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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Messung des Schutzleiterwiderstands

Im Rahmen der Prüfung des Schutzleiters kommt immer wieder einmal die Frage auf, warum Messgeräte während der Prüfung mit einem Messstrom von mindestens 200 mA arbeiten müssen. Dieser Fachbeitrag taucht ein in die letzten 50 Jahre Elektrotechnik und versucht Antworten zu finden.

Strom-Zeit-Kennlinie für das Durchschmelzen von Einzeldrähten eines flexiblen Leiters mit 0,75 mm² (Klasse 5)

Warum die Normung jedoch ausgerechnet DC 200 mA fordert, lässt sich anhand der zugänglichen Quellen leider nicht mehr sicher rekonstruieren. Ein historischer Exkurs.

Auch der Autor dieses Fachbeitrags ist in seinen Seminaren schon häufiger mit dieser Frage konfrontiert worden. Die Recherche hat dann jedoch etwas mehr Zeit erfordert, bis sich zumindest ansatzweise etwas dazu in den Archiven finden ließ?

Historischer Hintergrund Deutschland West (VDE)

Die Prüfung des Schutzleiters findet sich tatsächlich zuerst in der VDE 0701 von 1971 [2], damals noch als „Durchgangsprüfung“ des Schutzleiters einfach beschrieben. Es gab scheinbar schon Prüfgeräte, die diese Durchgangsprüfung bereits in irgendeiner Art und Weise beherrschten in Kombination mit der Isolations- und der Ersatzableitstrommessung.

Tatsächlich wurde erst mit der Konstruktionsnorm für Prüfgeräte, der DIN VDE 0404-2 (VDE 0404-2) im Jahr 1988 [3] erstmals die Festlegung mit DC 200 mA oder AC 5 A getroffen.

In der Anlagenprüfung wurde die Messung der Schutz- und Schutzpotentialausgleichsleiter erst 1994 mit der DIN VDE 0100-610 (VDE 0100-610) [4] eingeführt. Vorher war dies nur unter dem Abschnitt Besichtigung zu finden. Die Schutz- und Hauptpotentialausgleichsleiter mussten nun gemessen werden und sollten mit mindestens 0,2 A geprüft werden.

So wurde gegen Mitte/Ende der 80er-Jahre in Fachkreisen die Diskussion geführt, wie der Schutzleiter bei Anlagen und Geräten nachzuweisen wäre und welche Fehler gefunden werden sollen. Leider haben sich die zuständigen Gremien der DKE zwischenzeitlich mehrfach umorganisiert, sodass sich nur ein Hinweis finden ließ: Die 200 mA wurden wohl aus der internationalen Normung übernommen – vermutlich war es direkt die IEC 60364, die damals in Deutschland kaum relevant war. Um welche Ausgabe der IEC 60364 es sich exakt handelte, kann an dieser Stelle leider nicht mehr ermittelt werden.

Historischer Hintergrund Deutschland Ost (TGL)

In der ARBO 900 [5] (Arbeitsschutz- und Brandschutzordnung) der DDR wurde schon 1961 vom Gesetzgeber gefordert, dass über Steckvorrichtungen angeschlossene elektrische Betriebsmittel mindestens alle sechs Monate auf die Wirksamkeit der Schutzmaßnahmen geprüft werden. Zunächst verstand man darunter eine Isolationsmessung. Doch schon bald wurde klar, dass auch der Schutzleiter regelmäßig mit geprüft werden muss.

Leider gab es zu der Zeit keine Prüfgeräteindustrie, die dazu passende Prüfgeräte in zahllosen Modellen und Varianten liefern konnte.

Auf Initiative der damaligen Redaktion der Fachzeitschrift Elektropraktiker befasste sich im Mai und Juni 1966 ein Kreis kompetenter Fachleute mit der Problematik. Es wurden Forderungen erarbeitet, wie ein Prüfgerät für die Geräteprüfung aussehen soll. Ein abschließender Fachbeitrag [6] erschien dann im Elektropraktiker 1967 von Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering.

