In einer Elektroinstallation oder einem Elektrizitätsversorgungssystem an Erdungssystem or Erdungssystem verbindet bestimmte Teile dieser Anlage aus Sicherheits- und Funktionsgründen mit der leitenden Erdoberfläche. Der Bezugspunkt ist die leitende Oberfläche der Erde bzw. auf Schiffen die Meeresoberfläche. Die Wahl des Erdungssystems kann Auswirkungen auf die Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit der Anlage haben. Die Vorschriften für Erdungssysteme variieren erheblich zwischen den Ländern und den verschiedenen Teilen elektrischer Systeme, obwohl viele den Empfehlungen der Internationalen Elektrotechnischen Kommission folgen, die unten beschrieben werden.

In diesem Artikel geht es ausschließlich um die Erdung elektrischer Energie. Beispiele für andere Erdungssysteme sind unten mit Links zu Artikeln aufgeführt:

• Um ein Bauwerk vor Blitzeinschlägen zu schützen, wird der Blitz durch das Erdungssystem und in den Erdungsstab geleitet, anstatt durch das Bauwerk zu dringen.
• Als Teil einer einadrigen Erdung wurden Rückstrom- und Signalleitungen verwendet, wie sie beispielsweise für die Stromversorgung mit geringer Leistung und für Telegrafenleitungen verwendet wurden.
• Im Radio als Grundplatte für große Monopolantennen.
• Als Hilfsspannungsausgleich für andere Arten von Funkantennen, beispielsweise Dipole.
• Als Einspeisepunkt einer Bodendipolantenne für VLF- und ELF-Radio.

Ziele der elektrischen Erdung

Schutzerdung

Im Vereinigten Königreich bezeichnet „Earthing“ die Verbindung der freiliegenden leitenden Teile der Anlage mittels Schutzleitern mit dem „Haupterdungsanschluss“, der mit einer Elektrode verbunden ist, die Kontakt mit der Erdoberfläche hat. A Schutzleiter (PE) (bekannt als Erdungsleiter des Geräts (im US National Electrical Code festgelegt) vermeidet die Gefahr eines Stromschlags, indem die freiliegende leitende Oberfläche der angeschlossenen Geräte im Fehlerfall nahe am Erdpotential gehalten wird. Im Fehlerfall lässt das Erdungssystem einen Strom zur Erde fließen. Wenn dieser Wert zu hoch ist, wird der Überstromschutz einer Sicherung oder eines Leistungsschalters aktiviert, wodurch der Stromkreis geschützt und alle durch Fehler verursachten Spannungen von den freiliegenden leitenden Oberflächen entfernt werden. Diese Trennung ist ein grundlegender Grundsatz der modernen Verkabelungspraxis und wird als „Automatic Disconnection of Supply“ (ADS) bezeichnet. Die maximal zulässigen Impedanzwerte der Erdschlussschleife und die Eigenschaften von Überstromschutzgeräten sind in den elektrischen Sicherheitsvorschriften streng festgelegt, um sicherzustellen, dass dies umgehend geschieht und bei fließendem Überstrom keine gefährlichen Spannungen an den leitenden Oberflächen auftreten. Der Schutz besteht daher darin, den Spannungsanstieg und seine Dauer zu begrenzen.

Die Alternative ist Verteidigung in der Tiefe – wie z. B. verstärkte oder doppelte Isolierung –, bei der mehrere unabhängige Fehler auftreten müssen, um einen gefährlichen Zustand aufzudecken.

Funktionserdung

A Funktionserde Der Anschluss dient einem anderen Zweck als der elektrischen Sicherheit und kann im Normalbetrieb Strom führen. Das wichtigste Beispiel für eine Funktionserde ist der Neutralleiter in einem elektrischen Versorgungssystem, bei dem es sich um einen stromführenden Leiter handelt, der mit dem Erder an der Stromquelle verbunden ist. Weitere Beispiele für Geräte, die Funktionserdungsanschlüsse nutzen, sind Überspannungsschutzgeräte und elektromagnetische Störfilter.

Niederspannungssysteme

In Niederspannungsverteilungsnetzen, die den Strom an die unterschiedlichsten Endverbraucher verteilen, liegt das Hauptaugenmerk bei der Gestaltung von Erdungssystemen auf der Sicherheit der Verbraucher, die Elektrogeräte verwenden, und auf deren Schutz vor Stromschlägen. Das Erdungssystem muss in Kombination mit Schutzvorrichtungen wie Sicherungen und Fehlerstromschutzschaltern letztendlich sicherstellen, dass eine Person nicht mit einem metallischen Gegenstand in Berührung kommt, dessen Potenzial im Verhältnis zum Potenzial der Person einen „sicheren“ Schwellenwert überschreitet, der typischerweise bei etwa 50 V liegt.

