Erdungsstangen - Wie sie funktionieren

Erdungsstangen sind für elektrische Erdungssysteme von entscheidender Bedeutung, da sie einen sicheren Weg für die Ableitung überschüssiger Elektrizität in die Erde bieten. Diese Stäbe schützen Menschen und elektrische Geräte vor möglichen Schäden durch Blitzeinschläge oder Überspannungen. Dieser Artikel befasst sich mit der Konstruktion und Installation von Erdungsstäben.

Inhaltsübersicht

• Was ist ein Erdungsstab?
• Materialien
• Wie man einen Erdungsstab installiert
• Anforderungen an die Installation von Erdungsstäben
• FAQs

Was ist ein Erdungsstab?

Ein Erdungsstab (Abbildung 2, Kennzeichnung E) ist ein langer Metallstab, der in den Boden getrieben wird, um den elektrischen Strom in die Erde zu leiten. Wenn ein Fehler auftritt, z. B. ein Blitzeinschlag oder eine Störung im elektrischen System, muss die überschüssige elektrische Energie auf sicherem Weg abgeleitet werden. Ein Erdungsstab trägt dazu bei, die Gefahren statischer Entladungsspannungen, z. B. durch Blitzschlag, zu vermeiden und damit das Risiko von Schäden bei Gewittern zu verringern. Er ist über einen Erdungsdraht (Abbildung 2, Kennzeichnung F) mit der Schalttafel des elektrischen Systems verbunden, wodurch ein sicherer Weg für überschüssigen Strom zur Erde gewährleistet wird. Lesen Sie unseren Übersichtsartikel zur Erdung, um mehr darüber zu erfahren, wie die elektrische Erdung funktioniert.

Anmerkung: Erdungsspieß ist ein spezifischerer Begriff, der sich auf ein Gerät bezieht, das speziell für die Erdung von mobilen Objekten wie Fahrzeugen, Stromgeneratoren und anderen ähnlichen Geräten entwickelt wurde.

Materialien

Erdungsstangen können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden.

• Kupfer: Kupfer ist in der Regel das am häufigsten verwendete Material für einen Erdungsstab. Diese Stäbe werden durch Beschichtung eines Stahlkerns mit Kupfer hergestellt. Kupferummantelte Erdungsstangen haben eine längere Lebensdauer als solche aus anderen Materialien.
• Edelstahl Erdungsstangen aus rostfreiem Stahl sind zwar teuer, aber sehr korrosionsbeständig. Daher ist es ideal für Umgebungen mit hohem Salzgehalt.
• Verzinkter Stahl: Erdungsstangen aus verzinktem Stahl werden durch Aufbringen einer schützenden Zinkschicht auf eine Stahlbasis hergestellt, um sie vor Rost zu schützen. Diese stellen eine kostengünstigere Alternative unter den Erdungsstäben dar, obwohl sie nicht die Zuverlässigkeit von Kupfervarianten erreichen. Durch Faktoren wie Salzeinwirkung kann die Zinkschicht erodieren, was zu einer geschätzten Lebensdauer von etwa 15 Jahren führt, also deutlich kürzer als die etwa 40-jährige Lebensdauer von Kupfer-Erdungsstäben.

Wie man einen Erdungsstab installiert

Erforderliche Materialien

Die richtige Auswahl und Verwendung von Geräten und Materialien ist entscheidend für eine sichere und erfolgreiche Installation von Erdungsstäben.

