Die Erdung eines Schaltschranks (im Englischen als Grounding in a Control Panel bezeichnet) ist ein komplexer Prozess, bei dem eine Vielzahl von Vorgaben zu beachten sind. Diese ergeben sich sowohl aus technischen Notwendigkeiten als auch aus gesetzlichen Regelungen und maßgeblichen UL-Normen, wie sich im Folgenden zeigen wird.
Bezug zu UL
Die normgerechte Durchführung des Groundings ist elementar wichtig, um im Ernstfall sowohl Personen als auch die Anlage selbst zu schützen!
Warum es nicht „die Erdung“ geben kann
Das Erden eines Schaltschranks ist eine Herausforderung. Die Wahl der richtigen Methode hängt von vielen Faktoren ab. Obendrein muss eine Vielzahl an Vorschriften, die sich aus der maßgeblichen UL-Norm 508A für Schaltschränke ergeben, mit den Anforderungen des Kunden in Einklang gebracht werden. Kurz und gut: Die Erdung eines jeden Schaltschrankmodells ist so individuell wie der Schrank selbst. An dieser Stelle kann darum nur eine grobe Übersicht über die gängigsten Vorgehensweisen gegeben werden.
Welche Arten der Erdung gibt es bei Schaltschränken?
Grundsätzlich unterscheidet man im Englischen zwischen Earth Grounding und Equipment Grounding. Beides wird im Deutschen als Erdung bezeichnet, jedoch gibt es einige wesentliche Unterschiede, die hier kurz näher betrachtet werden sollen.
Earth Grounding
Earth Grounding entspricht am ehesten dem, was man sich gemeinhin unter einer Erdung vorstellt. Diese Form der Erdung dient vorrangig dem Schutz des Schaltschranks vor überlagerten Spannungen, wie sie etwa durch Blitzschlag oder den unbeabsichtigten Kontakt mit Systemen höherer Spannung entstehen können. Außerdem verhindert dieser Erdungstyp die statische Aufladung des Schaltschranks bzw. seiner Komponenten. Im Rahmen des Earth Groundings kommt häufig der bekannte Erdungsstab zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen Metallstab (meist aus Stahl oder Kupfer), mit einem Durchmesser von 1 – 2 Zentimetern und einer Länge von bis zu 3 Metern, der den Strom ins Erdreich ableitet. Die genauen Maße des Stabs sind von der Leitfähigkeit des Untergrunds abhängig, sollten aber so gewählt werden, dass der Widerstand zwischen Erdungsleiter und Erde nicht mehr als 25 Ohm beträgt. Hier können meist die Hersteller der Erdungsstäbe hilfreichen Rat erteilen.
Equipment Grounding
Das Equipment Grounding erfüllt zwei Zwecke: Zum einen schützt es Personen bei Berührung des Schaltschranks vor tödlichen Stromschlägen. Zum anderen kann eine falsche Erdung dazu führen, dass Komponenten bei verschiedenen Referenzspannungen laufen. Diese Spannungsunterschiede können die Datenübertragung zwischen den Komponenten behindern und so im Extremfall zum Zusammenbruch des gesamten Netzwerks führen. Das gemeinnützige Electric Power Research Institute (EPRI) geht davon aus, dass über 80 Prozent aller Störungen an elektronischen Systemen, die mit der Stromversorgung in Zusammenhang stehen, durch falsche Verdrahtungen oder Erdungen bedingt sind.
Warum beide Erdungen notwendig sind
Beide Arten der Erdung erfüllen also unterschiedliche Zwecke, können aber trotzdem nur gemeinsam einen sicheren Schutz bieten. Wie funktioniert das? Stellen wir uns einen Schaltschrank vor, in dem das Earth Grounding für eine Nullspannung im Hauptpaneel sorgt. Dann dient das Equipment Grounding dazu, diese Nullspannung auf das Gehäuse und andere Teile des Schaltschranks zu übertragen.
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Komponenten für die Erdung
In der Praxis sind für die Erdung des Schaltschranks drei Arten von Bauteilen etabliert: neben dem schon vom Earth Grounding bekannten Erdungsstab sind das die Erdungsklemme und die Erdungsöse für das Equipment Grounding. Egal wie viele Schaltkreise oder Komponenten in einem Schaltschrank auch geerdet werden müssen und mit welchen Bauteilen das geschieht: letztlich laufen alle Erdungen an einem Punkt zusammen. Dort werden sie über den Haupt-Erdungsleiter mit dem Erdungsstab verbunden. In der Regel wird der Leiter gemeinsam mit der Stromversorgung in den Schaltschrank geführt.
Erdungsklemme
Die Erdungsklemme dient der Erdung der einzelnen Stromkreise. Zu diesem Zweck wird sie gemeinsam mit anderen Komponenten auf der metallischen DIN-Schiene befestigt, die als Leiter dient.
Erdungsöse
Die Erdungsöse dient demselben Zweck wie die Klemme, jedoch wird mit ihrer Hilfe das Erdungskabel an das Gehäuse geschraubt, welches wiederum über den Erdungsstab geerdet ist.
Welche Vorgaben werden für die Erdung eines Schaltschranks gemacht?
Der National Electrical Code verlangt von einer Erdung, dass sie permanent vorhanden ist und eine so große Kapazität bei gleichzeitig so geringem Widerstand hat, dass sie jeden realistischerweise zu erwartenden Fehlerstrom sicher ableiten kann. Außerdem soll die Erde nicht der einzige Leiter sein. Die UL 508A setzt diese Vorgaben in einen UL-Standard zum Aufbau von Schaltschränken um.
Aufbau
Wichtiger als die technischen Vorgaben der UL-Norm ist für den Endkunden folgendes: Ein UL-zertifizierter Schaltschrank wird immer mit entsprechenden Unterlagen geliefert, aus denen die korrekte Anlage der Erdung hervorgeht. Diese Anweisungen sind strikt einzuhalten und es dürfen ausschließlich die mitgelieferten Kabel, Klemmen usw. verwendet werden, da nur dann der notwendige Schutz gewährleistet ist. Ferner ist darauf zu achten, dass eventuell mitgelieferter Label zur Kennzeichnung der Erdungsleitungen korrekt angebracht werden, da das Labeling ebenfalls Bestandteil der UL-Zertifizierung ist.
UL 467: Alles zu den richtigen Komponenten für die Erdung
Neben der UL 508A, die sich mit den spezifischen Anforderungen an die Sicherheit von Schaltschränken für Industrieanwendungen beschäftigt, ist für unsere Betrachtung die UL 467 „Grounding and Bonding Equipment“ maßgeblich. In diesem Standard werden die allgemeinen Anforderungen an Bauteile, die der Erdung dienen, geregelt.