In Stromnetzen mit einer Systemspannung von 240 V bis 1.1 kV, die überwiegend in Industrie-/Bergbauanlagen/-maschinen und nicht in öffentlich zugänglichen Netzen zum Einsatz kommen, ist die Auslegung der Erdungsanlage aus sicherheitstechnischer Sicht ebenso wichtig wie für Privatanwender.

In den meisten entwickelten Ländern wurden 220-V-, 230-V- oder 240-V-Steckdosen mit geerdeten Kontakten entweder kurz vor oder kurz nach dem Zweiten Weltkrieg eingeführt, wenn auch mit erheblichen nationalen Unterschieden in der Beliebtheit. In den Vereinigten Staaten und Kanada verfügten 120-V-Steckdosen, die vor Mitte der 1960er Jahre installiert wurden, im Allgemeinen nicht über einen Erdungsstift. In Entwicklungsländern ist aufgrund der lokalen Verkabelungspraxis möglicherweise kein Anschluss an den Erdungsstift einer Steckdose möglich.

Da keine Versorgungserde vorhanden ist, nutzen Geräte, die einen Erdungsanschluss benötigen, häufig den Versorgungsneutralleiter. Einige verwendeten spezielle Erdungsstäbe. Viele 110-V-Geräte verfügen über polarisierte Stecker, um zwischen „Leitung“ und „Neutralleiter“ unterscheiden zu können. Die Verwendung des Versorgungsneutralleiters zur Geräteerdung kann jedoch äußerst problematisch sein. „Leitung“ und „Neutral“ könnten in der Steckdose oder im Stecker versehentlich vertauscht sein, oder die Neutral-Erde-Verbindung könnte ausfallen oder falsch installiert sein. Selbst normale Lastströme im Neutralleiter können gefährliche Spannungsabfälle erzeugen. Aus diesen Gründen haben die meisten Länder inzwischen spezielle Schutzerdungsanschlüsse vorgeschrieben, die mittlerweile fast überall verbreitet sind.

Wenn der Fehlerpfad zwischen zufällig unter Spannung stehenden Objekten und dem Versorgungsanschluss eine niedrige Impedanz aufweist, ist der Fehlerstrom so groß, dass die Überstromschutzeinrichtung (Sicherung oder Leistungsschalter) öffnet, um den Erdschluss zu beheben. Wenn das Erdungssystem keinen niederohmigen Metallleiter zwischen Gerätegehäusen und Versorgungsrückführung bereitstellt (z. B. in einem separat geerdeten TT-System), sind die Fehlerströme geringer und lösen nicht unbedingt die Überstromschutzvorrichtung aus. In diesem Fall wird ein Fehlerstromdetektor installiert, der den Leckstrom zur Erde erkennt und den Stromkreis unterbricht.

IEC-Terminologie

Die internationale Norm IEC 60364 unterscheidet drei Familien von Erdungsanordnungen anhand der Zwei-Buchstaben-Codes TN, TT und IT.

Der erste Buchstabe gibt die Verbindung zwischen Erde und dem Stromversorgungsgerät (Generator oder Transformator) an:

"T" - Direkte Verbindung eines Punktes mit der Erde (lateinisch: terra)

"I" — Kein Punkt ist mit Erde verbunden (Isolation), außer vielleicht über eine hohe Impedanz.

Der zweite Buchstabe gibt die Verbindung zwischen der Erde oder dem Netzwerk und dem zu versorgenden elektrischen Gerät an:

"T" - Die Erdverbindung erfolgt über eine lokale direkte Verbindung zur Erde (lateinisch: terra), normalerweise über einen Erdungsstab.

"N" — Der Erdungsanschluss erfolgt über das Stromnetz NNetzwerk, entweder als separater Schutzleiter (PE) oder kombiniert mit dem Neutralleiter.

Arten von TN-Netzwerken

In einer TN Bei einem Erdungssystem ist einer der Punkte im Generator oder Transformator mit der Erde verbunden, normalerweise der Sternpunkt in einem Dreiphasensystem. Über diesen Erdungsanschluss am Transformator wird der Körper des elektrischen Gerätes mit der Erde verbunden. Diese Anordnung ist ein aktueller Standard für private und industrielle Elektrosysteme, insbesondere in Europa.

Als Leiter bezeichnet man den Leiter, der die freiliegenden metallischen Teile der Elektroinstallation des Verbrauchers verbindet beschützende Erde. Der Leiter, der in einem Dreiphasensystem mit dem Sternpunkt verbunden ist, bzw. der in einem Einphasensystem den Rückstrom führt, wird genannt neutral (N). Es werden drei Varianten von TN-Systemen unterschieden:

TN - S.

PE und N sind separate Leiter, die nur in der Nähe der Stromquelle miteinander verbunden sind.

