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Erdung ist die leitende ("galvanische") Verbindung eines Gegenstandes mit Boden. Das Boden kann als Dirigent mit praktisch unbegrenzter Kapazität. Das Ergebnis der Erdung ist, dass das geerdete Objekt eine Spannung von null Volt erhält. Das wird der elektrische Masse erwähnt.
Allgemeines
Für ein gutes Verständnis der Erdung muss man verstehen, was in der Elektrowissenschaft gemeint ist Boden ist verstanden. Außerdem sollte der Zweck der Erdung im Auge behalten werden; geht es um:
- die Vorbeugung von statische Elektrizität
- zerstreuender Blitz
- ein Chassis oder das leitfähige Gehäuse eines elektrischen Geräts.
Statische Elektrizität verhindern
Um beispielsweise statische Elektrizität zu verhindern, müssen Personen geerdet werden. Dies ist unter anderem beim Austausch von spannungsempfindlichen Speicherchips in Computern oder beim Löten bestimmter elektronischer Bauteile notwendig. Normalerweise ist sich der Mensch nicht bewusst, dass der menschliche Körper in trockener (isolierender) Luft auf einer isolierenden Oberfläche sehr hohe Spannungen haben kann. Man kann sich aufladen, indem man auf dem Boden schlurft. Diese statische Aufladung wird manchmal erst während der Entladung bemerkt, zum Beispiel wenn man jemand anderem die Hand gibt und ein heller, schmerzhafter Funke überspringt. Ein Auto kann auch durch die Reibung mit der Luft eine hohe Spannung bekommen, genau wie ein Auto elektrifizierende Maschine. Dem kann mit einem „Erdungs“-Leiterband entgegengewirkt werden, das über den Boden schleift. Diese Erdung betrifft kleine Ströme und hohe Spannungen. Der Erdungsdraht kann daher dünn und hochohmig sein.
Blitzentladung
Blitze können mit einem ordnungsgemäß geerdeten Blitzableiter zur Erde abgeleitet werden.
Bei Blitzen gibt es einen großen und sehr schnellen impulsförmigen Kurzzeitstrom. Diese sehr hohe Pulsrate kann über eine Fourier-Transformation in eine bestimmte Frequenz der elektrischen Energie umgewandelt werden. Der schnelle Impuls übersetzt sich dann in eine sehr hohe Frequenz. Aufgrund der hohen Frequenz (d.h. Hauteffekt) und dem hohen Strom sollte der Blitzableiter einen großen Durchmesser und einen geringen ohmschen Widerstand haben.
Der Erdungsdraht eines Blitzableiters sollte keine scharfen Krümmungen aufweisen: Aufgrund der hohen Geschwindigkeit und hohen Frequenz fließt der Strom immer noch geradlinig. Der Fall einer Biegung des Blitzableiters um einen vorstehenden Rahmen ist bekannt; der Blitz ging direkt durch den Fensterrahmen und hinterließ ein Loch. Theoretisch zu erklären: die (parasitäre) Kapazität des Türrahmens und die (parasitäre) Induktivität der Halbschleife des Leiters bei der sehr hohen Frequenz des Blitzes oder einfach ausgedrückt: der hohen Geschwindigkeit des Blitzes.
Leitfähiges Gehäuse
Um ein Chassis oder Gehäuse eines elektrischen Geräts sicher zu berühren, muss dieses Chassis oder Gehäuse geerdet werden. Berührbare Metallteile elektrischer Geräte dürfen nicht elektrisch mit dem Netz verbunden werden. In diesem Fall können sie sicher berührt werden. Jegliche statische Elektrizität von einem solchen Gerät ist harmlos.
Ein Defekt kann jedoch eine elektrische Verbindung vom Netz zum Metallgehäuse verursachen. Das Gehäuse kann geerdet werden, um in einem solchen Fall eine Berührungsgefahr zu vermeiden. Das Potential des Gerätes bleibt dann Null. Beim Menschen gibt es keinen Potenzialunterschied: Beide sind null Volt und es fließt kein Strom. Für das Stromnetz besteht dann das Problem, dass der Strom fälschlicherweise durch den Erdleiter (gelb-grün) statt durch den Neutralleiter (blau) fließt. Wenn dadurch keine Sicherung durchbrennt, hat der Erdstrom weitere negative Auswirkungen. Es kann alle Arten von undefinierten sogenannten Streuströme zu Fuß, von einem Haus zu einem Transformatorenhaus oder einer Verteilerstation oder einem Kraftwerk und untereinander. Diese Ströme können dann Metallverbindungen und Strukturen im Boden elektrochemisch aufbrechen.
