Home Elektroinstallation Blitz- und Überspannungsschutz Der Schutzpotentialausgleich wirkt

Berührungsspannung klein halten

Der Schutzpotentialausgleich wirkt

Auf einen Blick

Schutzleiter oder Schutzpotentialausgleichsleiter Um die Abgrenzung dieser Begriffe dreht sich ein Teil der Ausführungen des vorliegenden Beitrags

Schutz oder Funktion Es ist immer zu beachten, welchem Zweck ein Potentialausgleich dienen soll. Davon abhängig unterscheidet man zwischen Schutz- oder Funktionspotentialausgleich

Unser Leser A.K. aus Niedersachsen wandte sich an die Redaktion »de« mit folgender Fragestellung:»Ein Energieversorger hat ein außenliegendes BHKW errichtet. Im zu versorgenden Gebäude gibt es drei Unterstationen zur Verteilung der Wärme mit je einer Potentialausgleichsschine. An jeder Unterstation befindet sich eine Verteilung, die über eine Zuleitung NYM-J 5x2,5 mm2 eingespeist wird. Ein Schutzleiter mit 4 mm2 Querschnitt wurde aus jeder Verteilung herausgeführt und an das jeweilige, metallene Gestell der Wärmeverteilung angeschlossen, welches jedoch nicht direkt mit der Haupterdungsschiene verbunden ist. Darf man den Schutzleiter aus einer schutzisolierten Unterverteilung herausführen, an das Untergestell der Wärmeverteilung anschließen und dies als Schutzpotentialausgleich deklarieren? Nach meinem Verständnis ist der Schutzleiter in jedem Stromkreis mitzuführen, weil die Schutzwirkungen der Fehlerstromschutz-Vorkehrungen durch einen separaten Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene zusätzlich unterstützt werden sollen. Meiner Meinung nach müsste die korrekte Ausführung so aussehen: Die Verbindung Schutzleiter zum Untergestell muss von der Wärmeverteilung entfernt werden. Es ist eine Verbindung von der Haupterdungsschiene zum Untergestell der Wärmeverteilung mit 16 mm2 herzustellen.«

Basis- und Fehlerschutz

Es ist richtig, dass nach Abschnitt 411.1 von DIN VDE 0100-410:2007-06 der »Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung« immer aus einer Kombination von Basisschutz (Schutz gegen direktes Berühren) und Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) besteht. Für den Fehlerschutz gilt, dass dieser immer aus dem »Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene« und der »automatischen Abschaltung der Stromversorgung im Fehlerfall« bestehen muss.

Das bedeutet, dass in jedem Gebäude auch ein Schutzpotentialausgleich über die Hauterdungsschiene vorgesehen werden muss. Bezüglich der Ausführung des Schutzpotentialausgleichs über die Haupt-erdungsschiene ist im Abschnitt 411.3.2.1 festgelegt, dass der Erdungsleiter und bestimmte leitfähige Teile über die Haupterdungsschiene zum Schutzpotentialausgleich verbunden werden müssen.

Daraus lässt sich ableiten, dass der Schutzpotentialausgleichsleiter von der Heizungsanlage – wobei das Untergestell für mich noch keine Heizungsanlage darstellt – direkt zur Haupterdungsschiene (Hauptpotentialausgleichsschiene) hätte geführt werden müssen. Die Verbindung des Schutzpotentialausgleichsleiters zur Schutzleiterschiene des Unterverteilers erfüllt diese Bedingung nicht.

Physikalisch können nur die leitfähigen Rohrleitungen ein Erdpotential einführen, die von außerhalb des Gebäudes in das Gebäude eingeführt werden. Sind die Rohrleitungen mit einem Schutzpotentialausgleichsleiter mit der Haupterdungsschiene verbunden, so muss das Untergestell nicht mehr mit einem Schutzpotentialaugleichsleiter verbunden werden. Auf eine Schutzpotentialausgleichsverbindung kann auch verzichtet werden, wenn die Rohrleitungen für die Heizungsanlagen – was heutzutage üblich ist – im ganzen Gebäude nicht leitfähig ausgeführt sind. Wenn also die Rohrsysteme vollständig aus Isolierstoff bestehen, kann auf den Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene für die »Heizung« komplett verzichtet werden.