TN - C.

Ein kombinierter PEN-Leiter erfüllt sowohl die Funktionen eines PE- als auch eines N-Leiters. (bei 230/400-V-Systemen, die normalerweise nur für Verteilungsnetze verwendet werden)

TN-C-S

Ein Teil des Systems verwendet einen kombinierten PEN-Leiter, der irgendwann in separate PE- und N-Leiter aufgeteilt wird. Der kombinierte PEN-Leiter befindet sich typischerweise zwischen der Umspannstation und dem Eintrittspunkt in das Gebäude, und Erde und Neutralleiter werden im Versorgungskopf getrennt. In Großbritannien ist dieses System auch als bekannt schützende Mehrfacherdung (PME), da es an vielen Orten üblich ist, den kombinierten Neutral- und Erdleiter mit der realen Erde zu verbinden, um das Risiko eines Stromschlags im Falle eines gebrochenen PEN-Leiters zu verringern. Ähnliche Systeme in Australien und Neuseeland werden als bezeichnet mehrfach geerdeter Neutralleiter (MEN) und in Nordamerika als mehrerdiger Neutralleiter (MGN).

Es ist möglich, sowohl TN-S- als auch TN-CS-Versorgungen über denselben Transformator zu beziehen. Beispielsweise korrodieren die Ummantelungen mancher Erdkabel und stellen keine guten Erdungsverbindungen mehr her. Daher werden Häuser, in denen sich „schlechte Erdungen“ mit hohem Widerstand befinden, möglicherweise auf TN-CS umgestellt. Dies ist in einem Netzwerk nur möglich, wenn der Neutralleiter ausreichend robust gegen Ausfälle ist und eine Konvertierung nicht immer möglich ist. Der PEN muss gegen Ausfälle geeignet verstärkt sein, da ein PEN mit offenem Stromkreis die volle Phasenspannung auf jedes freiliegende Metall übertragen kann, das hinter der Unterbrechung mit der Systemerde verbunden ist. Die Alternative besteht darin, eine lokale Erdung bereitzustellen und auf TT umzurüsten. Der Hauptvorteil eines TN-Netzwerks besteht darin, dass der Erdungspfad mit niedriger Impedanz eine einfache automatische Trennung (ADS) in einem Hochstromkreis im Falle eines Kurzschlusses zwischen Leitung und PE ermöglicht, da derselbe Schutzschalter oder die gleiche Sicherung sowohl bei LN- als auch bei L-PE-Fehlern funktioniert und ein RCD zur Erkennung von Erdfehlern nicht erforderlich ist.

TT-Netzwerk

In einer TT Bei einem Erdungssystem (Terra-Terra) wird der Schutzerdungsanschluss für den Verbraucher durch eine örtliche Erdungselektrode (manchmal auch als Terra-Firma-Verbindung bezeichnet) bereitgestellt und es gibt eine weitere, unabhängig installierte Verbindung am Generator. Es gibt kein „Erdungskabel“ zwischen den beiden. Die Fehlerschleifenimpedanz ist höher, und sofern die Elektrodenimpedanz nicht wirklich sehr niedrig ist, sollte eine TT-Installation immer über einen FI-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) als ersten Isolator verfügen.

Der große Vorteil des TT-Erdungssystems ist die geringere leitungsgebundene Störung durch angeschlossene Geräte anderer Benutzer. Für spezielle Anwendungen wie Telekommunikationsstandorte, die von einer störungsfreien Erdung profitieren, war TT schon immer vorzuziehen. Außerdem stellen TT-Netze im Falle eines defekten Neutralleiters keine ernsthaften Risiken dar. Darüber hinaus besteht an Standorten, an denen der Strom über die Erdoberfläche verteilt wird, keine Gefahr, dass die Erdleiter unter Spannung stehen, wenn ein Überkopf-Verteilungsleiter beispielsweise durch einen umgestürzten Baum oder Ast beschädigt wird.

In der Zeit vor RCD war das TT-Erdungssystem für den allgemeinen Gebrauch unattraktiv, da es schwierig war, im Falle eines Kurzschlusses zwischen Leitung und PE eine zuverlässige automatische Trennung (ADS) einzurichten (im Vergleich zu TN-Systemen, bei denen derselbe Leistungsschalter oder die gleiche Sicherung entweder bei LN- oder L-PE-Fehlern funktioniert). Da Fehlerstromschutzeinrichtungen diesen Nachteil jedoch abmildern, ist das TT-Erdungssystem viel attraktiver geworden, vorausgesetzt, dass alle Wechselstromkreise über einen RCD-Schutz verfügen. In einigen Ländern (z. B. im Vereinigten Königreich) wird dies für Situationen empfohlen, in denen die Aufrechterhaltung einer Äquipotentialzone mit niedriger Impedanz durch Potentialausgleich nicht praktikabel ist, in denen erhebliche Außenverkabelungen vorhanden sind, wie z. B. bei der Versorgung von Wohnmobilen und einigen landwirtschaftlichen Einrichtungen, oder in denen ein hoher Fehlerstrom andere Gefahren mit sich bringen könnte, wie z. B. in Tanklagern oder Jachthäfen.

