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Prüftrafo, Hersteller Fa. Jung (Quelle: J. Schulz)
Erdung und Potentialausgleich | Installationstechnik | Inf.- und Kommunikationstechnik

Aus dem Facharchiv: Elektropraxis

Bald nicht mehr VerPENnt

17.02.2022

Die Installationsform des TN-C-Netzes, des Vierleiternetzes also, mit dem zum PEN zusammengefassten Neutral- und Schutzleiter, stammt aus grauer Vorzeit und kann kaum noch die Anforderungen an moderne Netz-Infrastruktur bewältigen – das sollte jedem bekannt sein. Dieser Beitrag beleuchtet den Sachverhalt mit den wesentlichen Eigenschaften und Problemstellungen in zusammengefasster Form und erläutert zeitgemäße Alternativen.

Geschichte des 
Schutzleiters

Zunächst folgt ein kurzer historischer Rückblick. Zum Versorgen und Betreiben eines elektrischen Verbrauchers ist grundsätzlich keine Erdverbindung, sondern nur ein geschlossener Stromkreis nötig. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts kam jedoch als zusätzliches „Feature“ zum Personen- und Sachschutz zunehmend die Schutzerdung zum Einsatz. Dazu sollten berührbare und betrieblich nicht unter Spannung stehende Teile auf Erdpotential gebracht werden und Schalteinrichtungen zum Leitungsschutz, wie Sicherungen und Sicherheitseinrichtungen gegen gefährliche Berührungsspannungen ansprechen. Ein Schutzleiter wurde jedoch noch nicht realisiert. Bei der später eingeführten Nullung sollten schließlich berührbare Teile und Gehäuse der Betriebsmittel mit einem Schutzleiter verbunden werden. Diese erste Form der Nullung besaß aber noch immer keinen separaten Schutzleiter, sie wird umgangssprachlich auch als „klassische Nullung“ bezeichnet. Aus dieser Ursprungsform entstanden die heute gebräuchliche Schutzerdung und die Betriebserdung. Der Begriff Schutzerdung ist in der „Begriffsnorm“ VDE 0100-200: 2006-06 [1] wie folgt definiert: „Erdung eines oder mehrerer Punkte eines Netzes, einer Anlage oder eines Betriebsmittels zu Zwecken der elektrischen Sicherheit“. Die englische Entsprechung zu Schutzerdung „protective earth“ ist übrigens die Grundlage für die allgemein gebräuchliche Bezeichnung des Schutzleiters (PE). Die schon erwähnte Betriebserdung stellt nach der gleichen Norm eine „Erdung eines Punktes oder mehrerer Punkte eines Netzes, einer Anlage oder eines Betriebsmittels zu anderen Zwecken als der elektrischen Sicherheit“ dar [1]. Das ist eine wesentliche Erkenntnis, hervorgegangen aus den früheren Erdungsarten: Heute unterscheidet man zwischen dem, was betrieblich erforderlich ist (Verfügbarkeit) und dem, was als Schutzmaßnahme dient (Sicherheit). Historisch bedingt waren dafür nicht immer zwei getrennte Leiter vorgesehen – leider. Es war auch nicht unbedingt einem Sparzwang geschichtlicher Epochen oder Gesellschaftssysteme geschuldet. Seit einiger Zeit wird diese festgelegte und allgemein anerkannte Trennung z. T. infrage gestellt. Damit beginnen die Probleme.

Unterbrechung 
des PEN-Leiters

Eine große Gefährdung für Personen stellt der Ausfall des PEN-Leiters dar. Ist dies der Fall, besteht immer noch eine Verbindung zwischen Steckdose und Außenleiter. Dieser Betriebsleiter der Gerätezuleitung führt also eine definierte Spannung gegen Erde. Derandere Betriebsleiter des Gerätes ist über die PEN-Brücke der Steckdose niederohmig mit dem Gerätegehäuse verbunden. Diesem fehlt durch die verlorengegangene Verbindung zum Erdungssystem das Bezugspotential. Dadurch hängt es elektrotechnisch gesehen „in der Luft“. Andererseits ist der PEN-Leiter über den Innenwiderstand des Gerätes (bei einem 2 kW-Heizgerät beispielsweise 23 Ω bei glühenden Heizdrähten, kalt ist der Widerstand nahezu 0) mit dem aktiven Außenleiter verbunden. Es ist leicht vorstellbar, dass die Berührungsspannung am Gehäuse des völlig intakten Gerätes sehr schnell kritische Werte annimmt, die eine unmittelbare Lebensgefahr für Personen darstellen. Daher ist die „klassische Nullung“ seit geraumer Zeit unzulässig. Im Bereich der Endstromkreise müssen Neutralleiter und Schutzleiter seit langer Zeit getrennt verlegt werden.

Verteil- und Versorgungs-
netze in Gebäuden

Aus der Kombination von Neutralleiter und Schutzleiter in Versorgungsnetzen kann eine gefahrvolle Wechselwirkung resultieren, die auf den ersten Blick nicht erkennbar ist, denn: Auf dem Neutralleiter fließen bestimmungsgemäß Betriebsströme. Wegen der Kombination des Schutzleiters mit dem Neutralleiter zum PEN ist dieser an mehreren Stellen im Netz an das Erdungssystem angeschlossen. Daraus resultiert zumindest bei größeren Anlagen eine kaum nachvollziehbare Art und Weise der Stromverteilung. Es treten sogenannte vagabundierende Ströme auf, die eigentlich im Neutralleiter fließen sollten. So kann der Rückleiterstrom über zufällig entstandene Bypässe zur Einspeisestelle zurückfließen. Die Gefahr besteht dann darin, dass der Anteil an metallischen Konstruktionen in modernen Gebäuden sehr hoch ist:
  • Erdungssystem
  • Bewehrungen in Betonwänden + -decken
  • Blechfassaden
  • metallische Leitungssysteme aus den Bereichen Heizung, Sanitär, Lüftung, Klima
  • Stahlkonstruktionen für haustechnische Anlagen
  • Kabeltrassen und -leitern
  • Kabel und Leitungen
  • Schirmungs- und Erdungsfolien, -geflechte in Kabeln.
Da ein Stromversorgungs- und Verteilsystem in einem modernen Gebäude stark verzweigt ist, sind bei einem installierten TN-C-Netz praktisch überall Ströme messbar, was zu einem komplexen und unkontrollierbaren Problem führt. Daraus resultieren Aussagen wie „Unsere EDV stürzt ständig ab, weil wir ein TN-C-System haben“. In Industrieanwendungen oder Regelungssystemen mit einem großen Netz zur Anbindung von Aktoren und Sensoren sind weitere Konflikte denkbar. Aber auch an nicht augenscheinlich elektrischen Systemen treten Verschleißerscheinungen auf. Kugellager laufen rau und haben eine geringere Lebensdauer oder es zeigt sich Korrosion und Lochfraß an metallischen Bauteilen. Autor: J. Schulz Literatur: [1] DIN VDE 0100-200 (VDE 0100-200):2006-06 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 200: Begriffe. Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.