Eine der zentralen Überlegungen war, dass es an den Prüfgeräten möglichst keine Messwertanzeige, sondern nur eine optisch-akustische Signalisierung geben sollte.

Im Jahr 1971 erschien dann von Hering ein Fachartikel [7] im ep, der verschiedene Prüfgeräte vorstellte. Dies waren Eigenkonstruktionen von großen Kombinaten sowie vom PGH Elektromess Dresden und PGH Elektrobau Freital gebaute (Serien-)Geräte. Hier betrug der Prüfstrom des Schutzleiters zwischen 8 und 35 A.

Schutzziel damals

Mit der Messung des Schutzleiters wollte man damals nicht nur einfache Unterbrechungen feststellen, was tatsächlich auch mit einem Multimeter geht. Eine gute Zusammenfassung der damaligen Sichtweise findet sich u. a. in der VDE-Schriftenreihe Band 47 [8]. Es ging den Normsetzern auch darum, geschwächte Leiter oder schlechte Verbindungen festzustellen. Dazu gibt (und gab) es verschiedene Herangehensweisen: die Widerstandsmethode und die Ausbrennmethode.

Die Widerstandsmethode

Zur damaligen Zeit war der Prüfstrom von 200 mA ein guter Kompromiss, um ein zufriedenstellend genaues Messergebnis zu erhalten. Dabei waren sowohl die vom Anfragenden in [1] genannte Messgenauigkeit wichtig als auch das Überwinden von Übergangswiderständen an der Oberfläche der Prüflinge.

Ziel war es, im Bereich von 0,2 bis 2 Ω ein zufriedenstellendes Messergebnis zu erreichen. Die Messtechnik war damals noch nicht so weit, mit sehr viel kleineren Messströmen so genaue Ergebnisse zu erzielen. Es wird in der Literatur auf Widerstandsmessbrücken verwiesen, die einzusetzen wären, wenn genauere Messergebnisse erforderlich wären.

Besonders betont wird auch, dass bei diesem Verfahren Wackelkontakte erkannt werden können [8]: „Ein Zittern des Zeigers soll hierbei anzeigen, wenn durch die Bewegung einzelne Drähte wieder Kontakt erhalten oder unterbrochen werden.“

Mit der vorgeschriebenen Umpolung sollten zudem Korrosionen an den Klemmstellen festgestellt werden – dies hat sich tatsächlich im Bereich der Anlagenprüfung gut bewährt. Bei der Geräteprüfung werden bei der Umpolung deutlich weniger Fehler gefunden.

Die Ausbrennmethode

Überlegt wurde auch, ob man nicht mit hohen Prüfströmen, wie es sie damals in den Produktnormen auch schon gab, einen angebrochenen Schutzleiter ausbrennen könnte. Dazu wurden umfangreiche Versuche, ähnlich den Versuchen des Anfragenden [1], durchgeführt.

Allerdings haben die Versuche damals schon bewiesen, dass deutlich höhere Messströme und lange Messzeiten nötig wären, um einen geschwächten Leiter abzubrennen. Erschwerend kommt noch die erhöhte Wärmeableitfähigkeit in der Nähe der Anschlussstellen der Leiter im Stecker oder Gerät hinzu. Hier wurden bei zwei Einzeldrähten schon 166 A zum Abbrand innerhalb von 3 s benötigt.

Wenn man schon nicht geschwächte Einzeldrähte abbrennen konnte, so war zumindest eine gewisse Erwärmung einer schlechten Kontaktstelle nach einiger Zeit fühlbar. So wurde die Mindestprüfzeit für den Schutzleiterdurchgang in der TGL 200-0602 Blatt 3 [9] für Anlagen von 60 s gefordert, diese war dann zumindest sinngemäß auch auf die Geräteprüfung anzuwenden.

