Erdung und Potenzialausgleich
Die Erdung erfolgt i. d. R. durch einen Fundamenterder, der bei Neubauten gem. DIN 18014:2014-03 errichtet werden muss. Über Ringerder aus Band- oder Rundstahl, die in die Fundamente oder die Bodenplatte eingelegt werden, wird eine elektrisch leitfähige Verbindung zur Erde hergestellt. Der Hauptpotenzialausgleich wird über eine Potenzialausgleichschiene im Hausanschlussraum gewährleistet. Folgende Anlagen müssen eine Verbindung zum Potenzialausgleichsleiter haben:
| • | Haupterdungsleiter |
| • | Hausanschlusskasten |
| • | Hauptwasserleitung |
| • | Hauptgasleitung |
| • | Antennenanlage |
| • | Fernmeldeanlage |
| • | Rohrsysteme (Heizungsrohre, Abwasserrohre etc.) oder metallische Konstruktionen (z. B. Führungsschienen von Aufzügen) |
| • | metallische Bade- und Duschwannen |
Ein zusätzlicher örtlicher Potenzialausgleich wird insbesondere bei Feuchträumen, in IT-Systemen (s. o.) und bei anderen besonderen elektrischen Gefährdungen erforderlich, z. B. in explosionsgefährdeten Bereichen.
Blitzschutz {Blitzschutz}
Aus Gründen des Brandschutzes wird der Blitzschutz mit der Erdung kombiniert. Das Schutzkonzept sieht zunächst einen äußeren Blitzschutz vor, der aus Fangeinrichtung, Ableiter und Erdungsanlage besteht. Als Fangeinrichtung dienen Leitungen und Stangen an hochgelegenen äußeren Stellen des Gebäudes, die Blitzeinschlagspunkte darstellen. Durch das Anlegen eines Netzes von Metallleitungen um das Gebäude, ausgehend von der Fangeinrichtung, wird ein Faraday’scher Käfig als Schutz gebildet.
Ein innerer Blitzschutz verhindert die Auswirkung von Überspannungen aus einem Blitzeinschlag auf Menschen im Gebäude und wird durch den Überspannungsschutz gewährleistet. Dieser besteht aus einem dreistufigen Schutzkonzept, das zunächst eine Einteilung der Schutzbereiche LPZ (Lightning Protection Zone) bzw. BSZ (Blitzschutzzonen) festlegt:
| • | LPZ 0A: Bereich außerhalb des Gebäudes ohne Schutz |
| • | LPZ 0B: Außenhaut des Gebäudes, geschützt durch den äußeren Blitzschutz |
| • | LPZ 1: geschützte Elektroinstallation mit Blitzstrom- und Überspannungsableiter |
| • | LPZ 2: geschützte Endgeräte mit Blitzschutz-Potenzialausgleich |
| • | LPZ 3: geschützter Bereich in Endgeräten durch örtlichen Potenzialausgleich |
Hieraus wird das Stufenkonzept entwickelt:
| • | Stufe 1 – Grobschutz, AfK (Anforderungsklasse) B, für die LPZ 0–1 |
| • | Stufe 2 – Mittelschutz, AfK C, für die LPZ 1–2 |
| • | Stufe 3 – Feinschutz, AfK D, für die LPZ 2–3 |
Überstrom- und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
Überstrom-Schutzeinrichtungen werden umgangssprachlich Sicherungen genannt und in Leitungsschutzschalter und Schmelzsicherungen unterteilt. Der Widerstand in einer elektrischen Leitung ist klein und führt bei Nennbetriebsbedingungen sowie regelgerechtem Querschnitt zu keiner Erwärmung, die einen Brand zur Folge haben könnte. Bei Strömen oberhalb der zulässigen Stromstärke je Leiterquerschnitt erhöht sich die Erwärmung überproportional. Die Wärmeleistung berechnet sich mit:
| P = R x I2 | (R = Widerstand der Leitung) |
Überstrom entsteht nach einem Stromausfall, nachdem die Spannung wieder aufgeschaltet wird – bedingt durch induktive Verbraucher. Die vielzähligen Netzteile von Druckern, Computern und anderen elektronischen Geräten arbeiten heute mehrheitlich im Stand-by-Betrieb. Bis zum Aufbau der Induktivität haben diese einen sehr kleinen Widerstand und verursachen damit einen Strom, der deutlich oberhalb des Nennstroms liegt. Die Sicherungen sollen den Stromkreis hierbei nicht trennen.
