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Zentraler Erdungspunkt (ZEP) und vagabundierende Ströme

© SimpleBen.CNX – stock.adobe.com

Erdung und Potentialausgleich erlangten besonders in der Haustechnik und bei Gebäudeinstallationen in den letzten Jahren mehr und mehr an Bedeutung. Besonders die regenerative Haustechnik, allen voran PV-Anlagen, stellen höhere Anforderungen an Elektrosicherheitsmaßnahmen. Hierbei ist nach wie vor ein großes Problem, dass elektronische Installationen alleinstehend und nicht als Ganzes konzipiert und umgesetzt werden. Eine Lösung könnte sein, Erdungs- und Potentialausgleichsnetze zu etablieren, in denen der Neutralleiter bis zum zentralen Erdungspunkt (ZEP) separat geführt wird. Welche Varianten und Gestaltungsmöglichkeiten des zentralen Erdungspunktes gibt es? Was muss dabei beachtet werden?

Inhaltsverzeichnis

  1. Was ist der zentrale Erdungspunkt?
  2. TN-S-System, TN-C-System oder TN-C-S-System?
  3. Vagabundierende Ströme und zentraler Erdungspunkt
  4. Fazit

Was ist der zentrale Erdungspunkt?

Die einzige Schnittstelle zwischen dem Erdungs- bzw. Potentialausgleichssystem und dem PEN-Leiter wird zentraler Erdungspunkt oder ZEP genannt (in der Praxis wird auch des Öfteren von zentralen Erdungsschranken oder -brücken gesprochen). Laut DIN VDE 0100 („Errichtung von Niederspannungsanlagen") und DIN VDE 0800 („Errichten von Anlagen der Informationstechnik") benötigen elektrische Anlagen, besonders diejenigen der Haustechnik, einen fremdspannungsfreien Potentialausgleich und zentralen Erdungspunkt. Das ist nicht zuletzt deshalb notwendig, weil sich innerhalb der letzten Jahre sowohl die Informations- als auch Steuerungstechnik elektrischer Anlagen immer mehr in Richtung Starkstromtechnik entwickelt hat.

Gleichzeitig hat das schiere Maß an „elektronischer Vernetzung“ in Produktions-, Büro- und Wohngebäuden innerhalb kürzester Zeit einen nie dagewesenen Umfang erreicht. Das führt auch zu Problemen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), die durch Schaltschränke, Netzlayouts und nicht zuletzt durch einen zentralen Erdungspunkt verringert oder gar vermieden werden kann.

Wichtig: in der Praxis ist ein zentraler Erdungspunkt jedoch nur für ein galvanisch verbundenes Netz notwendig.

Zentraler Erdungspunkt – Kennzeichnung

Der Zentrale Erdungspunkt kann beliebig gelegt werden, muss aber stets grün-gelb markiert sein und den Warnhinweis enthalten, dass bei Entfernen des ZEP Personen- und Sachschäden entstehen können: „Zentrale Erdverbindung – Auftrennung nur bei abgeschalteter Stromversorgung zulässig“ – so steht es auf den meisten gängigen Kennzeichnungen.

Zentraler Erdungspunkt – Beton

Bei Betonbauten werden sog. Fundamenterder aus V4A-Stahl oder Kupfer eingebaut. Diese werden während der Bauphase in das Betonfundament eingelegt und mit der Bauwerksbewehrung verbunden sowie anschließend mit einer weiteren Schicht Beton überzogen.

Eine leitfähige Verbindung zwischen Erdungspunkt und dem angrenzenden Erdreich wird anhand der natürlich stattfindenden Durchfeuchtung der äußeren Betonschicht erreicht. Falls dieser natürliche Prozess aufgrund von Baumängeln oder Umwelteinflüssen ins Stocken geraten sollte, kann anhand eines Ringerders, der sich um das gesamte Fundament erstreckt, Abhilfe geschaffen werden.

TN-S-System, TN-C-System oder TN-C-S-System?

