Eine Erdungsanlage, die auf dem Plan einwandfrei aussieht, funktioniert vor Ort möglicherweise nicht: korrodierte Erder, lockere Verbindungen, trockener Boden oder eine Werkserweiterung, die niemand in das Erdungsnetz eingebunden hat. Die einzige Möglichkeit, das festzustellen, ist die Messung. Der Wert in einem Prüfbericht hängt jedoch stark vom gewählten Verfahren und von der Durchführung der Messung ab. Dieser Leitfaden fasst die gängigsten Verfahren zusammen, erläutert, wann welches anzuwenden ist, und zeigt, was die mexikanischen Normen NOM-022-STPS-2015 (mexikanische Norm des Ministeriums für Arbeit und Sozialfürsorge) und NOM-001-SEDE-2012 (mexikanische Norm für elektrische Anlagen) fordern.
Erdungswiderstand und spezifischer Erdwiderstand: nicht dasselbe
Der Erdungswiderstand (in Ohm) ist der Widerstand, den ein Erder oder ein Erdungsnetz dem in das Erdreich fließenden Strom entgegensetzt. Er wird bei der Instandhaltung geprüft und von den Normen gefordert.
Der spezifische Erdwiderstand (in Ohmmeter) ist eine Eigenschaft des Bodens. Er wird vor der Planung oder Erweiterung einer Erdungsanlage gemessen, da er bestimmt, wie viele Erder in welcher Länge und mit welchem Abstand benötigt werden. Der Referenzleitfaden für beide Messungen ist IEEE 81; die Auslegung von Erdungsnetzen für Umspannwerke basiert auf IEEE 80.
Strom-Spannungs-Verfahren (3-Leiter-Methode)
Dies ist das klassische Verfahren (Spannungstrichter-Verfahren, engl. fall-of-potential). Zwischen dem zu prüfenden Erder (E) und einem weit entfernt gesetzten Hilfserder für den Strom (C) wird ein Strom eingespeist; eine Sonde (P) wird zwischen beiden gesetzt und die Spannung gemessen. Der Widerstand ergibt sich aus V/I.
- Der Hilfserder C muss außerhalb des Einflussbereichs der gemessenen Anlage liegen: in einem Abstand, der ein Mehrfaches ihrer größten Abmessung beträgt. Bei einem einzelnen Staberder sind das einige zehn Meter, bei einem großen Erdungsnetz können es Hunderte sein.
- In homogenem Boden ergibt sich der korrekte Wert, wenn P bei etwa 62 % der Strecke E–C steht (die bekannte „62-%-Regel“).
- Zur Validierung verschieben Sie P nach vorn und nach hinten (zum Beispiel auf 52 % und 72 %). Sind die Messwerte ähnlich, liegt ein Plateau vor und die Messung ist gültig. Andernfalls liegt C zu nah.
Der Erder muss von der Anlage getrennt werden (oder es wird das selektive Verfahren angewendet), damit keine Parallelpfade mitgemessen werden.
4-Leiter-Methode und selektives Verfahren
Bei der 4-Leiter-Anordnung werden am zu prüfenden Erder je eine separate Leitung für den Strom und für die Spannung verwendet, wodurch der Widerstand der Messleitungen eliminiert wird. Dies ist die bevorzugte Variante, wenn niedrige Werte zu erwarten sind (Erdungsnetze von Umspannwerken, Anlagen mit mehreren Erdern) oder lange Messleitungen verwendet werden.
Das selektive Verfahren kombiniert das Strom-Spannungs-Verfahren mit einer Stromzange um den Erderleiter. Das Gerät misst nur den Strom, der über diesen Erder fließt, sodass ohne Trennung vom Rest der Anlage gemessen werden kann. Das spart Zeit und verringert das Risiko, eine Anlage während der Prüfung ohne Erdung zu lassen.
Zangenmethode (ohne Erdspieße)
Ein Erdungszangen-Messgerät induziert eine Spannung im Erdungsleiter und misst den resultierenden Strom. Das Verfahren ist schnell und benötigt keine Hilfserder, ist aber an klare Bedingungen geknüpft:
- Es funktioniert nur, wenn eine Schleife besteht: Der gemessene Erder muss über das Erdreich mit anderen Erdern parallel geschaltet sein (zum Beispiel Masten einer Leitung mit mehrfach geerdetem Neutralleiter oder mehrere miteinander verbundene Erder).
- Der Messwert ist der Widerstand der gesamten Schleife: der des zu prüfenden Erders in Reihe mit der Parallelschaltung aller übrigen. Bei vielen parallelen Erdern nähert er sich dem Wert des zu prüfenden Erders an.
- Bei einem einzelnen Erder oder einem einzigen Erdungsnetz ist sie nicht anwendbar. Schließt sich die Schleife über eine metallische Verbindung (zum Beispiel einen Kabelschirm oder die Gebäudekonstruktion), fällt der Wert irreführend niedrig aus.
Sie eignet sich hervorragend für die routinemäßige Instandhaltung vieler Messpunkte und zum Aufspüren unterbrochener Verbindungen; für die Abnahme einer neuen Anlage ersetzt sie das Strom-Spannungs-Verfahren nicht.
