können der Schutzneutralleiter und der Schutzneutralleiter separat installiert werden. Der Schutzneutralleiter im System muss mehrere redundante Erdungspunkte aufweisen. In einem Stromversorgungssystem mit ungeerdetem Neutralpunkt kann ein einphasiger Erdschluss auftreten. Die Spannung zwischen der nicht fehlerhaften Phase und Erde kann dabei auf das 1,732-Fache der Phasenspannung (d. h. der Leiterspannung) ansteigen. Aufgrund der Spannungsvervielfachung durch Kondensatoren kann es durch intermittierende Lichtbogenbildung am Erdungspunkt zu noch höheren Überspannungen im Stromnetz kommen. Dies kann Schwachstellen in der Isolation der nicht fehlerhaften Phase zum Durchschlag bringen und einen zweiphasigen Kurzschluss verursachen. Insbesondere Kabel können explodieren, da die Wärme des Lichtbogens nicht rechtzeitig abgeführt werden kann. In manchen Systemen mit ungeerdetem Neutralpunkt können Geräte bei einem einphasigen Ableitstrom weiterhin normal funktionieren, da keine Ableitschleife vorhanden ist oder der Schleifenwiderstand zu hoch ist. Da der Erdungsstrom sehr gering ist, wird das Problem nicht leicht erkannt. Sobald der Ableitstrom jedoch mit einem ordnungsgemäß geerdeten Metallelement in Kontakt kommt, treten Funkenentladungen und andere Phänomene auf, die zu einer Fehlfunktion des Systems führen. Daher ist bei diesen Niederstrom-Erdungssystemen ein längerer Betrieb bei einem einphasigen Fehlerstrom nicht zulässig. Die Fehlerstelle muss schnellstmöglich lokalisiert und Schutzmaßnahmen ergriffen werden. Im Gegensatz dazu bildet sich bei neutralpunktgeerdeten Stromversorgungssystemen bei einem einphasigen Erdschluss eine Schleife zwischen dem Erdungspunkt und dem Erdungspunkt des Stromversorgungsgeräts, was zu einem hohen Erdungsstrom führt. Dieses System wird als Hochstrom-Erdungssystem bezeichnet, und je kleiner der Widerstand zwischen den beiden Erdungspunkten ist, desto höher ist der Erdungsstrom. Daher sind bei neutralpunktgeerdeten Systemen im direkten Betrieb mit neutralpunktgeerdeter Erdung die folgenden drei Punkte zu beachten: ① Alle nicht unter Spannung stehenden Metallteile elektrischer Geräte müssen entweder mit einer Schutzerdung des Neutralleiters oder mit einer Schutzerdung versehen sein. ② In einem dreiphasigen Vierleitersystem mit Niederspannungsverteilung dürfen Schutzerdung des Neutralleiters und Schutzerdung nicht gemischt werden, d. h. ein Teil muss mit Schutzerdung des Neutralleiters und der andere Teil mit Schutzerdung versehen sein. Es ist jedoch zulässig, sowohl Schutzleiter- als auch Schutzleiter-Erdung an ein und demselben Gerät zu verwenden, da dies die Sicherheit erhöht. ③ Der Neutralleiter muss wiederholt geerdet werden, da bei einer Trennung des Neutralleiters das Gehäuse des geerdeten Geräts eine Spannung von 220 V gegen Erde führt, was absolut unzulässig ist. Meiner Meinung nach gibt es bei diesen fundierten Erdungstheorien und -systemen zwei Schlüsselfaktoren, die im Planungs- und Bauprozess nicht außer Acht gelassen werden dürfen, um einen umfassenden Erdungsschutz zu gewährleisten. Erstens die Installation von Erdungseinrichtungen, die sicherstellen müssen, dass der Erdungswiderstand innerhalb des Auslegungsbereichs liegt und somit Sicherheit und Zuverlässigkeit bietet. Dies muss durch regelmäßige Messungen überprüft werden, um die Zuverlässigkeit der Erdung zu gewährleisten. Zweitens die zuverlässige und korrekte Verbindung von Ableitungen und Blitzableitern, Geräten, Metallkonstruktionen und Gehäusen elektrischer Geräte mit dem Erdungsnetz. Denn selbst ein geringfügiges Versäumnis kann zu einem Ausfall des Erdungsschutzes für Geräte und Personen führen. Beispielsweise werden üblicherweise alle Erdungsanschlüsse zu einem dichten Netz verbunden, die Anschlusspunkte verschiedener Geräte können jedoch stark variieren. Geht man davon aus, dass alle Erdungsleitungen miteinander verbunden sind und wählt den nächstgelegenen Blitzschutzleiter als Eintrittspunkt für das Erdungssystem der Instrumente, können hohe Blitzüberströme und starke elektromagnetische Induktion Instrumente, SPSen und andere Präzisionsgeräte mit strengen Erdungsanforderungen beschädigen. Daher müssen Erdungsanschlüsse gemäß Konstruktionsvorgaben und Spezifikationen ausgeführt werden. Typischerweise müssen in einem Gebäude alle Erdungsanschlüsse vom Erdungsleiter über das Erdungsnetz (den verdeckten Teil) bis zur Potenzialausgleichsplatte mit diesem Punkt verbunden werden. Von dort werden dann die verschiedenen Geräte und anderen Teile, die Erdungsschutz benötigen, angeschlossen. Dies verhindert, dass Kriechströme oder Blitzüberströme Personen verletzen oder andere Geräte beschädigen. Kriechströme werden über den Erdungsdraht und die Potenzialausgleichsplatte direkt in die Erde abgeleitet, wodurch die Erdung gewährleistet wird.