• Erdungsstange: Das primäre Erdungselement
• Erdgrube oder Kontrollschacht: Ein Schutzgehäuse, das am Erdungsstab befestigt wird, ihn vor der Umwelt schützt und künftige Wartungs- und Inspektionsarbeiten erleichtert.
• Erdungsstab-Klemme: Ein Bauteil zur Befestigung des Erdungsstabs in der Erdgrube oder im Kontrollschacht. Die oft aus Kupfer oder ähnlich leitfähigem Material gefertigte Klemme gewährleistet eine sichere Verbindung mit minimalem elektrischen Widerstand.
• Erdverbessernde Verbindung: Ein Material, das die elektrische Leitfähigkeit des Bodens erhöht und den Bodenwiderstand verringert. Diese Verbindung wird normalerweise um den Erdungsstab herum verteilt, um die Leistung des Erdungssystems zu erhöhen.
• Schaufel oder Pfostengräber: Zum Ausheben des Lochs, in das die Stange eingesetzt wird, ist ein Schieber oder ein Pfostenlochbagger erforderlich.
• Möglicherweise werden auch zusätzliche Werkzeuge und Materialien benötigt, wie z. B. ein Hammer zum Eintreiben der Stange und hochleitfähige Kupplungen zur Verlängerung der Erdungsstange.

Einbauverfahren

1. Auswahl des Standorts: Stellen Sie sicher, dass der Standort frei von unterirdischen Versorgungsleitungen ist, um Schäden während der Installation zu vermeiden. Die Wahl des Standorts sollte auf der Grundlage verschiedener Überlegungen erfolgen, die im Entwurf des Erdungssystems dargelegt sind.
2. Bewertung des Bodenwiderstandes: Beurteilen Sie den spezifischen Widerstand des Bodens und prüfen Sie, ob eine Bodenbehandlung erforderlich ist. Je höher der Bodenwiderstand ist, desto weniger effektiv ist die Erdung, und es können zusätzliche Stäbe oder ein tieferes Eindringen erforderlich sein. Je nach dem Widerstand des Bodens und den Besonderheiten des Standorts kann der Erdungsstab direkt in die Erde verlegt werden, oder es kann eine erdverbessernde Verbindung verwendet werden, um den Bodenwiderstand zu verringern.
3. Aushub des Lochs: Verwenden Sie eine Schaufel oder einen Pfostengräber, um ein Loch für den Erdstab zu graben. Dieses Loch muss tief genug sein, um die Stange mindestens 2,45 m (8 Fuß) unter die Oberfläche zu treiben. In der Regel ist ein Loch mit einem Durchmesser von 120 bis 150 mm und einer Tiefe von 2,4 m für das Einsetzen des Erdungsstabes ausreichend, obwohl dies je nach Größe des Stabes variieren kann.
4. Einsetzen der Stange: Setzen Sie den Erdungsstab in das vorbereitete Loch und schlagen Sie ihn mit einem Hammer oder Vorschlaghammer ein. Stellen Sie sicher, dass die Stange gerade eingeschlagen wird, um eine effektive Erdung zu gewährleisten. Die gesamte Verpackung sollte von der Stange entfernt werden, und das spitze Ende sollte nach unten gerichtet sein. Schließen Sie nach der Installation der Stange einen Erdungsdraht mit einer Erdungsklemme an der Oberseite der Stange an. Dieses Kabel sollte bis zur Schalttafel oder einer anderen Erdungsstelle reichen.
5. Verwenden Sie die Erdungsklemme: Verlängern Sie das Erdungskabel zur Schalttafel oder zu einem anderen Erdungspunkt und befestigen Sie es sicher mit der entsprechenden Erdungsklemme (Abbildung 5).
6. Auftragen einer erdverbessernden Verbindung: Mischen Sie die erdverbessernde Masse (Abbildung 4, Kennzeichnung E) mit Wasser, um eine Aufschlämmung nach den Anweisungen des Herstellers herzustellen. Gießen Sie den Schlamm gründlich in das Loch, um eine vollständige Füllung zu gewährleisten. Ohne ein bodenverbesserndes Mittel kann das Loch mit dem ausgehobenen Boden wieder aufgefüllt werden. Wenn Sie eine Paste verwenden, lassen Sie sie im Loch aushärten oder abbinden. Die Erdungsstelle ist dann nach 1-2 Tagen nach der Verlegung anschlussbereit, nachdem der Widerstandswert überprüft wurde.
7. Einbau einer Bodengrube/Kontrollkammer: Installieren Sie die Bodengrube oder den Inspektionsschacht (Abbildung 3) über dem Erdungsstab, um ihn vor Umwelteinflüssen zu schützen und künftige Wartungs- und Inspektionsarbeiten zu vereinfachen.

