KoCoS Blog

Von
Brian Burke, Applikationsingenieur, KoCoS America LLC
Guy Wasfy, Geschäftsführer, KoCoS America LLC
Jürgen Dreier, Produktmanager, KoCoS Messtechnik AG

Erdungs- und Potentialverbindung sind ein wesentlicher Bestandteil für das sichere Funktionieren energie- und nachrichtentechnischer Systeme und zur Sicherstellung der Personen- und Gerätesicherheit.
Spannungspotentialdifferenzen sind durch Erdungsverbindungen und Erdungsverfahren zu vermeiden. Diese Potentialdifferenzen können zwischen metallischen Bauteilen und der Erde auftreten, die die Sicherheit von Menschen und/oder technischen Einrichtungen gefährden können. Metallische Bauteile müssen daher mit dem Erdpotential verbunden sein, um gefährliche Spannungen zu vermeiden. Spannungsabfälle werden durch die Erdung aller nicht spannungsführenden Teile und durch einen umfangreichen Erdpotentialausgleich (Erdungssystem) reduziert. Es ist daher wichtig, dass Erdungsverbindungen einen niedrigen Widerstand aufweisen. Widerstandsmessungen müssen sowohl an den Potential- als auch an den Erdungsverbindungen vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass eine ausreichend gute niederohmige Verbindung erreicht und aufrechterhalten wird.

Nachfolgend ist ein Anwendungsbeispiel aus der Energieverteilung aufgeführt, bei denen die Erdung und der Potentialausgleich und deren gute Verbindung wichtig sind. Es gibt jedoch noch viele andere Anwendungen (Schienenfahrzeuge, Luftfahrtindustrie und Flugzeugwartung, usw.), bei denen Erdung und Potentialausgleich berücksichtigt werden müssen. Typische Anwendungen für den Potentialausgleich und die Erdung finden sich in Energieverteilungsanlagen in Nieder- und Mittelspannungsnetzen und insbesondere in Hochspannungsanlagen. Die Erdung aller nicht spannungsführenden Teile und ein umfangreicher Erdpotentialausgleich reduzieren Spannungsabfälle, die in Energieverteilungsanlagen durch kapazitive oder auch induktive Spannungskopplung entstehen können.

Ein Beispiel für diese nicht spannungsführenden Teile sind mechanische Trennschalter, mit denen eine Schaltanlage außer Betrieb genommen wird. Da diese Schalter von Menschen gewartet werden müssen, ist es wichtig, dass ihre Erdungsverbindung nicht beeinträchtigt ist. Bei den Erdungsbändern handelt es sich um Metallgeflechte, die mit Schrauben am Schalter und am Erdungsanschlusspunkt befestigt sind. Diese Bänder können aufgrund von Korrosion oder äußere Schäden zu schlechten Leitern werden. Ein beschädigtes Band kann zu einer unsachgemäßen Erdung des Schalters führen, was ein gefährliches Berührungspotential bei der Benutzung des Schalters verursacht. Um sicherzustellen, dass die Bänder ordnungsgemäß ausgeführt sind, kann die Verbindung mit einer Mikroohmmessung geprüft werden. Ein defektes Erdungsband weist einen hohen Widerstand auf, während ein gut leitendes Band einen niedrigen Widerstand aufweist. Ein hoher Widerstand der Verbindung oder im schlimmsten Fall ein defektes Band kann es erforderlich machen, die Schraubverbindungen zu reinigen und neu zu verbinden oder das Band komplett zu ersetzen.

Neben verschraubten Erdungsbändern können die Erdungsverbindungen auch durch Verschweißungen verbunden werden. Diese Verschweißungen führen zu einer guten mechanischen und elektrischen Verbindung. Dies gilt insbesondere für die Verbindung verschiedener Metalle, wie z. B. die Verbindung eines Kupfererdungsstabs mit einer verzinkten Metallstruktur in einem Umspannwerk. Wenn diese Verschweißungen ordnungsgemäß ausgeführt werden, entsteht eine haltbare und zuverlässige Verbindung (Bild 2). Durch unsachgemäße Erwärmung oder Feuchtigkeit können die Schweißverbindungen Löcher oder Lücken aufweisen (Bild 3) und sowohl mechanisch als auch elektrisch als minderwertig angesehen werden. Die Durchführung einer Mikroohm-Widerstandsmessung an diesen Verbindungen kann Aufschluss über die Schweißqualität geben. Je fachgerechter die Schweißverbindung ausgeführt ist, desto niedriger ist der Widerstandswert. Eine minderwertige Verbindung kann zu einer unzuverlässigen Erdung führen.

Das PROMET SE ist ideal für die Vor-Ort-Prüfung, da es batteriebetrieben ist und keinen Netzanschluss benötigt. Viele der beschriebenen Verbindungen können sich an eher unzugänglichen Orten befinden, wie z.B. an Strommasten, sodass der Prüfer auf einer Leiter oder Ähnlichem steht. Ohne den Batteriebetrieb würde das Messgerät auch einen tragbaren Generator benötigen. Außerdem ist das PROMET SE sehr leicht und einfach zu transportieren. Das Messgerät wiegt weniger als 2 kg und kann bequem Vor-Ort eingesetzt werden.

Da es sich hierbei um eine Blockade von Schutzfunktionen handelt, muss die Prüfung der Einschaltstabilisierung Teil der Schutzprüfung sein. Hierzu müssen Prüfgrößen, die im Auslösebereich der Schutzeinrichtung liegen, mit entsprechenden Anteilen an Harmonischen überlagert und die Reaktion des Relais bewertet werden. Mit dem VD-Monitor der Prüfsoftware ARTES 5 können solche Prüfabläufe auf einfache Art und Weise erstellt werden. Dabei kann das Verhältnis zwischen Grundsignal und Überlagerung konstant gehalten oder stufenförmig mittels Rampendefinition geändert werden. Die Aneinanderreihung mehrerer Prüfsequenzen mit den unterschiedlichsten Einstellungen ermöglicht so die phasenselektive Prüfung der Einschaltstabilisierung in einem einzigen Prüfablauf.