Das TT-Erdungssystem wird in ganz Japan verwendet, mit RCD-Einheiten in den meisten industriellen Umgebungen. Dies kann zusätzliche Anforderungen an Frequenzumrichter und Schaltnetzteile stellen, die häufig über umfangreiche Filter verfügen, die hochfrequente Störungen an den Erdleiter weiterleiten.

IT-Netzwerk

In einem IT Das elektrische Verteilungssystem hat überhaupt keine oder nur eine hochohmige Verbindung zur Erde.

Vergleich

Andere Terminologien

Während die nationalen Verkabelungsvorschriften für Gebäude in vielen Ländern der IEC 60364-Terminologie folgen, bezieht sich in Nordamerika (USA und Kanada) der Begriff „Geräteerdungsleiter“ auf Geräteerdungen und Erdungskabel in Abzweigstromkreisen, und „Erdungselektrodenleiter“ wird für Leiter verwendet, die einen Erdungsstab (oder ähnliches) mit einem Anschlusskasten verbinden. „Schutzleiter“ ist das System „Neutralleiter“. Australische und neuseeländische Standards verwenden ein modifiziertes PME-Erdungssystem namens Multiple Earthed Neutral (MEN). Der Neutralleiter ist an jedem Verbraucheranschlusspunkt geerdet (geerdet), wodurch die neutrale Potenzialdifferenz über die gesamte Länge der NS-Leitungen effektiv auf Null gebracht wird. Im Vereinigten Königreich und einigen Commonwealth-Ländern wird der Begriff „PNE“ (Phase-Neutral-Erde) verwendet, um anzugeben, dass drei (oder mehr bei nicht einphasigen Verbindungen) Leiter verwendet werden, also PN-S.

Widerstandsgeerdete Neutralität (Indien)

Ähnlich wie das HT-System wird auch das Widerstandserdungssystem für den Bergbau in Indien gemäß den Vorschriften der Central Electricity Authority für LT-Systeme (1100 V > LT > 230 V) eingeführt. Anstelle der festen Erdung des Sternpunkts wird dazwischen ein geeigneter Neutralerdungswiderstand (NGR) hinzugefügt, der den Erdableitstrom auf bis zu 750 mA begrenzt. Aufgrund der Fehlerstrombegrenzung ist es für gashaltige Minen sicherer.

Da der Erdschluss begrenzt ist, gilt für den Erdschlussschutz nur die höchste Grenze für den Eingang von 750 mA. In fest geerdeten Systemen kann der Ableitstrom bis zum Kurzschlussstrom ansteigen, hier ist er auf maximal 750 mA begrenzt. Dieser begrenzte Betriebsstrom verringert die Gesamtbetriebseffizienz des Leckage-Relaisschutzes. Für die Sicherheit vor Stromschlägen in Bergwerken hat die Bedeutung eines effizienten und möglichst zuverlässigen Schutzes zugenommen.

In diesem System besteht die Möglichkeit, dass der angeschlossene Widerstand geöffnet wird. Um dies zu vermeiden, wird ein zusätzlicher Schutz zur Überwachung des Widerstands eingesetzt, der im Fehlerfall die Stromversorgung unterbricht.

Erdschlussschutz

Erdschlussstrom kann für den Menschen sehr schädlich sein, wenn er durch ihn hindurchfließt. Um einen unbeabsichtigten Stromschlag durch elektrische Geräte/Geräte zu vermeiden, werden Erdschlussrelais/-sensoren an der Quelle eingesetzt, um die Stromversorgung zu isolieren, wenn der Leckstrom einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Zu diesem Zweck werden Fehlerstromschutzschalter eingesetzt. Stromempfindliche Leistungsschalter werden RCB/RCCB genannt. In industriellen Anwendungen werden Erdschlussrelais mit separaten CTs (Stromwandlern) namens CBCTs (Core Balanced Current Transformers) verwendet, die den Leckstrom (Nullphasenstrom) des Systems über die Sekundärseite des CBCTs erfassen und dadurch das Relais betreiben. Dieser Schutz arbeitet im Milliampere-Bereich und kann von 30 mA bis 3000 mA eingestellt werden.

