Erdungs-und Blitzschutz

Die Naturgewalten zu vermeiden ist unmöglich, deswegen schützen wir uns mit einem Blitzschutzsystem davor. Mit diesem System, bestehend aus dem inneren Blitzschutz und dem äußeren Blitzschutz, wird jedes Gebäude beinahe unzugänglich für diese elektrische Entladungen. 

Der äußere Blitzschutz besteht aus der Fangeinrichtung, Ableitungsanlage und der Erdungsanlage. Die Fangspitze hat eine hohe Randfeldstärke, was im Falle eines Blitzeinschlags dazu führt, dass der Blitz mit großer Wahrscheinlichkeit in die Fangeinrichtung einschlägt. Die Ableitungsanlage besteht aus senkrecht geführten Ableitungen und leitet den Strom der Entladung an dem zu schützenden Objekt vorbei in die Erdungsanlage – diese versenkt den Strom in die leitfähige Erde bzw. Fundament. Die Anzahl der Ableitungen sowie ihr maximaler Abstand sind von der benötigten Schutzklasse Abhängig, die Schutzklassen sind in der Norm: EN 61140 festgelegt.

Der innere Blitzschutz beinhaltet die gesamten Maßnahmen um das Gebäude von Überspannungen jeglicher Art zu schützen. Die Auswirkungen eines Blitzeinschlages im Umkreis von bis zu 1,5 km werden auf die Elektro-Installationen sowie elektrische und elektronische Anlagen übertragen. Die Überspannungen können direkt auf Grund eines Einschlages in Versorgungs- und Telekommunikationsleitungen entstehen oder auch bei entfernten indirekten Einschlägen. Bestehend aus diversen Überspannungsschutzgeräten und Potentialausgleichsschienen.

Was ist ein Potentialausgleich?

In Gebäuden entstehen durch leitfähige Teile gefährliche Spannungen. Diese Spannungen bzw. Potentialunterschiede werden durch den Potentialausgleich, also eine elektrische Verbindung, auf ein gemeinsames Potential gebracht und somit verhindert.

Realisiert wird dieser Potentialausgleich durch eine Haupterdungsschiene / Potentialausgleichsschiene, welche in der elektrischen Anlage des Gebäudes installiert wird. In dem man alle leitfähigen Teile des Gebäudes mit der Potentialausgleichsschiene, auch Poti-Schiene genannt, verbindet, entsteht das gleiche Potential.

Der Potentialausgleich ist in Deutschland nach DIN VDE 0100-410:2007-06 vorgeschieben. International sind die jeweiligen Anforderungen und Vorschriften im Hinblick auf den Potentialausgleich in der IEC 60364-4-41:2005 festgelegt. 

Neben dem Schutz gegen elektrische Schläge und dem Schutz elektrischer Betriebsmittel bei Überspannung, gewinnt eine weitere Funktion immer mehr an Bedeutung, die sogenannte EMV - elektromagnetische Verträglichkeit. Die unterschiedlichen Stromflüsse in den Leitungs- und Rohrsystemen eines Gebäudes erzeugen unterschiedliche Magnetfelder. Diese sind oft Hauptverursacher für Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit, daher ist es wichtig die Potentialunterschiede möglichst klein zu halten. 

Welche Aufgabe hat der Potentialausgleich?

Der Potentialausgleich, wie auch die Schutzerdung übernimmt die Aufgabe, sämtliche Fehlerströme und Überspannungen in Bezug auf elektrische Anlagen in den Boden abzuleiten.

Man unterscheidet den Potentialausgleich nach seiner Aufgabe in:

Schutzpotentialausgleich - Schutz gegen Stromschlag 

• Ziel: Entladung der Spannung über Mensch und Tier im Fehlerfall
• Maßnahmen: Vorhandensein eines Schutzleiters für jeden Stromkreis → Erdung durch entsprechende Erdungsklemme/Erdungsschiene
  (VDE 0100-410 und VDE 0100-54)
• Querschnitt: mind. 6 mm² Kupfer, 16 mm² Aluminium oder 50 mm² Stahl für Gewährleistung von thermisch & mechanischer Festigkeit, dauerhafter Durchgängigkeit sowie sicherem Kontakt 

