Dimensionierung und Installation von Erdungsplatten

Dezember 11, 2023 von Anju Thangam Joy

Erdungsplatten - Wie sie funktionieren

Erdungselektrode mit Kupferplatte

Abbildung 1: Erdungselektrode mit Kupferplatte

Erdungsplatten sind ein wesentlicher Bestandteil einer Erdungsanlage. Sie werden häufig in Wohngebäuden, Industrieanlagen und Stromverteilungssystemen eingesetzt, um die elektrische Sicherheit zu gewährleisten und Schäden an elektrischen Geräten zu verhindern. Dieser Artikel befasst sich mit der Dimensionierung, Installation und Wartung von Erdungsplatten. Lesen Sie unseren Übersichtsartikel zur Erdung, um mehr darüber zu erfahren, wie die elektrische Erdung funktioniert.

Inhaltsübersicht

Was ist eine Erdungsplatte?

Erdung

Durch die Erdung wird ein niederohmiger Pfad für Fehlerströme geschaffen, der zur Erde führt. Dieser Weg besteht aus mehreren Komponenten:

  1. Erdungselektrode: Eine im Boden vergrabene Metallstange oder -platte, die eine Verbindung zur Erde herstellt.
  2. Erdungsleiter: Ein Leiter, z. B. ein Erdungsdraht, verbindet die Erdungselektrode mit dem elektrischen Gerät.
  3. Erdungssammelschiene: Eine Metallschiene in einer elektrischen Schalttafel, die als zentraler Punkt für den Anschluss von Erdungsleitern dient.

Masseelektrode

Wenn in einem elektrischen System ein Fehler auftritt, kann ein hoher Strom durch das Gerät fließen, der möglicherweise Schäden verursacht und die Gefahr eines Stromschlags birgt. Die Erdungsplatte bietet einen sicheren und direkten Weg für die Ableitung dieses Fehlerstroms in die Erde, wodurch das Risiko von Schäden minimiert wird. Es funktioniert, indem es die leitende Natur der Erde nutzt. Wenn eine Metallplatte in den Boden eingegraben wird, verbindet sie sich mit dem umgebenden Boden und Gestein. Obwohl diese Materialien in ihrer reinen Form nicht leitend sind, enthalten sie Feuchtigkeit und gelöste Salze, die ihnen Leitfähigkeit verleihen.

Bei der Verwendung einer Erdungsplatte wird in der Regel ein Leiter - in der Regel ein Draht aus Kupfer oder Aluminium - an der Platte befestigt, die dann in das Erdungssystem einer elektrischen Anlage integriert wird. Im Falle eines elektrischen Fehlers fließt der Strom durch den Leiter zur Erdungsplatte, wo er sicher in die Erde geleitet wird.

Wahl von Erdungsstab oder -platte als Elektrode

Die Wahl zwischen einem Erdungsstab und einer Erdungsplatte für eine bestimmte Anwendung hängt von mehreren Faktoren ab.

  • Bodenbedingungen: Im Allgemeinen ist ein Erdungsstab eine lange, schlanke Stange, die senkrecht in die Erde getrieben wird und in tiefen, feuchten Böden, wo der Widerstand geringer ist, wirksam ist. Sie kann tiefere Schichten erreichen, die möglicherweise eine bessere Leitfähigkeit aufweisen. Eine Bodenplatte ist ein flaches Metallstück, das horizontal in den Boden eingegraben wird. Sie wird häufig in Gebieten mit hohem Bodenwiderstand verwendet, wie z. B. in felsigem oder sandigem Gelände, wo das Eintreiben einer Rute tief genug ist, um den Boden mit niedrigem Widerstand zu erreichen, was unpraktisch ist. Lesen Sie unseren Artikel über Erdungsplatten vs. Erdungsstangen für verschiedene Bodentypen, um mehr darüber zu erfahren, wie verschiedene Bodentypen die Auswahl von Erdungselektroden beeinflussen.
  • Verfügbarer Platz: Erdungsstangen benötigen weniger Platz als Erdungsplatten und sind daher eine gute Wahl für Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist. Bodenplatten können jedoch in Gebieten mit begrenzter Bodentiefe oder unterirdischen Hindernissen effektiver sein.
  • Einfacher Einbau: Erdspieße können arbeitsintensiver sein, insbesondere in hartem oder felsigem Boden. Unter Umständen ist Spezialausrüstung erforderlich, wie z. B. ein Bohrhammer oder ein Erdungsbohrer. Die Installation von Bodenplatten ist im Allgemeinen einfacher und weniger abhängig von Spezialgeräten. Für die horizontale Verlegung ist jedoch ein größerer Graben erforderlich.