Heizungs- und Klimaanlagen

Es besteht die allgemeine Forderung des Abschnitts 411.3.1.2 aus DIN VDE 0100-410, dass auch die Zentralheizungs- und Klimasysteme in den Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene mit einbezogen werden müssen. Jedoch können Heizungsanlagen, die sich innerhalb eines Gebäudes befinden, kein Potential einführen. Somit halte ich es persönlich – auch bei Verwendung von leitfähigen Rohrleitungen – für überflüssig, die Heizungsanlage bzw. ein leitfähiges Gestell eines Wärmeverteilers in den Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene einzubeziehen.

Querschnitt des Leiters

Zum zweiten Teil Ihrer »Beanstandung« bezüglich der Querschnitte für die Schutzpotentialausgleichsleiter gilt, dass nach Abschnitt 544.1 von DIN VDE 0100-540:2012-06 der Schutzpotentialausgleichsleiter für die Verbindung zur Haupterdungsschiene einen Mindestquerschnitt von nicht weniger als 6 mm2 Cu aufweisen muss.

Aus Gründen des Schutzes gegen elektrischen Schlag ist ein Querschnitt von 6 mm2 Kupfer für den Schutzpotentialausgleichsleiter völlig ausreichend. Das gilt auch unter dem Gesichtspunkt, dass der Nachsatz im Abschnitt 544.1 von DIN VDE 0100-540:2012-06, mit seinem Bezug auf 25 mm2 Cu sehr irreführend ist. Dieser Satz dürfte eine Restanforderung aus der IEC sein, wo noch – abhängig vom Schutzleiterquerschnitt – abgestufte Querschnitte für die Schutzpotentialausgleichsleiter gefordert werden.

Fakt ist aber, dass die vorgesehene Verbindung zum Untergestell mit 4 mm2 Cu – sofern sie überhaupt sinnvoll und notwendig ist – zu gering bemessen wäre. Hinzu kommt, dass der Schutzleiter in der Zuleitung zu diesem Unterverteiler nur einen Querschnitt von 2,5 mm2 aufweist, so dass auf alle Fälle der Anschluss des Schutzpotentialausgleichsleiters am Verteiler unzulässig ist.

PE als Schutzpotential­ausgleichsleiter?

Aus einem Verteiler der Schutzklasse II dürfen sowohl Schutzleiter als auch Schutzpotentialausgleichsleiter herausgeführt werden. Vorausgesetzt wird dabei, dass diese Leiter im Inneren wie aktive Leiter gegen andere leitfähige Teile isoliert sind. Ein Beispiel hierfür ist der Hausanschlusskasten, welcher der Schutzklasse II entspricht. Aus diesem wird, nach neueren Vorgaben, meist der Schutzpotentialausgleichsleiter für die Verbindung des speisenden PEN-Leiters mit der Haupterdungsschiene herausgeführt.

Grundsätzlich gilt, dass die Schutzpotentialausgleichsleiter für die Verbindung mit der Haupterdungsschiene immer direkt zu den betreffenden leitfähigen Teilen – an denen ein Weiterschleifen zu anderen leitfähigen Teilen übrigens nicht verboten ist – zu führen sind. Das schließt nicht aus, dass die Schutzleiterschiene in einem Verteiler auch mit der Haupterdungsschiene verbunden werden darf. Siehe hierzu Bild B54.1 von Anhang B der DIN VDE 0100-540. Der in diesem Bild dargestellte Leiter ist dort aber als Schutzleiter bezeichnet.

Hinweise zum TT- und TN-System

Nach Abschnitt 411.5.4 von DIN VDE 0100-410:2007-06 wäre dieser Leiter für TT-Systeme ein Erdungsleiter und müsste daher wie ein Schutzleiter dimensioniert werden, mindestens aber 6 mm2 aufweisen.

