Drei Messverfahren für Erdungsanlagen

In elektrischen Anlagen und bei Blitzschutzsystemen müssen die Leitfähigkeit und der Erdübergangswiderstand der Erder gemessen werden. Die wichtigsten Möglichkeiten dafür sind die 3-Punkt-Messung, das selektive Messverfahren und die Messung mit der Erdungsmesszange.

Autor: Daniel Rölli
Fotos: René Senn

Unter dem Erdwiderstad versteht man den Ausbreitungswiderstand des Erdreichs in der Umgebung des Erders. Bei der Messung des Erders werden weitere Komponenten wie die Anschlussleitung, die Klemmen und der Erdübergangswiderstand am Erder mitgemessen. Diese Widerstände, mit Ausnahme des Übergangswiderstands zum Erdreich, sind aber normalerweise vernachlässigbar klein. Der Übergangswiderstand zum Erdreich kann verbessert werden, wenn die Oberfläche des Leiters vergrössert wird. Dies kann zum Beispiel mir mehreren parallelen Leitern erreicht werden.

Dokumentierte Messreihen

Erdungsmessungen als Einzelwerte sind in den meisten Fällen nicht sehr aussagekräftig, weil sie eine Momentaufnahme sind. Am besten sind Erder zu interpretieren, wenn Messreihen über mehrere Jahre betrachtet werden können. Deshalb ist es wichtig, die Erdungsmessungen entsprechend zu dokumentieren. Dabei sollte der Erder eindeutig identifiziert werden können, am besten mit einer Nummer oder auf einem Plan. Es müssen auch das Messverfahren mit dem Fabrikat und dem Typ des Messgeräts sowie das Wetter und weitere Einflussfaktoren dokumentiert werden. Bei Messungen an Erdungsanlagen, insbesondere Blitzschutzanlagen, ist darauf zu achten, ob die Anlage nicht über den PEN-Leiter mit der Netzerdung verbunden ist.

Weitere Messmethoden

Neben den nachfolgend aufgeführten Messmethoden gibt es noch weitere Möglichkeiten wie zum Beispiel die Messung mit dem Schleifenmessgerät (IK-Messung). Weil diese Messung mit der Netzfrequenz arbeitet, können die Messwerte jedoch verfälscht sein. Weil bei der Messung mit der Schleifenimpedanz mit einem grossen Messstrom gemessen wird, muss besonders auf die Gefahren des Stroms geachtet werden.

«Für die elektrische Sicherheit sind gute Erdungsanlagen von grosser Bedeutung.»

Das meistverbreitete und anerkannteste Messverfahren ist die 3-Punkt-Messung, die gemäss dem Strom-Spannungsverfahren arbeitet. Bei dieser Messung wird der Erder (E) mit Hilfe von zwei Sonden (Sonde (S) und Hilfserder (HS)) gemessen. Diese beiden Sonden müssen sich ausserhalb des Einflussbereichs des Erders befinden. In der Praxis werden die Sonden idealerweise in einem Abstand von 20 bis 25 Metern zueinander und zum Erder ins neutrale Erdreich gesteckt. Es ist wichtig, dass die Sonden einander nicht gegenseitig beeinflussen (Abb. 1).

Es ist auch möglich, die Sonden in einer Linie zum Erder zu platzieren, was als 62-Prozent-Methode bezeichnet wird, weil die Sonden in diesem Verhältnis zueinander aufgestellt werden (Abb. 2).

Es sind immer mehrere Messungen an einem Erder durchzuführen, wobei die Sonden jeweils um einen bis zwei Meter versetzt werden. Damit kann in den meisten Fällen ausgeschlossen werden, dass sie zum Beispiel von Leitungen, Metallteilen, Wurzeln usw. beeinflusst werden. Die Einstecktiefe spielt dabei keine grosse Rolle. Der zu messende Erder muss vom Erdungssystem abgetrennt werden (siehe Foto oben), sonst wird das ganze System gemessen. Der Messstrom des Messgeräts fliesst über die Hilfssonde zurück zum Erder, und die Spannung wird zwischen Sonde und Erder gemessen. Somit kann das Messgerät den Erdwiderstand ermitteln. Um die Leitung zum Erder zu kompensieren, kann die Messleitung zum Erder doppelt geführt und an den zweiten Erderanschluss (ES) am Messgerät angeschlossen werden. Die Kompensation ist meist nicht nötig, weil die Messleitung zum Erder sehr kurz ist. Für Erdungsmessungen sind Erdungsmessgeräte zu verwenden, die nicht mit der Netzfrequenz oder einer technischen Frequenz (z. B. 16,7 Hz) oder einem Vielfachen dieser Frequenzen messen. Die Ströme dieser Frequenzen beeinflussen die Messergebnisse.

Als weitere Methode kann die Schleifenmessung mit der «Erdungsmesszange» angewendet werden. Diese Messung ist, wie ihr Name sagt, eine reine Schleifenmessung und hat mit der «Erdfühligkeit» nicht viel zu tun. Bei diesem Verfahren wird eine Spannung auf den Leiter induziert und anschliessend mit der Strommesszange der Stromfluss gemessen. Dadurch kann das Messgerät den Erdungswiderstand ermitteln. Sobald der Stromkreis geschlossen ist, wird der Widerstandswert angezeigt. Ob der Strom über den Erder oder über eine Leiterschlaufe fliesst, kann das Messgerät nicht unterscheiden (Abb. 3). Deshalb muss beim Verfahren mit der Schleifenmessung darauf geachtet werden, dass nicht nur eine Schleife gemessen wird. Dabei sagt die Messung nichts über die «Erdfühligkeit» aus, weshalb sie teilweise nicht anerkannt wird. Je grösser die Vermaschung der Erder ist (je mehr Erder parallel geschaltet sind), desto genauer wird das Messresultat des einzelnen Erders (Abb. 4).

Weil die induzierte Spannung sehr gering ist, können bei Übergangswiderständen an Klemmen oder Steckverbindungen von Dachrinnen und Fallrohren keine Messungen mehr ausgeführt werden. Bei einer Messung mit der 3-Punkt-Methode ist dies möglich, weil ein grösserer Messstrom fliesst. Wer mit der Erdungsmesszange Messungen durchführen will, braucht einige Erfahrung. Diese Erfahrung kann man am besten sammeln, indem man viele Objekte mit mehreren Methoden misst.

Ein weiteres Messerfahren ist das selektive Messverfahren (Abb. 5). Es arbeitet ebenfalls mit dem Strom-Spannungsmessverfahren, hat aber den Vorteil, dass der zu messende Erdleiter nicht vom System getrennt werden muss.

Der Messstrom am Erder wird direkt über die Strommesszange gemessen, um den Erdwiderstand zu ermitteln. Beim selektiven Messverfahren werden ebenfalls zwei Sonden, analog zum 3-Punkt-Messverfahren, gesteckt, wodurch die «Erdfühligkeit» gemessen werden kann. Dieses Verfahren wird vorzugsweise in elektrischen Anlagen angewendet, weil keine Leiter abgetrennt werden müssen und dadurch keine weiteren Gefahren entstehen. Bei Messungen in elektrischen Anlagen, die unter Spannung stehen, sind die entsprechenden Schutzmassnahmen zwingend einzuhalten.