Die bessere Methode

Beide Methoden haben ihre Schwächen. Sie wurden zur Zeit der Einführung der Messmethoden stark diskutiert. Die Anforderungen und Möglichkeiten waren in Ost und West unterschiedlich. Und so gab es auch zwei unterschiedliche Entwicklungen.

Im Geltungsbereich der VDE setzte sich die Widerstandsmessmethode durch. Mit den DC 200 mA konnte ein relativ genauer Messwert angezeigt werden, den man bewerten und dokumentieren konnte.

Im Geltungsbereich der TGL setzte sich jedoch die Abbrennmethode durch. Hier waren dann Prüfströme von 10 bis 25 A bei der Wiederholungsprüfung von Geräten üblich. Eigentlich war die Idee, einen so großen Strom über den Schutzleiter fließen zu lassen, wie er bei einem Körperschluss auch wirklich entstehen müsste. Dadurch musste die vorgeschaltete Sicherung zum Ansprechen gebracht werden. Ein flächendeckender Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) war ja noch in weiter Ferne.

Zum Auslösen einer Sicherung in einem Steckdosen-Stromkreis waren damals nach TGL mindestens 35 A notwendig. Wenn Schutzleiter diesen Prüfstrom überstehen, so soll er auch einen entsprechenden Körperschluss schadlos überstehen. Das hatte jedoch seine technischen Grenzen, die Prüfgeräte wären sehr schwer und groß geworden. Man beschränkte sich auf eine ja-nein-Aussage, die in den Anfängen ausschließlich optisch und akustisch angezeigt wurde.

Multimeter wiesen zu der Zeit noch keine ausreichende Genauigkeit auf, die auch normierbar (s. u.) gewesen wäre.

Die Widerstandsmessmethode mit ihren nun festgelegten 200 mA lässt sich in relativ kleinen Prüfgeräten unterbringen und sogar batteriebetrieben realisieren.

Anlagenprüfung

Bei der Anlagenprüfung kam noch ein Argument hinzu: Der Prüfstrom muss so klein sein, dass kein Brand entsteht. Bei einer Anlagenprüfung ist immer davon auszugehen, dass nicht der gesamte Leitungsweg von der prüfenden Elektrofachkraft überblickt wird. Länger andauernde Prüfungen mit z. B. der 10-A-Methode könnten dann schnell zu einem Brand führen.

Bei der 200-mA-Methode ist die eingesetzte Energie deutlich kleiner als die Energie, die mindestens zu einer Brandzündung nötig wäre.

Recht neu ist das Argument, dass sich bei DC 200 mA mit Umpolung in einer bestehenden und in Betrieb befindlichen Anlage durch unterschiedliche Ergebnisse DC-Ströme auf dem Schutzleiter detektieren lassen.

Prüfgeräte und Prüfverfahren

Prüfgeräte zum Nachweis der elektrischen Sicherheit mussten und müssen einheitlichen Standards entsprechen. Es muss gewährleistet sein, dass die gleiche Prüfung eines Prüflings mit unterschiedlichen Prüfgeräten mindestens zu ähnlichen Messergebnissen führt, um eine gleiche Aussage (Bewertung) zu treffen. Daher wurde im Geltungsbereich der VDE in den 1980er-Jahren begonnen, Prüfgeräte und deren Prüfverfahren zu normieren. Dabei wurden zunächst Normen eingeführt, die für die Anlagenprüfung gedacht waren, die Normreihe der VDE 0413. Die Prüfgeräte für Geräteprüfung bekamen ihre eigene Normreihe, die VDE 0404. Diese bezog sich jedoch in vielen Belangen einfach auf die VDE 0413 und ihre einzelnen Teile.