In TN-Systemen wäre diese Verbindung nur gefordert, wenn die Verbindung mit der Haupterdungsschiene nicht am Hausanschlusskasten bzw. Zählerplatz vorgesehen werden kann. Das wäre z. B. in elektrischen Anlagen mit eigenem Netztransformator zutreffend, wo der Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene erst an der ersten Verteilung ausgeführt wird.

Die Aussage des Fragestellers, nach dessen Meinung der Schutzleiter in jedem Stromkreis mitzuführen sei, kann ich nur bestätigen.

Bild 1: Links sieht man, welche Spannung ein Mensch im Falle eines Körperschlusses überbrücken kann. Bild rechts: Reduzierung dieser Berührungsspannung durch zusätzlichen Schutzpotentialausgleich
Bild 1: Links sieht man, welche Spannung ein Mensch im Falle eines Körperschlusses überbrücken kann. Bild rechts: Reduzierung dieser Berührungsspannung durch zusätzlichen Schutzpotentialausgleich

Schutzpotentialausgleich reduziert Berührungsspannungen

Der Leser A. K. aus Niedersachsen verwies auch darauf, dass die Schutzwirkung der Fehlerstromschutzvorkehrungen durch einen separaten Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene zusätzlich unterstützt werden müsste. Hierzu gilt, dass im Abschnitt 411.1 nicht angeführt ist, dass der Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene die Fehlerschutzeinrichtung zusätzlich unterstützt. Vielmehr gilt, wie auch oben schon erwähnt, dass beide Maßnahmen – Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene und der Fehlerschutz – nur gemeinsam den Schutz gegen elektrischen Schlag erfüllen.

Der Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene soll verhindern, dass ein Mensch bei einem Körperschluss während der Abschaltzeit durch eine Schutzeinrichtung ein gefährliches Potential überbrücken kann. Bei fest angeschlossenen elektrischen Betriebsmitteln kann die Abschaltzeit bestimmungsgemäß bis zu 5 s betragen. Im TN-System tritt an einem fehlerbehafteten Körper bis zur Abschaltung im Normalfall eine Spannung von ca 115 V auf. Diese Spannung kann der Mensch gegen fremde leitfähige Teile abgreifen, die nicht an den Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene angeschlossen sind.

Durch die Verbindung mit dem Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene wird diese Spannung deutlich reduziert. Hierzu habe ich in den Bildern 1 und 2 ein kleines Beispiel mit fiktiven (aber praxisgerechten) Werten für eine Berechnung beigefügt. Dieses Beispiel zeigt, wie sich der Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene bei einem Körperschluss positiv bemerkbar macht. Die Impedanz der Stromquelle wurde zur Vereinfachung vernachlässigt. Im Bild 1 lässt sich erkennen, welche Spannung ein Mensch im Falle eines Körperschlusses überbrücken kann, falls der Mensch ein leitfähiges Teil berührt, welches mit der Haupterdungsschiene verbunden ist. Die relevanten Berechnungen, mit angenommenen Werten, sind im Bild 2 auf der linken Seite dargestellt. In der rechten Bildhälfte von Bild 2 wird aufgezeigt, wie sich die mögliche überbrückbare Spannung reduziert, wenn man einen örtlichen, zusätzlichen Schutzpotentialausgleich vorsieht. Ein solcher zusätzlicher Schutzpotentialausgleich ist z. B. notwendig, wenn die Abschaltbedingung nicht eingehalten werden kann (Berechnung siehe Bild 2, rechts). Dieser zusätzliche Schutzpotentialausgleich ist aber für Ihren Anwendungsfall nicht relevant und nicht gefordert.

Bild 2: Berechnung zum Bild 1
Bild 2: Berechnung zum Bild 1

Notwendiger Querschnitt

Betrachten wir nun noch die vom Anfrager erwähnte Verbindung von der HPA-Schiene zum Untergestell der Wärmeverteilung mit 16 mm2.

Wie oben bereits erwähnt, ist ein Querschnitt von 6 mm2 für den Schutzpotentialausgleich über die Haupterdungsschiene aus Gründen des Schutzes gegen elektrischen Schlag ausreichend, da über diese Leiter kaum größere Ströme zum Fließen kommen.