Deshalb sind Fehlerstromschutzschalter eingesetzt, die die unerwünschten Erdströme eliminieren. Diese werden später so empfindlich gemacht, dass der Strom zu klein wird, um ein Herzflimmern zu verursachen. GGM dienen daher heutzutage zwei Zwecken.
Sicherheitserde
Eine solide Schutzerde besteht aus einer gut leitenden elektrischen Verbindung zwischen berührbaren Metallteilen, die im Fehlerfall spannungsführend werden können, und der Erde. Im Falle eines Isolationsfehlers führt dies dazu, dass ein Strom durch diesen Erdungsanschluss fließt, der verhindert, dass der Strom durch den Körper des Benutzers zur Erde fließt. Bei einem großen Erdableitstrom, a Sicherung oder Leistungsschalter in Betrieb nehmen und den Strom abschalten, danach besteht keine Gefahr mehr. Bei einem kleinen Erdableitstrom, kleiner als der than Nennwert der Sicherung oder des Leistungsschalters, löst es nicht aus. Durch den Erdungsdraht fließt dann weiterhin ein Strom, der verhindert, dass gefährliche Spannungen an das Objekt angelegt werden.
Erdungsanschluss
Die Masseverbindung besteht in der Regel aus a Erdungskabel, die parallel zu den stromführenden Drähten verläuft. Wenn es mit einer Isolierung versehen ist, ist es in Europa vereinbarungsgemäß gelb/grün eingefärbt. Diese Masseverbindung erfolgt mittels a Masseelektrode Kontakt mit der (elektrischen) Erde. Dies geschieht auch im Kraftwerk. So stehen beispielsweise alle Einzelinstallationen über Erde miteinander in Kontakt, was das Auftreten gefährlicher Spannungen zwischen verschiedenen Installationen verhindert.
In der Vergangenheit hauptsächlich die U-Bahn Wasserversorgungsnetz dient als Masseelektrode. Die Erdung durch die Wasserleitung reichte gut aus. Durch die Verwendung von immer mehr (nicht leitenden) Wasserrohren aus Kunststoff ist diese Erdungsmethode unbrauchbar geworden. Heutzutage werden häufig erdbetriebene Erdungselektroden aus Kupfer oder stark verzinktem Stahl verwendet.
Grounding in der Praxis in Belgien und den Niederlanden
In Belgien ist die Erdung für alle neu installierten Steckdosen und Lichtpunkte mindestens seit 1981 vorgeschrieben, dem Jahr, in dem die erste Version der AREI (Allgemeine Vorschriften für Elektroinstallationen) veröffentlicht wurde. Vorhandene Steckdosen und Lichtpunkte ohne Erdung durften in Betrieb bleiben. Bis Juli 1997 wurde in den Niederlanden in trockenen Räumen keine Erdung verwendet. Seitdem (in den Niederlanden) nur Steckdosen mit Erdkontakt installiert. Dies gilt für Neubauten elektrische Systeme, oder bei einer erheblichen Erweiterung einer bestehenden Anlage. Letzteres erfordert in der Regel größere Anpassungen, da Kombinationen von geerdeten und ungeerdeten Steckdosen in einem Raum laut Vorschrift nicht erlaubt sind. NEN1010. Dies bedeutet, dass alle ungeerdeten Wandsteckdosen in den betreffenden Räumen durch geerdete ersetzt werden müssen, die mit dem Erdleiter verbunden werden müssen.
Für (temporär) feuchte Räume wie Badezimmer gelten zusätzliche Regeln zur Erdung. Beispielsweise muss im Badezimmer ein zusätzlicher Potenzialausgleich vorgesehen werden. Dadurch wird einer Spannung zwischen zwei gleichzeitig berührbaren leitfähigen Teilen entgegengewirkt. Metallteile wie Badewanne, Duschwanne, Wasserleitungen, Heizkörper und Abflüsse sollten separat mit einem durchgehenden blanken verzinnten Kupferdraht geerdet werden. Diese Drähte sind in einer speziellen Box mit Klemmen verbunden; von dort führt ein Draht zur Masseschiene im Gruppenkasten.