Funktionspotentialausgleich - Schutz von Betriebsmitteln und Anlagen 

• Ziel. Funktionsgewährleitung der Betriebsmittel und der technischen Anlagen
• Maßnahme: Anschluss an der Haupterdungsschiene des Gebäudes → Querschnitt für Funktionspotentialausgleich mind. 4 mm² Kupferleitung

Blitzschutzpotentialausgleich - Verringerung der Potentialdifferenzen 

• Ziel: Verminderung der durch einen Blitzschlag verursachten Potentialdifferenzen zwischen den einzelnen leitenden Teilen
• Maßnahme: Potentialausgleich an die Haupterdungsschiene sowie 
  • direkter Anschluss an Blitzschutzsystem (LPS) oder
  • Anschluss über Überspannungsschutzgeräte 
• Querschnitt: mind. 6 mm² Kupfer

In der Praxis verwenden Profis für Heizungsanlagen, berührbare Metallteile und telekominikations/Netzwerkverteiler meistens einen Querschnitt von vier Quadratmillimetern, während für einen Hausanschlusskasten, Überspannungsschutz oder eine Satellitenanlage mindestens 16 Quadratmillimeter genutzt werden. Gerade bei Satellitenanlagen kommt es hierbei auf Blitzstromfestigkeit an. Daher kommt hier in der Regel auch eine Massivader (z.B. NYY 1x16) und keine einzelnen Adern zum Einsatz.

Was ist eine Potentialausgleichsschiene (kurz: PAS / Poti-Schiene)?

Mit dem Anbringen einer Potentialausgleichsschiene als wichtiger Bestandteil der Elektroinstallation verbinden Sie alle in einem Gebäude befindlichen metallischen Einrichtungen und Strukturen und den jeweiligen Fundamenterder auf ein gemeinsames Erdpotential.

Die Schiene besteht aus einer geraden Metallleiste, auf der dann wiederum mehrere Schraubklemmen unterschiedlicher Größe montiert sind. Die Schutz- und Erdungsleitungen in Innenräumen werden über diese Schraubklemmen an der Schiene angebracht.
Üblicherweise werden vor allem die folgenden Gebäudeeinrichtungen an die Potentialausgleichsschiene angeschlossen:

• der Fundamenterder oder adäquate Erdungsanlagen
• die entsprechenden Schutzleiter der Elektroinstallation direkt auf kürzestem Weg am Hausanschlußkasten (kurz: HAK)
• der PE-Anschluss von Überspannungsableitern
• die Verteilerschränke von Netzwerkanlagen, Telefonanlagen und Antennenanlagen
• die Potentialausgleichsleiter am Hausübergabepunkt (kurz: HÜP) des Kabelfernsehens und der Telekomleitung (kurz: APL)
• alle Wasserleitungen, Gasleitung, Fernwärmeleitung etc. die in das Gebäude eintreten
• alle Frischwasserleitungen (warm, kalt, Zirkulation) im Haus und
• alle Heizungsrohre der Heizungsanlage, die zu den Heizkörpern bzw. zu den Heizkreisverteilern führen
• Satelitenanlagen (wenn vorhanden)
• die Blitzschutzanlage (wenn vorhanden)
• die Photovoltaikanlage (wenn vorhanden)
• alle metallischen berührbaren Elemente bzw. Baukonstruktionsteile (Beispiele: Geländer und Handläufe aus Metall, Aufzugsanlagen,
  bestimmte Tankrohrleitungen, Klimaanlagen, etc.)

Was ist ein örtlicher Potentialausgleich?

Zusätzlich müssen Sie natürlich auch immer einen Potentialausgleich zwischen allen elektrisch leitfähigen Elementen in einem bestimmten Bereich oder zum Beispiel in einem Raum und dem Schutzleiter für die involvierten Leitungen für Niederspannungen herstellen.

Dies gelingt durch eine gezielte Unterverteilung durch einen so bezeichneten Installationsverteiler in Form einer Klemmschiene für die Verbindung sämtlicher Schutzleiter.

Die Neutralleiter können Sie über eine weitere Klemmschiene miteinander verbinden. Dieser Vorgang wird dann als örtlicher Potentialausgleich bezeichnet.