Einige Betrachtungen zu möglichen EMV-Einflüssen

Bezüglich der EMV können andere Vorgaben zutreffend sein. Allerdings bin ich persönlich der Meinung, dass möglichst große Querschnitte aus EMV-Gründen nicht unbedingt notwendig sind, sondern dass hier eher eine möglichst große Oberfläche von Bedeutung ist. Ein Kupfergeflecht von 6 mm2 Cu hat eine bessere Wirkung als ein Kupferleiter von 16 mm2. Selbst ein Bandeisen von 30 mm x 3 mm weist eine bessere EMV-Wirkung auf.

Außerdem gilt es zu beachten, dass nach Abschnitt 444.4.2 von DIN VDE 0100-444:2010-10 ein Querschnitt für den Funktionspotentialausgleich von 16 mm2 Cu in der Norm nicht allgemein gefordert wird.

Tabelle: Mindestmaße von Leitern, die innere metallene Installationen mit der Potentialausgleichsschiene verbinden
Tabelle: Mindestmaße von Leitern, die innere metallene Installationen mit der Potentialausgleichsschiene verbinden

Unter dem Gesichtspunkt »EMV« spricht man zudem von Funktionspotentialausgleich und nicht von Schutzpotentialausgleich. Der aufgeführte  Querschnitt von 16 mm2 wird im Abschnitt 444.4.2 k) nämlich nur für bestimmte Fälle vorgegeben. Das betrifft Datenverbindungen zwischen Gebäuden mit TT-Systemen, was aber in Ihrem Fall nicht relevant sein dürfte. Nachfolgend die normative Festlegungen hierzu: »k) Bei gemeinsamer Verwendung geschirmter Signal- oder Datenkabel, für mehrere von einem TT-System versorgte Gebäude, sollte ein Parallelerdungsleiter verwendet werden (siehe Bild 44.R2). Dieser Parallelerdungsleiter muss einen Mindestquerschnitt von 16 mm2 Kupfer oder vergleichbarer Leitfähigkeit haben.«

Außerdem ist im Abschnitt 444.4.2 – wie von mir schon angeführt – Folgendes festgelegt: »Potentialausgleichsverbindungen sollten eine möglichst niedrige Impedanz haben; indem sie so kurz wie möglich ausgeführt sind; indem sie eine Querschnittsform mit auf die Leiterlänge bezogen niedriger induktiver Reaktanz und Impedanz pro laufendem Meter haben, z. B. ein geflochtenes Metallband mit einem Verhältnis Breite zu Dicke von 5:1.«

Querschnittsvorgaben bezüglich des Blitzschutzes

Auf einen Blick

DIN VDE 0100-410
DIN VDE 0100-444
DIN VDE 0100-540
DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-3)

Auch hierbei handelt es sich formal nicht um einen Schutzpotentialausgleich, sondern um einen Blitzschutzpotentialausgleich. Der Querschnitt für Potentialausgleichsverbindungen, aus Blitzschutzgründen für leitfähige Teile innerhalb von Gebäuden, beträgt nach Tabelle 9 von DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-3):2011-10 nur 6 mm2 Cu und nicht 16 mm2 Cu (Tabelle).

An der vorgefundenen Ausführung ist sicher nicht alles in Ordnung und muss nachgebessert werden. Der Umfang der Nachbesserung kann allerdings nur vor Ort geklärt werden.

pp14291

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Über den Autor
hoermann
Werner Hörmann

Gelernter Starkstrommonteur und dann viele Jahre als Projektant für Schaltan­lagen und Steuerungen bei Siemens tätig. Aktive Normung in verschiedenen Komitees und Unterkomitees der DKE. Seine Spezialgebiete sind u. a. die Er­richtungsbestimmungen nach DIN VDE 0100 (VDE 0100) – insbesondere Schutz gegen elektrischen Schlag –, die Niederspannungs-Schaltanlagen nach DIN EN 60439 (VDE 0660-500 bis -514) oder das Ausrüsten von elektrischen Maschinen nach DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1). Werner Hörmann ist Verfasser zahlreicher Beiträge in der Fachzeitschrift »de« sowie Autor diverser Fachbücher.

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