In TN-C-Systemen (kombinierte neutrale Erde) wird ein sog. PEN-Leiter eingesetzt, der sowohl Schutzleiter als auch Neutralleiter ist. Aufgrund möglicher Nullpunktverschiebungen, Spannungsabfällen und Außenleiterspannung von bis zu 230 V birgt dieses System Gefahren für Mensch, Anlage und gekoppelte Geräte.
Bereits seit etwa 50 Jahren sind TN-C-Systeme nur noch bei Leitern mit einem Mindestquerschnitt von 10 Quadratmillimeter Kupfer oder 16 Quadratmillimeter Aluminium erlaubt. Da dieses System zuvor aber aufgrund des geringen Verkabelungsaufwands favorisiert wurde, herrscht bei Altinstallationen starker Handlungs- bzw. Sanierungsbedarf – vor allem mit Blick auf die Erdung.

Bei TN-S-Systemen (separate neutrale Erde) existieren separate Neutralleiter und Schutzleiter. Der Vorteil gegenüber anderen Systemen ist, dass durch Unterbrechen der PEN-Leiter keine Gefährdungspotentiale entstehen. Aufgrund des Planungs- und Umsetzungsaufwandes werden derartige Systeme aber meist nur in größeren gewerblichen Anlagen realisiert und beinhalten stets einen zentralen Erdungspunkt, der auch dezentral umgesetzt werden kann. In einem solchen Fall wird von einem „entfernten zentralen Erdungspunkt“ gesprochen. Ein großer Vorteil dabei ist, dass dem Netz problemlos weitere Anlagen hinzugefügt werden können, ohne die Wirkungsweise des zentralen Erdungspunktes zu beeinträchtigen.

Das TN-C-S-System (separate kombinierte neutrale Erde) besteht meist aus einem TN-C-System für das Verteilungsnetz und einem TN-S-System für die Endverbraucher. In diesem System müssen der Schutzleiter und der Neutralleiter strikt voneinander getrennt sein. Das ist u. a. wichtig für die Platzierung des zentralen Erdungspunktes, der den einzig zulässigen Erdungspunkt des Neutralleiters darstellt.

Vagabundierende Ströme und zentraler Erdungspunkt

Vagabundierende Ströme treten häufig dann auf, wenn ein Schutzleitersystem oder der zentrale Erdungspunkt beschädigt wurden. Aber auch bei Systemen mit Mehrfacheinspeisungen können Rückleiterströme über den Schutzleiter entstehen. Sie bestehen aus Betriebsstrom, fließen jedoch ungestört z. B. über leitfähige Oberflächen oder in feuchtem Erdreich und gehören zu den Fehlströmen.

Der unbeabsichtigte Stromfluss kann zur Gefahr für Mensch, Bauwerk und vor allem (elektrischen) Leitungen werden. Bei vagabundierenden Gleichströmen kann es zur sog. Streustromkorrosion kommen, bei der unterirdische Leitungen ohne kathodischen Korrosionsschutz von Streuströmen durch die Veränderung der mineralischen Zusammensetzung der Erde angegriffen werden.

Je nach Netzform treten vagabundierende Ströme in TN-Netzen auch auf Erdungs- und Potentialausgleichsleitern auf. Diesem Problem kann durch gezielte Integration eines zentralen Erdungspunktes entgegengewirkt werden.
Das ist vor allem bei vagabundierenden Wechselströmen wichtig, da es dort vor allem zu Fehlströmen kommen kann, wenn der Parallelwiderstand der Gebäudeerdungsanlage und der Potentialausgleichsanlage deutlich geringer als der Widerstand von Schutzleiter und Erdungseinrichtungen ist.

Fazit

Egal, welche Netzform vorliegt, es darf jeweils nur einen zentralen Erdungspunkt geben. Bei einer Kombination aus Abnehmeranlage und informationstechnischem System (TN-C-S-System) ist der zentrale Erdungspunkt der einzig zulässige Erdungspunkt des Neutralleiters.

Besonders hinsichtlich Brandschutz und Elektrosicherheit sollten alle elektrischen Anlagen einen Erdungsfestpunkt aufweisen. Aber um umfassend vor Überspannung, möglichen Störlichtbögen oder elektromagnetischen Feldern geschützt zu sein, reicht ein zentraler Erdungspunkt nicht aus.

Quellen: „Sicherheitshandbuch Elektrosicherheit“, www.elektro.net, www.dehn.de

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