Überprüfung der Erdkonnektivität

Zusätzlich zum Erdkern wird ein separater Pilotkern p vom Verteilungs-/Geräteversorgungssystem betrieben. Am Quellenende ist ein Erdverbindungsprüfgerät befestigt, das die Erdverbindung kontinuierlich überwacht. Der Pilotkern wird von diesem Prüfgerät aus initiiert und verläuft durch Verbindungsschleppkabel, die im Allgemeinen bewegliche Bergbaumaschinen (LHD) mit Strom versorgen. Dieser Kern p ist am Verteilungsende über eine Diodenschaltung mit Erde verbunden, die den vom Prüfgerät initiierten Stromkreis vervollständigt. Wenn die Erdungsverbindung zum Fahrzeug unterbrochen wird, wird dieser Pilotkernstromkreis getrennt, die am Stromquellenende befestigte Schutzvorrichtung wird aktiviert und die Stromversorgung der Maschine wird unterbrochen. Diese Art von Schaltung ist ein Muss für tragbare schwere elektrische Geräte, die in unterirdischen Minen eingesetzt werden.

Ferienhäuser

Kosten

• TN-Netze sparen die Kosten einer niederohmigen Erdverbindung am Standort jedes Verbrauchers. Eine solche Verbindung (eine vergrabene Metallstruktur) ist erforderlich, um bereitzustellen beschützende Erde in IT- und TT-Systemen.
• TN-C-Netzwerke ersparen die Kosten für einen zusätzlichen Leiter, der für getrennte N- und PE-Verbindungen erforderlich ist. Um jedoch das Risiko gebrochener Neutralleiter zu verringern, sind spezielle Kabeltypen und viele Verbindungen zur Erde erforderlich.
• TT-Netzwerke erfordern einen ordnungsgemäßen RCD-Schutz (Erdschlussschutzschalter).

Sicherheit

• In TN führt ein Isolationsfehler sehr wahrscheinlich zu einem hohen Kurzschlussstrom, der einen Überstromschutzschalter oder eine Sicherung auslöst und die L-Leiter trennt. Bei TT-Systemen kann die Impedanz der Erdschlussschleife zu hoch oder zu hoch sein, um dies innerhalb der erforderlichen Zeit zu tun. Daher wird normalerweise ein RCD (ehemals ELCB) verwendet. Frühere TT-Installationen verfügen möglicherweise nicht über dieses wichtige Sicherheitsmerkmal, sodass der CPC (Circuit Protective Conductor oder PE) und möglicherweise zugehörige Metallteile, die sich in Reichweite von Personen befinden (freiliegende leitende Teile und fremdleitende Teile), über einen längeren Zeitraum unter Fehler mit Strom versorgt werden können Bedingungen, die eine echte Gefahr ist.
• In TN-S- und TT-Systemen (und in TN-CS über den Punkt der Aufteilung hinaus) kann ein Fehlerstromschutzgerät für zusätzlichen Schutz verwendet werden. In Abwesenheit eines Isolationsfehlers im Verbrauchergerät ist die Gleichung I_L1+I_L2+I_L3+I_N = 0 gilt, und ein FI kann die Stromversorgung trennen, sobald diese Summe einen Schwellenwert erreicht (normalerweise 10 mA - 500 mA). Ein Isolationsfehler zwischen L oder N und PE löst mit hoher Wahrscheinlichkeit einen FI aus.
• In IT- und TN-C-Netzwerken ist es weitaus unwahrscheinlicher, dass Fehlerstromschutzgeräte einen Isolationsfehler erkennen. In einem TN-C-System wären sie auch sehr anfällig für unerwünschte Auslösungen durch Kontakt zwischen Erdleitern von Schaltkreisen auf verschiedenen FI-Schutzschaltern oder mit realer Masse, wodurch ihre Verwendung nicht praktikabel wäre. Außerdem isolieren RCDs normalerweise den neutralen Kern. Da dies in einem TN-C-System nicht sicher ist, sollten RCDs auf TN-C so verdrahtet werden, dass nur der Leitungsleiter unterbrochen wird.
• In einphasigen Einphasensystemen, in denen Erde und Neutralleiter kombiniert sind (TN-C und der Teil von TN-CS-Systemen, der einen kombinierten Neutral- und Erdungskern verwendet), liegt ein Kontaktproblem im PEN-Leiter vor Alle Teile des Erdungssystems nach der Unterbrechung steigen auf das Potential des L-Leiters. In einem unsymmetrischen Mehrphasensystem bewegt sich das Potential des Erdungssystems in Richtung des am stärksten belasteten Leitungsleiters. Ein solcher Anstieg des Potentials des Neutralleiters über die Unterbrechung hinaus ist als a bekannt neutrale Inversion. Daher dürfen TN-C-Verbindungen nicht über Steckverbindungen oder flexible Kabel geführt werden, da hier die Wahrscheinlichkeit von Kontaktproblemen höher ist als bei fester Verkabelung. Es besteht auch ein Risiko, wenn ein Kabel beschädigt wird, das durch die Verwendung einer konzentrischen Kabelkonstruktion und mehrerer Erdungselektroden gemindert werden kann. Aufgrund des (geringen) Risikos, dass der verlorene Neutralleiter „geerdete“ Metallarbeiten auf ein gefährliches Potenzial anhebt, gepaart mit der erhöhten Stromschlaggefahr durch die Nähe bis hin zum guten Kontakt mit der echten Erde ist die Verwendung von TN-CS-Stromversorgungen im Vereinigten Königreich für Wohnwagenstellplätze und die Landversorgung von Booten verboten. Für den Einsatz auf Bauernhöfen und Außenbaustellen wird dringend davon abgeraten. In solchen Fällen wird empfohlen, alle TT-Außenverkabelungen mit RCD und einer separaten Erdungselektrode auszuführen.
• In IT-Systemen ist es unwahrscheinlich, dass ein einzelner Isolationsfehler dazu führt, dass gefährliche Ströme durch einen mit der Erde in Kontakt stehenden menschlichen Körper fließen, da kein niederohmiger Stromkreis für den Fluss eines solchen Stroms vorhanden ist. Ein erster Isolationsfehler kann jedoch ein IT-System effektiv in ein TN-System verwandeln, und ein zweiter Isolationsfehler kann dann zu gefährlichen Körperströmen führen. Schlimmer noch, in einem Mehrphasensystem würde ein Kontakt der Erdungsleiter mit einem der Leitungsleiter dazu führen, dass die anderen Phasenkerne eher auf die Phasenphasenspannung relativ zur Erde als auf die phasenneutrale Spannung ansteigen. IT-Systeme erfahren auch größere transiente Überspannungen als andere Systeme.
• In TN-C- und TN-CS-Systemen könnte jede Verbindung zwischen dem kombinierten Neutral- und Erdungskern und dem Erdkörper unter normalen Bedingungen einen erheblichen Strom führen und bei einem unterbrochenen Neutralleiter sogar noch mehr Strom führen. Daher müssen die Hauptpotentialausgleichsleiter entsprechend dimensioniert werden; Von der Verwendung von TN-CS wird in Situationen wie Tankstellen abgeraten, wo eine Kombination aus vielen vergrabenen Metallarbeiten und explosiven Gasen vorhanden ist.