Die Schutzerdung bietet zwar einen guten Schutz gegen indirektes Berühren, d. h. gegen Berühren eines spannungsführenden Teils, das normalerweise keine Spannung führt, jedoch keinen Schutz gegen direktes Berühren, d. h. Berühren eines normalerweise spannungsführenden Teils. Zudem besteht nur ein eingeschränkter Schutz gegen Brandgefahren. Der seit 1975 im Einsatz befindliche RCD verbessert den Schutz gegen elektrischen Schlag, da er bei einem geringeren Fehlerstrom auslöst. Dies bietet auch einen gewissen Schutz gegen Brandgefahren durch größere Fehlerströme. Nur RCDs mit hoher oder sehr hoher Empfindlichkeit (z. B. 10 mA) bieten einen zusätzlichen Schutz bei direktem Berühren, reichen aber als alleinige Maßnahme gegen diese Gefahr nicht aus: Hauptmaßnahme dagegen ist eine Isolierung oder auf andere Weise (z. B. Entfernen) ) verhindert die direkte Berührung.
Erdungssysteme (Belgien/Niederlande)
Gebäude können auf drei verschiedene Arten geerdet werden:
- TT-Erdungssystem
- TN-Erdungssystem (mit Varianten: TN-C; TN-S und TN-C-S)
- IT-Erdungssystem
Der erste Buchstabe gibt die Beziehung zwischen dem Verteilungsnetz (Quelle) und der Erde an; entweder die Erdungsmethode der Stromquelle:
- t: direkte Verbindung eines Punktes (Sternpunkt) mit der Erde (T = terre).
- ich: Isolierung aller aktiven Teile von Erde (I = Isolator).
Der zweite Buchstabe gibt die Beziehung zwischen der Elektroinstallation und der Erde an; eine der beiden Methoden zur Erdung der Metallgehäuse des Geräts:
- t: direkt geerdet mittels Erder (T = terre).
- Nein: mit dem geerdeten Schutzleiter des Verteilungsnetzes verbunden (N = neutral).
- SIE: Metallgehäuse der Geräte sind miteinander verbunden, aber nicht absichtlich geerdet (U = ausgegraben).
- ich: Metallgehäuse der Geräte sind untereinander verbunden und mit dem Sternpunkt der Stromquelle verbunden, jedoch nicht absichtlich geerdet (M = metallisch).
Der mögliche dritte oder vierte Buchstabe bestimmt die Ausführung des Neutralleiters und des Schutzleiters (Erdungsdraht).
- so: Neutral- und Erdleiter sind als getrennte Leiter ausgeführt (S = Trennung).
- C: ein Leiter erfüllt die Funktion von Schutzleiter und Neutralleiter (C = kombiniert).
Erdungsmethoden
Das Prinzip der Erdung ist einfach: Durch Anschließen eines Leiters an einen Referenzpunkt hat dieser Leiter automatisch fast die gleiche Spannung wie die Referenz (der Widerstand im Leiter kann meist vernachlässigt werden, kann aber bei großen Fehlerströmen eine Rolle spielen) . Dieser Bezugspunkt ist oft Grundwasser oder ein anderes Objekt, das für den Menschen elektrisch als "sicher zu berühren" gilt. Dieser Hinweis verhindert, dass Personen, die den Leiter berühren, aufgrund von Spannungsunterschieden zwischen dem Gerät und dem Boden, auf dem es steht, einen elektrischen Schlag erhalten. Aufgrund der Erdverbindung hat der Leiter die gleiche Spannung wie die Referenz erhalten und daher kann zwischen diesen beiden Punkten keine große Spannung anliegen. Schließlich würde eine am Leiter anliegende Spannung durch die gut leitende Erdverbindung „entweichen“ und kann somit keine Personengefährdung mehr darstellen.
Durch die leitende Verbindung verschiedener Geräte und verschiedener Innenteile eines Gerätes entstehen auch andere Effekte, die manchmal günstig und manchmal ungünstig sind. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Erdungsmethoden entwickelt, die im Einzelfall die beste Lösung bieten. Es gibt jedoch Widersprüche zwischen den verschiedenen Methoden.