Lesen Sie unseren Übersichtsartikel über Erdungsstangen, um mehr über die Konstruktion und Installation von Erdungsstangen zu erfahren.

Materialien

Erdungsplatten bestehen in der Regel aus Metallen wie Kupfer, Aluminium oder Stahl, die aufgrund ihrer leitenden Eigenschaften, ihrer Robustheit und ihrer Korrosionsbeständigkeit ausgewählt werden. Häufig werden Erdungsplatten aus mit Elektrolytkupfer beschichtetem Stahl hergestellt. Die Wahl des Materials für eine Erdungsplatte hängt u. a. vom Verwendungszweck, dem Boden und den Umgebungsbedingungen am Installationsort ab.

Größenbestimmung

Die Auswahl der richtigen Größe einer Erdungsplatte ist entscheidend für eine effektive elektrische Erdung und Sicherheit. Der Auswahlprozess wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter:

  1. Widerstandsfähigkeit des Bodens: Der Bodenwiderstand, gemessen in Ohm pro Meter (Ω-m), gibt die Fähigkeit des Bodens an, Elektrizität zu leiten. Höhere Widerstandswerte bedeuten eine schlechtere Leitfähigkeit, so dass eine größere Erdungsplatte erforderlich ist.
  2. Erdungsstrom: Der Erdungsstrom, gemessen in Ampere (A), stellt den maximalen Strom dar, der bei einem Fehlerzustand durch das Erdungssystem fließt. Ein größerer Erdungsstrom erfordert eine größere Erdungsplatte, um den Strom effektiv ableiten zu können.
  3. Anwendung: Der Verwendungszweck der Erdungsplatte beeinflusst ihre Größe erheblich. So werden für gewerbliche und industrielle Anwendungen mit höheren Fehlerströmen in der Regel größere Erdungsplatten verwendet als für private Anwendungen.
  4. Anzahl der Erdungselektroden: Werden mehrere Erdungselektroden, wie z. B. Erdungsstangen, mit einer Erdungsplatte verwendet, kann die Größe der Platte verringert werden. Die Gesamtoberfläche aller Erdungselektroden bestimmt die Wirksamkeit des gesamten Erdungssystems.
  5. Örtliche elektrische Vorschriften: In diesen Vorschriften sind oft Mindestgrößen für Erdungsplatten festgelegt, die auf regionalen Faktoren und Sicherheitsstandards basieren. Es ist wichtig, dass diese Richtlinien eingehalten werden, um die Einhaltung der Vorschriften und die Sicherheit zu gewährleisten.

Einbau der Bodenplatte

Das Installationsverfahren für eine Erdungsplatte variiert je nach Plattentyp, Boden und Umgebungsbedingungen. Die folgenden Schritte sind jedoch eine allgemeine Anleitung für die Installation einer Erdungsplatte:

  • Bestimmen Sie einen Installationsort für die Erdungsplatte, idealerweise einen ebenen und freien Bereich ohne Hindernisse, mit ausreichendem Zugang für Installationswerkzeuge und -geräte.
  • Entfernen Sie jegliche Vegetation oder Abfälle aus dem ausgewählten Bereich. Dies gewährleistet einen optimalen Bodenkontakt für die Erdungsplatte und vereinfacht das Ausheben und Verlegen.
  • Heben Sie ein Loch mit einer Schaufel oder einem anderen Grabungswerkzeug aus. Das Loch sollte tief genug sein, um die Erdungsplatte vollständig zu bedecken und etwas breiter als die Platte sein.
  • Setzen Sie die Erdungsplatte in das Loch ein und achten Sie darauf, dass sie flach und ausgerichtet ist. In der Regel sollten Erdungsplatten mindestens 76 cm tief und unterhalb der Frostgrenze (die Tiefe, bis zu der der Boden im Winter gefriert) vergraben werden. In sandigen oder kiesigen Böden sollte die Erdungsplatte tiefer vergraben werden als in Lehmböden. Das liegt daran, dass sandige und kiesige Böden weniger leitfähig sind als Tonböden.
  • Verdichten Sie den Boden rund um die Erdungsplatte mit einem Stampfer oder einem ähnlichen Werkzeug, um einen festen Kontakt zwischen der Platte und dem Boden zu gewährleisten.
  • Schließen Sie einen Leiter, z. B. Kupfer oder kupferummantelten Stahldraht, an die Erdungsplatte an, um sie mit dem Erdungssystem des Stromkreises zu verbinden.
  • Führen Sie einen Test an der installierten Erdungsplatte durch, um die korrekte Platzierung und Funktion zu bestätigen, indem Sie ein Erdungsmessgerät oder eine andere geeignete Testausrüstung verwenden.