Spezifischer Erdwiderstand nach dem Wenner-Verfahren
Vier Elektroden werden in einer Linie mit gleichem Abstand a eingeschlagen. Über die äußeren Elektroden wird Strom eingespeist und die Spannung zwischen den inneren gemessen. Ist die Einschlagtiefe der Elektroden klein im Vergleich zu a, beträgt der scheinbare spezifische Erdwiderstand ρ = 2πaR.
- Wiederholen Sie die Messung mit mehreren Abständen: Größere Abstände repräsentieren tiefere Bodenschichten.
- Messen Sie in mindestens zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen, um inhomogenen Boden zu erkennen.
- Vermeiden Sie Rohrleitungen, Metallzäune und erdverlegte Leiter parallel zur Messlinie.
Mit diesen Daten wird ein Bodenmodell (zum Beispiel ein Zweischichtmodell) erstellt, das in die Auslegung des Erdungsnetzes einfließt.
Was die Normen in Mexiko fordern
NOM-022-STPS-2015
Sie gilt für Arbeitsstätten, in denen entzündliche oder explosionsfähige Stoffe gelagert, gehandhabt oder transportiert werden und in denen Prozesse statische Elektrizität erzeugen oder ansammeln können. Sie fordert Erdungsanlagen und, sofern zutreffend, Blitzschutzanlagen sowie die Messung des Widerstands des Erdungsnetzes und der elektrischen Durchgängigkeit an den Verbindungsstellen mindestens alle 12 Monate, mit Aufzeichnung der Ergebnisse. Die Norm legt Referenz-Höchstwerte fest: 25 Ω für das Erdungsnetz und 10 Ω für die Blitzschutzanlage. Die Einhaltung wird bei Inspektionen der STPS (mexikanisches Ministerium für Arbeit und Sozialfürsorge) geprüft.
NOM-001-SEDE-2012
Dies ist die Norm für elektrische Anlagen (Verbraucheranlagen), deren Konformität von den Unidades de Verificación de Instalaciones Eléctricas (UVIE, zugelassene Prüfstellen für elektrische Anlagen) geprüft wird. Ihr Artikel 250 regelt Erdung und Potentialausgleich. Erreicht ein einzelner Stab-, Rohr- oder Plattenerder keinen Erdungswiderstand von 25 Ω oder weniger, ist er durch einen zusätzlichen Erder zu ergänzen. Für Umspannwerke und andere Fälle gelten besondere Anforderungen; ziehen Sie die gültige Ausgabe und die Vorgaben Ihrer Prüfstelle heran.
Checkliste für die Messung
| Situation | Empfohlenes Verfahren |
|---|---|
| Staberder oder kleine Anlage, Abnahme oder Diagnose | Strom-Spannungs-Verfahren (3-Leiter) mit Plateauprüfung |
| Erdungsnetz eines Umspannwerks oder niedrige erwartete Werte | 4-Leiter, lange Messleitungen, Plateauprüfung |
| Messung ohne Trennen des Erders | Selektiv (Erdspieße + Zange) |
| Viele Messpunkte in einer mehrfach geerdeten Anlage | Zange ohne Erdspieße |
| Planung oder Erweiterung der Anlage | Wenner-Verfahren mit mehreren Abständen und Richtungen |
- Kalibriertes Messgerät mit gültigem Kalibrierschein.
- Skizze mit der Lage der Hilfserder und den Abständen.
- Aufgezeichnete Boden- und Witterungsbedingungen.
- Qualifiziertes Personal, Freischalten und Sichern (LOTO) sowie vorherige Strommessung am Erdungsleiter, bevor dieser getrennt wird.
Häufig gestellte Fragen
Wie oft muss ich den Erdungswiderstand messen?
Fällt Ihre Arbeitsstätte in den Geltungsbereich der NOM-022-STPS-2015, mindestens einmal alle 12 Monate. Außerhalb dieses Geltungsbereichs ist eine jährliche Prüfung gängige Praxis, außerdem nach Änderungen, Erweiterungen oder Blitzeinschlägen.
Warum hat sich mein Messwert zwischen Regen- und Trockenzeit verändert?
Der spezifische Erdwiderstand hängt stark von Feuchtigkeit und Temperatur ab. Viele Ingenieure messen bevorzugt in der Trockenzeit, weil sie den ungünstigsten Fall darstellt.
Kann ich zur Erfüllung der NOM ausschließlich ein Zangenmessgerät verwenden?
Das hängt von der Anlage ab. Bei einem einzelnen Erder oder einem einzigen Erdungsnetz liefert die Zange keinen gültigen Wert. Wählen Sie das Verfahren entsprechend der Anordnung und dokumentieren Sie es im Prüfbericht.
Bei CreativeIT Group führen wir in ganz Mexiko Prüfungen von Erdungs- und Blitzschutzanlagen und Erdungswiderstandsmessungen nach NOM-022-STPS durch, außerdem Untersuchungen des spezifischen Erdwiderstands und des Erdungswiderstands für die Planung. Wenn Sie die Messungen lieber mit eigenem Personal durchführen möchten, vermieten wir Geräte wie das Erdungszangen-Messgerät Megger DET24C. Unsere Messgeräte sind auf NIST rückführbar, und wir dokumentieren jede Prüfung mit Fotos. Kontaktieren Sie uns: Wir antworten noch am selben Tag.