Elektromagnetische Verträglichkeit

• In TN-S- und TT-Systemen hat der Verbraucher eine rauscharme Verbindung zur Erde, die nicht unter der Spannung leidet, die aufgrund der Rückströme und der Impedanz dieses Leiters am N-Leiter auftritt. Dies ist bei einigen Arten von Telekommunikations- und Messgeräten von besonderer Bedeutung.
• In TT-Systemen hat jeder Verbraucher seine eigene Verbindung zur Erde und bemerkt keine Ströme, die von anderen Verbrauchern auf einer gemeinsam genutzten PE-Leitung verursacht werden könnten.

Regulierungen

• Im National Electrical Code der Vereinigten Staaten und im Canadian Electrical Code wird für die Einspeisung vom Verteilungstransformator ein kombinierter Neutral- und Erdungsleiter verwendet, innerhalb der Struktur werden jedoch separate Neutral- und Schutzerdungsleiter verwendet (TN-CS). Der Neutralleiter darf nur auf der Versorgungsseite des kundenseitigen Trennschalters mit Erde verbunden werden.
• In Argentinien, Frankreich (TT) und Australien (TN-CS) müssen die Kunden eigene Erdverbindungen bereitstellen.
• Japan unterliegt dem PSE-Gesetz und verwendet in den meisten Installationen die TT-Erdung.
• In Australien wird das Multiple Earthed Neutral (MEN)-Erdungssystem verwendet, das in Abschnitt 5 von AS 3000 beschrieben ist. Für einen NS-Kunden handelt es sich um ein TN-C-System vom Transformator auf der Straße bis zum Gelände (der Neutralleiter wird entlang dieses Abschnitts mehrfach geerdet) und ein TN-S-System innerhalb der Anlage, von der Hauptschalttafel abwärts. Insgesamt betrachtet handelt es sich um ein TN-CS-System.
• In Dänemark sieht die Hochspannungsverordnung (Stærkstrømsbekendtgørelsen) und in Malaysia die Elektrizitätsverordnung von 1994 vor, dass alle Verbraucher eine TT-Erdung verwenden müssen, obwohl in seltenen Fällen TN-CS zulässig sein kann (wird auf die gleiche Weise wie in den Vereinigten Staaten verwendet). Bei größeren Unternehmen gelten andere Regeln.
• In Indien sind gemäß den Vorschriften der Central Electricity Authority (CEAR, 2010, Regel 41) Erdung, Neutralleiter eines 3-Phasen-4-Leiter-Systems und der zusätzliche dritte Leiter eines 2-Phasen-3-Leiter-Systems vorgesehen. Die Erdung erfolgt über zwei getrennte Anschlüsse. Das Erdungssystem muss außerdem über mindestens zwei oder mehr Erdungsgruben (Elektroden) verfügen, damit eine ordnungsgemäße Erdung gewährleistet ist. Gemäß Regel 42 muss eine Anlage mit einer Last von mehr als 5 kW und mehr als 250 V über eine geeignete Erdschluss-Schutzvorrichtung verfügen, um die Last im Falle eines Erdschlusses oder Erdschlusses zu isolieren.