Im Allgemeinen wird auch diese Art von Potentialausgleich mit Kupferleitungen durchgeführt, die einen Mindestquerschnitt von vier Quadratmillimetern (bei einer ungeschützten Verlegung) und 2,5 Quadratmillimeter (bei mechanisch geschützter Verlegung) erbringen.

In welchen Bereichen kommt der örtliche Potentialausgleich zum Einsatz?

Laut DIN VDE 0100 Gruppe 700 ist ein örtlicher Potentialausgleich grundsätzlich in Arealen und Räumen mit besonderer Gefährdung vorgeschrieben. Gemäß der VDE-Vorgaben ist dies in den folgenden Bereichen erforderlich:

• • in Räumen mit Dusche oder mit Badewanne (Teil 701)
  • in der Sauna und in Becken von Schwimmbädern sowie auch anderen Becken (Teil 702)
  • in gartenbaulichen und landwirtschaftlichen Anwesen (Teil 705)
  • in Räumen, die medizinisch genutzt werden (Teil 710)
  • in Feuchträumen
  • in Industriegebäuden
  • in explosionsgefährdeten Bereichen
  • in feuergefährdeten Bereichen
  • Örtliche Potentialverteilung dynamisch steuern

Eine räumlich bzw. örtliche Potentialverteilung sollten Sie dabei immer vor dem eigentlichen Beginn der baulichen Arbeiten oder Sanierungstätigkeiten planen. Ist die Elektroinstallation erst einmal abgeschlossen, können Sie in den jeweiligen Baukonstruktionen die räumlichen Potentialverteilungen nicht mehr nachträglich dynamisch steuern. Gerade in Baderäumen wird die Potentialsteuerung gerne eingesetzt. Allerdings ist das nicht zwingend vorgeschrieben. Ganz im Gegenteil: Metallische Duschen und Badewannen müssen mittlerweile nicht mehr unabdingbar in den Potentialausgleich einbezogen werden.

Beispiel Badezimmer: So gewährleisten Sie eine dynamische Potentialsteuerung

Stattdessen wird an dieser Stelle jetzt ein Zusatzpotentialausgleich verlangt, der sämtliche leitfähige Rohrsysteme beim Eintritt in das Badezimmer einbezieht. Bestehen die bestehenden Wasserleitungen, die Duschtasse und die Badewanne aus Kunststoff, der elektrisch nicht leitet, können Sie gemäß der neuen DIN-VDE-Norm sogar auch auf die Integration eines örtlichen Potenzialausgleichs verzichten.

Dennoch raten Fachleute dazu, nicht auf die Potentialsteuerung im Rahmen eines örtlichen Potentialausgleichs zu verzichten. Dies hat allerdings eher präventive Gründe. Wird die Wanne aus Kunststoff später einmal gegen eine Wanne aus Stahl ausgetauscht, ist der dann zwingend vorgeschriebene Einbau von entsprechenden Schutzmaßnahmen gegen einen elektrischen Schlag mit viel Aufwand und Mühen verbunden.

Die Basis bilden Metallgitterplatten

Grundsätzlich können Sie eine Potentialsteuerung in Ihrem Badezimmer über eine Metallgittermatte realisieren. Zum Einsatz kommt hierbei zum Beispiel eine Baustahlmatte mit einer Maschenweite von 150 Millimetern. Verlegen Sie diese Matte so dicht wie möglich im Estrich unter dem Fußboden. Verbinden Sie die Matte mit einer Kupferleitung (Querschnitt von vier Quadratmillimetern) mit dem örtlichen Potentialausgleich.

Achten Sie darauf, dass die Kupferleitung durchgehend ist, ausreichend vor Beschädigungen gesichert wird und möglichst in der Mitte der Baustahlmatte befestigt ist. Schützen Sie außerdem die Klemmstellen ausgiebig, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Verwenden Sie dabei mehrere einzelne Metallgitter, sollten Sie diese grundsätzlich überlappend miteinander verbinden. Alternativ können Sie die einzelnen Matten auch verschweißen.

Wo befindet sich der Haupt-Potentialausgleich?

In der Regel befindet sich der Haupt-Potentialausgleich im Hausanschlussraum eines Hauses, da sich dort das Anschlusskabel des Fundamenterders oder auch die Anschlussfahne befindet. 