Einpunkterdung
Ein lästiges Problem mit Installationen für Tonverstärkung ist die Bildung von elektrisch leitenden Schleifen, den sogenannten Masseschleifen in der Verstärkerschaltung.
Wenn Leiter an mehreren Stellen elektrisch verbunden sind, entstehen geschlossene Stromkreise, die Magnetfeld von zum Beispiel a Transformator kann beinhalten. Dadurch werden Ströme in den Leitern induziert, die vom Verstärker verstärkt werden. Dies führt zu einem starken 50Hz-Signal (in der Audiowelt mit summen angezeigt) im Audiosignal. In der Audiowelt wird aus diesem Grund häufig die Einzelpunkterdung verwendet.
Mehrpunkterdung
Das Erden eines Chassis an mehreren Stellen verringert den elektrischen Widerstand zwischen dem Chassis und der Referenz, wodurch die Erdung effektiver wird. Die Mehrpunkterdung hat Vorteile, insbesondere bei hohen Frequenzen, wo durch stehende Wellen eine punktuelle Erdung ist absolut ausgeschlossen. Bei der Mehrpunkterdung ist darauf zu achten, dass unerwünschte magnetische und elektromagnetische Felder keine Ströme in Schleifen induzieren, die durch die Erdung an mehreren Punkten entstehen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Verwendung einer elektrischen und magnetischen Abschirmung. Außerdem muss in Hochfrequenzsystemen der Abstand zwischen den verschiedenen Erdpunkten überall weniger als ein Zehntel des Abstands betragen Wellenlänge.
Getrennte Erden
Bei Geräten, die sowohl analoge als auch digitale Elektronik enthalten, können die analogen Stromkreise durch Schalten digitaler Signale unterbrochen werden. Dies liegt oft an sogenannten gemeinsame Impedanzen. Um diesen Effekt zu minimieren, werden die analoge und die digitale Masse getrennt (normalerweise an einem Punkt verbunden). Dann werden die analogen Schaltungen und die digitalen Schaltungen intern verbunden, manchmal mit unterschiedlichen Erdungstechniken. Häufig werden die analogen Schaltungen weiter als Einpunkterdung und die digitalen Schaltungen als Mehrpunkterdung ausgeführt.
Hochfrequenz-Erde
Bei hohen Frequenzen verhalten sich Leiter oft wie Spulen und Unterbrechungen verhalten sich wie Kondensatoren, wodurch mehr elektrischer Strom zwischen zwei nahe beieinander liegenden leitenden Oberflächen bei hohen Frequenzen fließen kann als durch eine lange elektrische Verbindung mit geringem Widerstand. Dieses Verhalten widerspricht den vorherrschenden Ansichten, ist aber sehr erklärbar. Resonanzen machen Kurzschlüsse bei bestimmten Frequenzen zu perfekten Unterbrechungen und umgekehrt. Es Hauteffekt spielt auch eine wichtige Rolle. Dadurch funktionieren Litzenleiter bei hohen Frequenzen oft besser als dicke Massivleiter.
Erdungsgeräte, die mit hohen Frequenzen arbeiten, sind Facharbeit.
Signalmasse
Als Ergebnis der Gesetz von Lenz Rückströme einen möglichst günstigen Weg zum Hinstrom wählen. Indem Signalverbindungen von, zu und zwischen Geräten und Modulen eine eigene Rückleitung so nah wie möglich an der Signalleitung gegeben werden, werden unerwünschte äußere und äußere Einflüsse begrenzt.
Verwendung von Farbe
| Drahttyp | Symbol | EU, nach HD 308 S2 * | Die Niederlande ** | Belgien ** | Niederlande bis 1970 † |
|---|---|---|---|---|---|
| Phasendraht | l |  braun | braun |  rot oder braun |  Grün |
| Phasendrähte (drei Phasen) | L1,L2,L3 |   braun, schwarz und grau | braun, schwarz und grau | braun, schwarz und grau |  grün, schwarz und blau |
| Schalterdraht | t | schwarz oder grau *** | schwarz | schwarz | schwarz |
| Neutral | Nein |  hellblau | hellblau | hellblau | rot |
| Erdungskabel |  |  zweifarbig grün und gelb | zweifarbig grün und gelb | zweifarbig grün und gelb |  grau oder weiß |
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