Anforderungen an die Installation von Erdungsstäben

Dimensionierung von Erdungsstäben

• Länge: Bei einer vertikalen Installation muss der Erdungsstab mindestens 2,45 m (8 Fuß) tief in den Boden getrieben werden, d. h. die Länge des Stabs, die unter der Bodenoberfläche verläuft, sollte nicht kürzer als 2,45 m ab der Oberfläche sein. Dadurch wird sichergestellt, dass der Stab mit feuchtem Boden in Kontakt kommt, der einen geringeren Widerstand aufweist als trockener Boden. Die Vorschriften für die Dimensionierung von Erdungsstäben sehen vor, dass die Standardlänge für Wohngebäude in der Regel 8 Fuß beträgt, während für gewerbliche oder industrielle Anwendungen oder in Gebieten mit hohem Bodenwiderstand längere Stäbe für eine effektive Erdung erforderlich sein können.
• Durchmesser: Übliche Durchmesser für Erdungsstangen reichen von 1/2 Zoll bis 3/4 Zoll (15 - 23 cm). Größere Durchmesser haben einen geringeren Erdwiderstand, sind aber teurer und schwieriger in den Boden zu treiben.

Andere Überlegungen

• Bodenbedingungen: Der Bodenwiderstand spielt eine wichtige Rolle für die Wirksamkeit eines Erdungsstabs. In felsigen oder sehr trockenen Böden kann es schwierig sein, eine Tiefe von 8 Fuß für den Erdungsstab zu erreichen, und alternative Methoden wie die horizontale Installation oder die Verwendung mehrerer Stäbe könnten erforderlich sein. Lesen Sie unseren Artikel über Erdungsplatten vs. Erdungsstangen für verschiedene Bodentypen, um mehr darüber zu erfahren, wie verschiedene Bodentypen die Auswahl von Erdungselektroden beeinflussen.
• Platzierung: Es gibt zwar keine genauen Regeln für die Platzierung eines Erdungsstabs, aber es ist ratsam, ihn in einem Mindestabstand von einem Meter von jeder Gebäudestruktur zu platzieren, um mögliche Störungen zu vermeiden. Es wird auch empfohlen, den Erdungsstab in der Nähe der Schalttafel des Hauses zu installieren. Der Standort des Erdungsstabs sollte gut zugänglich sein und ausreichend Platz für eine einfache Installation bieten.
• Tools: Der Erdungsstab sollte mit einem Hammer oder einer Rammstange in den Boden getrieben werden. Verwenden Sie kein Grabungswerkzeug, da dies die Stange beschädigen könnte.
• Anschluss an das Erdungskabel: Der Erdungsstab muss über einen Erdungsleiter mit dem elektrischen Erdungssystem des Gebäudes oder der Struktur verbunden sein. Der Erdungsleiter muss mindestens 8 Fuß lang sein und aus Kupfer oder verzinktem Stahl bestehen.
• Mehrere Ruten: Das gesamte Erdungssystem kann mehr als einen Erdungsstab für eine angemessene Erdung erfordern. Wenn mehrere Stäbe verwendet werden, sollten sie laut NEC mindestens einen Abstand von 6 Fuß haben.

FAQs

Wie tief sollte ein Erdungsstab sein?

Ein Erdungsstab sollte mindestens 2,45 Meter tief in den Boden getrieben werden.

Wie groß muss der Abstand zwischen den Erdungsstäben sein?

Der Abstand zwischen den Erdungsstäben sollte mindestens 1,83 m (6 Fuß) betragen.

Kann Betonstahl als Erdungsstab verwendet werden?

Bewehrungsstahl ist eine Stahlbewehrung, die in Beton verwendet wird, um die Festigkeit zu erhöhen. Der Bewehrungsstab kann als Erdungsstab verwendet werden, ist aber anfälliger für Korrosion.