Wartung

In der Regel müssen Erdungsplatten jährlich überprüft werden, um Anzeichen von Verschleiß oder Beschädigungen festzustellen. Diese Inspektionen konzentrieren sich auf die Feststellung von Korrosion, Rissen oder anderen Mängeln, die die Funktion der Erdungsplatte beeinträchtigen. Wenn Erdungsplatten beschädigt oder defekt sind, müssen sie umgehend repariert oder ausgetauscht werden.

Neben den Routinekontrollen ist es wichtig, die Erdungsplatten nach bedeutenden Wetterereignissen oder anderen Vorfällen, die das Erdungssystem beeinträchtigen könnten, zu überprüfen. Dazu gehört, dass die Platte auf direkte Schäden untersucht und der Zustand des Leiters und anderer Elemente des Erdungssystems überprüft wird. Beschädigte Komponenten sollten je nach Bedarf repariert oder ersetzt werden.

Internationale Normen für Erdungsplatten

  • Die IEC 60364-Reihe umreißt Normen für die Elektroinstallation, einschließlich Erdungssysteme und Spezifikationen für Erdungsplatten.
  • Die IEC 62561-1, die zur Reihe IEC 62561 gehört und sich mit Erdung und Blitzschutz befasst, definiert die Normen für Entwurf, Installation, Prüfung und Wartung von Erdungssystemen, einschließlich Erdungsplatten. Die Norm befasst sich mit verschiedenen Aspekten wie Erdungsprinzipien, verschiedenen Erdungssystemtypen und Spezifikationen für Erdungskomponenten wie Erdungsplatten.
  • UL bietet zwar keine spezielle Norm für Erdungsplatten an, aber es gibt Normen für Erdungssysteme und Komponenten in elektrischen Anlagen. Normen wie UL 467 beschreiben die Anforderungen an Erdungsstangen, und UL 467A legt Kriterien für Erdungsplatten und andere Erdungsverbindungen fest.
  • In den Vereinigten Staaten ist NFPA 70 die vorherrschende Norm für die sichere Installation und Wartung von elektrischen Anlagen. Innerhalb dieser Norm bezieht sich Artikel 250 auf die Anforderungen an die Erdung und den Potentialausgleich, einschließlich der Anforderungen an Erdungsplatten. Dieser Artikel umfasst verschiedene Themen wie Erdungsprinzipien, Systemtypen und Komponentenspezifikationen, einschließlich derjenigen für Erdungsplatten.

Überlegungen zur Qualität

Bei der Auswahl von Erdungsplatten ist es wichtig, mehrere Qualitätsmerkmale zu bewerten. Die wichtigsten Qualitätsmerkmale, die beim Kauf von Erdungsplatten zu beachten sind, umfassen:

  • Material Wählen Sie Erdungsplatten aus korrosionsbeständigen und gut leitfähigen Materialien, um Wirksamkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten. Typische Materialien für Erdungsplatten sind Kupfer, Aluminium und rostfreier Stahl.
  • Größe und Form: Die Größe und Form der Erdungsplatte sollte dem Verwendungszweck und den spezifischen Boden- und Umgebungsbedingungen angepasst sein. Die Platte sollte ausreichend dimensioniert sein, um eine effektive Erdverbindung herzustellen und gleichzeitig für die Installation und Wartung handhabbar zu bleiben.
  • Verbindungen: Die Verbindungen auf der Erdungsplatte müssen stabil und zuverlässig sein, um den Leiter anzuschließen und sich in das übrige System zu integrieren. Diese Verbindungen müssen den Kräften standhalten, die bei der Installation und Nutzung auftreten, und sie müssen korrosions- und abnutzungsbeständig sein.
  • Prüfung und Zertifizierung: Vergewissern Sie sich, dass die Erdungsplatten geprüft und zertifiziert wurden, um den geltenden Normen und Vorschriften zu entsprechen und ihre Sicherheit und Wirksamkeit zu bestätigen. Dies könnte die Zertifizierung durch den Hersteller oder die Prüfung und Zertifizierung durch eine unabhängige Stelle umfassen.

FAQs

Was ist eine Erdungsplatte?

Eine Erdungsplatte ist eine flache, leitfähige Metallplatte, die in der Erde vergraben und mit einem elektrischen System verbunden ist, um einen sicheren Weg für Fehlerströme zu bieten und sie in die Erde abzuleiten.

Wie tief muss eine Erdungsplatte sein?

Eine Erdungsplatte sollte mindestens 30 Zoll oder unterhalb der Frostgrenze vergraben werden, wenn diese niedriger als 30 Zoll ist.

Was ist eine Erdungsschiene?

Eine industrielle Erdungsschiene fasst die Erdungsanschlüsse verschiedener elektrischer Geräte zusammen und bietet einen gemeinsamen Punkt für die sichere Stromableitung in die Erde.