In der VDE 0641-11 sind die Charakteristiken festgelegt, aus denen hervorgeht, wie lange wie viel Überstrom toleriert wird, bevor die Sicherung den Stromkreis trennt. Die Charakteristik B gibt vor, den Stromkreis erst beim dreifachen Nennstrom und erst nach zwei Sekunden zu unterbrechen. Hingegen wird sie beim fünffachen Nennstrom sofort getrennt. Bei sehr großen Überströmen, infolge eines Kurzschlusses, wird der Stromkreis somit sofort unterbrochen.
Der Schutz vor einer zu großen thermischen Erwärmung ist sichergestellt, wenn bei regelkonformem Leitungsquerschnitt der 1,45-fache Wert des Nennstroms nicht überschritten wird. Bei diesem Stromwert soll die Sicherung mit der Auslösecharakteristik B innerhalb einer Stunde ausgelöst werden. Der 1,13-fache Nennstrom wird länger als eine Stunde ohne Auslösen toleriert. Bei Wohnhausinstallationen für Licht- und Steckdosenstromkreise kommt die Auslösecharakteristik B zum Einsatz.
Beim Einsatz von Geräten mit hohen Einschaltströmen, wie z. B. bei Schweißtransformatoren und Motoren, kommt die Auslösecharakteristik D zum Einsatz. Gemäß dieser erfolgt die Auslösung erst innerhalb von 0,1 Sekunden, wenn der zwanzigfache Nennstrom überschritten wird. Der zehnfache Nennstrom wird immerhin noch 0,6 Sekunden lang toleriert. Für den thermischen Schutz sind die Grenzen gleich denen wie bei der Charakteristik B.
Der allgemein als FI-Schutzschalter bezeichnete Fehlerstromschutz als spezieller Überstromschutz hat die internationale Bezeichnung RCD (Residual Current Protective Device) und die Aufgabe, bei Kontakt mit spannungführenden Teilen den Stromkreis innerhalb von 0,2 bis 0,4 ms abzuschalten. Im Normalfall, also ohne Störung, ist die Summe aller Ströme gleich Null. Bei Erd- oder Körperschluss ungleich Null.
Schutzebenen von Leitungen
Die DIN VDE 0100 legt drei aufeinander aufbauende Schutzebenen fest. In der ersten Ebene wird der direkte Kontakt mit Spannung verhindert. Tritt dieser dennoch ein, wird das Abschalten durch die zweite Ebene gewährleistet. Die dritte Ebene tritt in Kraft, wenn auch die zweite versagt.
| • | 1. Ebene – Basisschutz – Isolierung der Leitungen – Verlegung in größtmöglichem Abstand – Hindernisse gegen zufälliges Berühren |
| • | 2. Ebene – Fehlerschutz – Erdung und Potenzialausgleich (s. o.) – Entstehen von Fehlerstrom bei Berührung – Automatisches Abschalten des Stromkreises |
| • | 3. Ebene – Zusatzschutz – Fehlerstromschutzschalter (FI, s. o.) – Reaktion bei geringen Fehlerströmen (< 30 mA) – Schnelles Abschalten |
Besonders im Rahmen des Brandschutzes ist auch der Schutz gegen thermische Einflüsse zu beachten. So müssen Geräte mit höheren Oberflächentemperaturen entsprechend abgeschirmt und Auswirkungen aus (Stör-)Lichtbogen- und Funkenbildung durch entsprechende Materialien der Leitungen vermieden werden. Hierzu