Erdungselektroden und Masseverbundsysteme: Wie man sie testet und warum das wichtig ist

Erdungselektroden und Erdungssysteme sind wesentliche Bestandteile von Elektroinstallationen, die Sicherheit und Schutz für Menschen und Geräte bieten. Erdungselektroden sind leitende Stangen oder Platten, die in der Erde vergraben und mit dem elektrischen System verbunden sind. Sie bieten einen Pfad mit geringem Widerstand, über den Fehlerströme in die Erde fließen und verhindern, dass sich gefährliche Spannungen im System aufbauen. Erdungssysteme sind leitende Drähte oder Stangen, die die Erdungselektroden mit den Geräten und Gehäusen verbinden, die geerdet werden müssen. Sie sorgen dafür, dass alle geerdeten Teile das gleiche Potenzial haben und verringern das Risiko von Stromschlag und Feuer. Obwohl die Systeme sehr einfach sind, kann es einige Zeit dauern, bis man die Terminologie beherrscht. Ein umfassenderes Verständnis finden Sie im National Electrical Code (NEC) Kapitel 250.

Testen des Erdungswiderstandes einer Erdungselektrode

Einer der wichtigsten Parameter eines Erdungselektroden ist sein Fernerdungswiderstand, d.h. der Widerstand zwischen der Elektrode und einem weit entfernten Punkt in der Erde. Je niedriger der Erdungswiderstand ist, desto besser kann der Erdungselektrode Fehlerströme ableiten und Überspannungen verhindern. Der Fernerdungswiderstand hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. dem spezifischen Erdwiderstand, der Tiefe und Länge der Elektrode, der Feuchtigkeit und Temperatur des Bodens sowie dem Vorhandensein anderer Elektroden oder Leiter in der Nähe.

Eine gängige Methode zur Messung des Fernerdungswiderstands eines Erders ist die Potenzialabfallmethode, bei der ein Prüfgerät, eine Stromsonde und zwei Hilfselektroden verwendet werden. Das Prüfgerät speist einen bekannten Strom in den Erder und die Stromsonde ein und misst den Spannungsabfall über dem Erder und einer der Hilfselektroden. Der Fernerdungswiderstand wird berechnet, indem der Spannungsabfall durch den eingespeisten Strom dividiert wird. Die andere Hilfselektrode wird verwendet, um zu überprüfen, ob der gemessene Spannungsabfall unabhängig von ihrer Position ist, was darauf hindeutet, dass der Fernerdungswiderstand genau ist.

Prüfung der AC-Impedanz eines Erdungssystems

Ein weiterer wichtiger Parameter eines Masseverbundsystems ist seine Wechselstromimpedanz, d.h. der Widerstand gegen den Wechselstromfluss im System. Je niedriger die AC-Impedanz ist, desto besser kann das Erdungssystem die Potenziale der geerdeten Teile ausgleichen und das Rauschen und die Störungen im System reduzieren. Die AC-Impedanz hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. dem Widerstand, der Induktivität und der Kapazität der Erdungsleiter, der Frequenz des Stroms sowie der Konfiguration und dem Aufbau des Systems.

Eine gängige Methode zur Messung der AC-Impedanz eines Erdungsnetzes ist die Clamp-On-Methode, bei der ein Prüfgerät mit einem Stromwandler mit geteiltem Kern verwendet wird. Das Testgerät klemmt einen Erdungsleiter ab und injiziert einen bekannten Strom in ihn. Das Prüfgerät misst auch den Spannungsabfall über dem Leiter und berechnet die Wechselstromimpedanz, indem es den Spannungsabfall durch den eingespeisten Strom teilt. Die Clamp-On-Methode ist einfach und schnell, aber sie ist möglicherweise nicht genau, wenn es in dem System parallele Pfade oder Streuströme gibt.

Gegenüberstellung der beiden Tests und ihrer Bedeutung

Die beiden oben beschriebenen Tests unterscheiden sich in ihren Zielen, Methoden und Ergebnissen. Die Prüfung des Fernerdungswiderstandes einer Erdungselektrode soll die Leistung der Elektrode bei der Ableitung von Fehlerströmen und der Vermeidung von Überspannungen bewerten. Der Test für die AC-Impedanz eines Erdungssystems soll die Leistung des Systems beim Ausgleich der Potentiale der geerdeten Teile und bei der Reduzierung von Rauschen und Störungen bewerten. Der Test für den Fernerdungswiderstand verwendet eine Potentialabfallmethode mit zwei Hilfselektroden, während der Test für die AC-Impedanz eine Klemmmethode mit einem Stromwandler mit geteiltem Kern verwendet. Der Test für den Erdungswiderstand liefert einen Wert in Ohm, während der Test für die Wechselstromimpedanz einen Wert in Ohm oder Milliohm liefert, je nach Frequenz des Stroms.

Beide Tests sind wichtig für die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von elektrischen Installationen. Ein Erdungsanschluss mit einem hohen Erdungswiderstand kann Fehlerströme möglicherweise nicht wirksam ableiten und Überspannungen verursachen, die die Geräte beschädigen und Menschen gefährden können. Ein Erdungssystem mit einer hohen AC-Impedanz ist möglicherweise nicht in der Lage, das gleiche Potential zwischen den geerdeten Teilen aufrechtzuerhalten und kann die Gefahr von Stromschlägen und Signalverzerrungen verursachen. Daher sollten beide Tests regelmäßig und gemäß den Normen und Vorschriften der Branche durchgeführt werden.

Warum Sie beide Tests durchführen müssen

Die Durchführung beider Tests an einem Erdungssystem ist für die Sicherheit unerlässlich, da sie sich gegenseitig ergänzen und eine umfassende Bewertung der Funktionalität des Erdungssystems ermöglichen. Eine Erdungselektrode mit einem niedrigen Erdungsfernwiderstand kann sicherstellen, dass Fehlerströme effektiv abgeleitet und Überspannungen verhindert werden. Sie reicht jedoch möglicherweise nicht aus, um die Geräte und das Personal vor der Gefahr von Stromschlägen und Signalverzerrungen zu schützen, wenn das Erdungssystem eine hohe Wechselstromimpedanz aufweist. Umgekehrt kann ein Erdungssystem mit einer niedrigen AC-Impedanz sicherstellen, dass die Potenziale der geerdeten Teile ausgeglichen und Rauschen und Interferenzen reduziert werden, aber es reicht möglicherweise nicht aus, um die Geräte und das Personal vor Überspannungen und Brandgefahren zu schützen, wenn die Erdungselektrode einen hohen Fernerdungswiderstand hat. Daher sollten sowohl sind Tests erforderlich, um zu überprüfen, ob das Bodensystem erfüllt die Sicherheits- und Leistungsanforderungen der Industrie.

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