Anwendungsbeispiele

• In den Gebieten Großbritanniens, in denen unterirdische Stromkabel vorherrschen, ist das TN-S-System üblich.
• In Indien erfolgt die LT-Versorgung im Allgemeinen über das TN-S-System. Der Neutralleiter ist am Verteilungstransformator doppelt geerdet. Neutralleiter und Erde verlaufen getrennt auf Verteilungsfreileitungen/-kabeln. Für die Erdverbindung werden separate Leiter für Freileitungen und Armierungen von Kabeln verwendet. Zur Verstärkung der Erde werden an den Nutzerenden zusätzliche Erdungselektroden/-gruben installiert.
• Die meisten modernen Häuser in Europa verfügen über ein TN-CS-Erdungssystem. Der kombinierte Neutralleiter und die Erde liegen zwischen der nächstgelegenen Umspannstation und der Netztrennstelle (der Sicherung vor dem Zähler). Danach werden für die gesamte interne Verkabelung separate Erdungs- und Neutralleiter verwendet.
• Ältere Stadt- und Vorstadthäuser im Vereinigten Königreich verfügen in der Regel über TN-S-Versorgungen, wobei die Erdverbindung über den Bleimantel des unterirdischen Blei- und Papierkabels erfolgt.
• Ältere Häuser in Norwegen verwenden das IT-System, während neuere Häuser TN-CS verwenden.
• Einige ältere Häuser, insbesondere solche, die vor der Erfindung von Fehlerstromschutzschaltern und drahtgebundenen Heimnetzwerken gebaut wurden, verwenden eine interne TN-C-Anordnung. Dies wird nicht mehr empfohlen.
• Laborräume, medizinische Einrichtungen, Baustellen, Reparaturwerkstätten, mobile Elektroinstallationen und andere Umgebungen, die über Motorgeneratoren versorgt werden und in denen ein erhöhtes Risiko von Isolationsfehlern besteht, verwenden häufig eine IT-Erdungsanordnung, die über Trenntransformatoren gespeist wird. Um die Zwei-Fehler-Probleme bei IT-Systemen abzumildern, sollten die Trenntransformatoren jeweils nur eine kleine Anzahl von Lasten versorgen und mit einem Isolationsüberwachungsgerät geschützt werden (wird aus Kostengründen im Allgemeinen nur bei medizinischen, Eisenbahn- oder militärischen IT-Systemen verwendet).
• In abgelegenen Gebieten, in denen die Kosten für einen zusätzlichen PE-Leiter die Kosten für eine lokale Erdverbindung überwiegen, werden TT-Netze in einigen Ländern häufig verwendet, insbesondere in älteren Immobilien oder in ländlichen Gebieten, in denen die Sicherheit andernfalls durch den Bruch eines Erdleiters gefährdet werden könnte Überkopf-PE-Leiter beispielsweise durch einen umgestürzten Ast. TT-Lieferungen an einzelne Objekte werden auch in den meisten TN-CS-Systemen gesehen, in denen ein einzelnes Objekt für die TN-CS-Versorgung als ungeeignet angesehen wird.
• In Australien, Neuseeland und Israel ist das TN-CS-System im Einsatz; In den Verkabelungsvorschriften ist jedoch derzeit festgelegt, dass jeder Kunde zusätzlich eine separate Verbindung zur Erde herstellen muss, und zwar sowohl über eine Wasserleitungsverbindung (wenn metallische Wasserleitungen in die Räumlichkeiten des Verbrauchers führen) als auch über eine eigene Erdungselektrode. In Australien und Neuseeland wird dies Multiple Earthed Neutral Link oder MEN Link genannt. Dieser MEN Link ist zu Installationstestzwecken abnehmbar, wird während des Gebrauchs jedoch entweder durch ein Verriegelungssystem (z. B. Kontermuttern) oder zwei oder mehr Schrauben verbunden. Im MEN-System steht die Integrität des Neutralen an erster Stelle. In Australien müssen neue Installationen auch die Fundamentbetonverstärkung unter Nassbereichen mit dem Erdungsleiter (AS3000) verbinden, wodurch sich in der Regel die Größe der Erdung erhöht und in Bereichen wie Badezimmern eine Äquipotentialebene bereitgestellt wird. Bei älteren Installationen ist es nicht ungewöhnlich, dass nur noch der Wasserrohranschluss vorhanden ist, und dieser darf auch so bleiben, bei Modernisierungsarbeiten muss jedoch der zusätzliche Erder installiert werden. Schutzerde und Neutralleiter sind bis zum Neutralleiter des Verbrauchers (befindet sich auf der Kundenseite des Neutralleiteranschlusses des Stromzählers) zusammengefasst – darüber hinaus sind Schutzerde und Neutralleiter getrennt.