Bei diesem Haupt-Potentialausgleich handelt es sich um eine Haupterdungsschiene, auf der die Schutzleiter der Stromversorgung, die Schutzpotentialausgleichsleiter sowie alle Erdungsleiter zusammenlaufen. Die Verbindung mit dem Fundamenterder oder ähnlichen Erderarten wird über den so bezeichneten Erdungsleiter hergestellt. Ist eine Blitzschutzanlage (LPS) verbaut, bestehen auch hier Verbindungen von den einzelnen Abteilungen zum Fundamenterder.

Unterschied Erdung und Potenialausgleich

Beim Potentialausgleich werden leitende Teile des Gebäudes und der elektrischen Anlage über die Potentialsausgleichsschiene miteinander verbunden und die Potentialdifferenzen damit auf ein gemeinsames Potential gebracht. 

Bei der Erdung, wird die elektrische Anlage mit der Erde verbunden.

Was bedeutet Erdung?

Ist eine elektrische Anlage über einen Erder mit der leitfähigen Erde verbunden, wird von einer Erdung gesprochen. Diese Erder bestehen aus einem leitfähigen Material, wobei die Anschlusspunkte oberhalb der Erde sind.

Ziel der Erdung von elektrischen Anlagen:

1. Schutz der Personen und der Anlage (gemäß DIN VDE 0100 sowie Niederspannungsrichtlinien)

3. Verhindern von Störausstrahlungen sowie Störeinstrahlungen gemäß der geltenden EMV-Richtlinien.

4. Festlegung eines gemeinsamen Bezugspotentials für den sicheren Betrieb von elektrischen Systemen, Einrichtungen sowie Geräten.

Arten von Erdern

• Fundamenterder: Garantiert die erforderliche Schutzerdung
  
  • in allen neuen Häusern nach DIN 18014 vorgeschrieben
  • Fundamenterder = Ringerder oder Maschenerder

• Ring- oder Banderder: Ringförmig um das Gebäude verlegt
  • bevorzugt in Neubauten
  • Verlegung in der Bodenplatte oder im Streifenfundament oder an der Beton-Außenseite ringförmig um das gesamte Objekt
  • Banderder wird gemeinsam mit Armierung bzw. der stabilitätsfördernden Bewehrung in die Verschalung eingelassen und zubetoniert → Verlegung hochkant → gewährleistet hohlraumfreie Einbettung 
  • sind aus unterschiedlich langem feuerverzinktem Stahl
  • lassen sich auch nachrüsten → um Gebäude 1m tiefen Graben ziehen ⇒ Verwendung zum Korrosionsschutz von ausschließlich V4A Edelstahl Ring- oder Banderder

• Maschenerder: Einzelstrahlen zu einem Feld mit Maschen verbinden
  • wirkt flächig
  • Installation unter oder teilweise Gründungsebene eines Gebäudes
  • Gewährleistung der benötigten Kontaktfläche durch strahlenförmige Verteilung → Zusammenführung der Strahlen muss zwingend in eine Punkt erfolgen und elektrischen Kontakt untereinander aufweisen ⇒ zulässig sind 6 Einzeladern, wobei jeder einzelne Strahl in einem 60° Winkel zum jeweils folgenden Strahl verlegt wird. Wenn Sie jetzt die Strahlen miteinander verbinden, erhalten Sie ein Feld mit maximal sechs Maschen.

• Tiefenerder: Für das Einrammen werden spezielle Werkzeuge benötigt
  • bei Nachrüstung eines Potentialausgleichs
  • Variante bei fehlender baulichen Option
  • besteht aus V4A-Edelstahl
  • stabähnliche Form
  • durch Formgebung bis zu 9m gezielt in die Erde rammen
  • für Einrammen professionelle Hilfe und spezielle Werkzeuge notwendig
    • spezifischen Rammhammer oder zumindest einen Schlagkopf
    • am Anfang eine Schlagspitze
    • im Vorfeld ein Bodengutachten für idealen Einschlagpunkt erstellen
    • Achtung! höchstzulässige Kennzahl vom Erdungswiderstand nicht überschreiten → zur Gewährleistung benötigt man entsprechende Messungen