Jedes Prüfverfahren muss entsprechend ihren Anforderungen genau beschrieben werden. Interessanterweise gab es sogar schon weit vor der Normung in West-Deutschland die 200-mA-Messmethode. Prüfgeräte aus der Mitte der 70er-Jahre arbeiteten schon danach. Bei der Schutzleiterwiderstandsmessung gilt grundsätzlich eine Eigenabweichung des Prüfgerätes unter Laborbedingungen von 15 % als akzeptabel, unter den Betriebsbedingungen draußen im Einsatz dürfen es bis zu 30 % sein. Das hört sich zunächst viel an, berücksichtigt jedoch auch, dass sich der Leiterwiderstand im zulässigen Temperaturbereich von 0 bis 35 °C um bald 15 % ändert.

Fazit

Warum die Normung ausgerechnet DC 200 mA fordert, lässt sich anhand der dem Autor dieses Fachbeitrags zugänglichen Quellen leider nicht mehr sicher rekonstruieren. Trotz intensiver Recherche und der Unterstützung des VDE konnte die Frage nicht abschließend geklärt werden. Viele der damaligen Akteure im VDE-Gremium sind nicht mehr aktiv oder gar längst verstorben. Glücklicherweise waren die Akteure in der DDR viel schreibfreudiger, sodass zumindest die dortige Sichtweise gut dokumentiert ist.

Einen Hinweis aus DKE-Kreisen gab es dann aber doch noch: Die 200 mA stammen wohl ursprünglich aus der internationalen Normung zur Anlagenprüfung. Die an der Erarbeitung der Norm Beteiligten seien sich damals einig gewesen, dass die 200 mA ein stabiles Messergebnis gewährleisten.

Der Autor dieses Fachbeitrags ist persönlich aber zu dem Schluss gekommen, dass die Festlegung auf 200 mA recht willkürlich ist und damals vermutlich darauf beruhte, dass ein oder mehrere Hersteller bereits Prüfgeräte mit diesem Prüfstrom bauten.

Autor: M. Lochthofen

Literatur:

[1] Lochthofen, M.: Messung des Schutzleiterwiderstands, Leseranfragen; Elektropraktiker 74 (2020) 7; S. 521.

[2] DIN VDE 0701:1971-09 (zurückgezogen) Bestimmungen für die Instandsetzung, Änderung und Prüfung gebrauchter elektrischer Verbrauchsmittel (Geräte).

[3] DIN VDE 0404-2 (VDE 0404-2):1988-07 (zurückgezogen) Messen, Steuern, Regeln - Geräte zur sicherheitstechnischen Prüfung von elektrischen Betriebsmitteln – Geräte bei wiederkehrenden Prüfungen.

[4] DIN VDE 0100-610 (VDE 0100-610):1994-04 (zurückgezogen) Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V – Prüfungen; Erstprüfungen.

[5] ARBO 900 Arbeitsschutz- und Brandschutzordnung 900 „Elektrische Anlagen“ von 20.07.1961 GBl der DDR, Sonderdruck 339, VEB Deutscher Zentralverlag, Berlin.

[6] Hering, E.: Forderungen an Prüfgeräte für über Steckverbindung angeschlossene elektrische Betriebsmittel; Der Elektro-Praktiker 21 (1967) 2, S.46-52.

[7] Hering, E.: Prüfgeräte für Betriebsmittel mit Steckverbinder; Der Elektro-Praktiker 25 (1971) 12, S. 387-392.

[8] Winkler, A.; Lienenklaus, E.; Rontz, A.: VDE Schriftenreihe Band 47, Sicherheitstechnische Prüfungen in elektrischen Anlagen mit Spannungen bis 1000 V – DIN VDE 0100, 0105, 0107, 018, 0165 und 0701; VDE Verlag Berlin und Offenbach 1991.

[9] TGL 200-0602 Blatt 3 Schutzmaßnahmen in elektrotechnischen Anlagen; Schutzmaßnahmen gegen zu hohe Berührungsspannung an betriebsmäßig nicht spannungsführenden Teilen in Anlagen bis 1000 V Ws oder 1500 V Gs.

Dieser Artikel wurde unserem Facharchiv entnommen.

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