Hochspannungssysteme

In Hochspannungsnetzen (über 1 kV), die für die breite Öffentlichkeit weitaus weniger zugänglich sind, liegt der Schwerpunkt bei der Konstruktion von Erdungssystemen weniger auf der Sicherheit als vielmehr auf der Zuverlässigkeit der Versorgung, der Zuverlässigkeit des Schutzes und den Auswirkungen auf die Ausrüstung im Falle eines Kurzschlusses. Lediglich das Ausmaß der am häufigsten auftretenden Leiter-Erde-Kurzschlüsse wird durch die Wahl des Erdungssystems erheblich beeinflusst, da der Strompfad meist geschlossen durch die Erde verläuft. Dreiphasige HV/MV-Leistungstransformatoren, die sich in Umspannwerken befinden, sind die häufigste Versorgungsquelle für Verteilungsnetze, und die Art der Erdung ihres Neutralleiters bestimmt das Erdungssystem.

Es gibt fünf Arten der neutralen Erdung:

• Massiv geerdet neutral
• Neutral ausgegraben
• Widerstandsgeerdeter Neutralleiter
  • Erdung mit geringem Widerstand
  • Hochohmige Erdung
• Reaktanzgeerdeter Neutralleiter
• Verwendung von Erdungstransformatoren (z. B. Zickzack-Transformator)

Massiv geerdet neutral

In solide or Direkt geerdeter Neutralleiter, der Sternpunkt des Transformators ist direkt mit der Erde verbunden. Bei dieser Lösung wird ein niederohmiger Pfad zum Schließen des Erdschlussstroms bereitgestellt, sodass ihre Größenordnungen mit dreiphasigen Fehlerströmen vergleichbar sind. Da der Neutralleiter auf dem Potential nahe der Erde bleibt, bleiben die Spannungen in den nicht betroffenen Phasen auf einem ähnlichen Niveau wie vor dem Fehler. Aus diesem Grund wird dieses System regelmäßig in Hochspannungsübertragungsnetzen eingesetzt, wo die Isolationskosten hoch sind.

Widerstandsgeerdeter Neutralleiter

Um einen Erdschlusskurzschluss zu begrenzen, wird ein zusätzlicher Erdungswiderstand (NGR) zwischen dem Neutralleiter, dem Sternpunkt des Transformators und der Erde hinzugefügt.

Erdung mit geringem Widerstand

Bei niedrigem Widerstand ist die Fehlerstromgrenze relativ hoch. In Indien ist die Stromstärke für Tagebaue gemäß den Vorschriften der Central Electricity Authority, CEAR, 50, Regel 2010, auf 100 A beschränkt.

Neutral ausgegraben

In ausgegraben, isoliert or schwebend neutral Im System gibt es wie im IT-System keine direkte Verbindung zwischen dem Sternpunkt (oder einem anderen Punkt im Netzwerk) und der Erde. Dadurch haben Erdschlussströme keinen zu schließenden Weg und sind daher vernachlässigbar groß. In der Praxis wird der Fehlerstrom jedoch nicht gleich Null sein: Leiter im Stromkreis – insbesondere Erdkabel – haben eine inhärente Kapazität zur Erde, die einen Pfad mit relativ hoher Impedanz ergibt.

Systeme mit isoliertem Neutralleiter können den Betrieb fortsetzen und auch bei Vorliegen eines Erdschlusses eine unterbrechungsfreie Versorgung gewährleisten.

Das Vorhandensein eines ununterbrochenen Erdschlusses kann ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen: Wenn der Strom 4 A – 5 A überschreitet, entsteht ein Lichtbogen, der auch nach Behebung des Fehlers bestehen bleiben kann. Aus diesem Grund sind sie hauptsächlich auf unterirdische und unterseeische Netzwerke sowie industrielle Anwendungen beschränkt, bei denen der Bedarf an Zuverlässigkeit hoch und die Wahrscheinlichkeit eines menschlichen Kontakts relativ gering ist. In städtischen Verteilungsnetzen mit mehreren unterirdischen Einspeisungen kann der kapazitive Strom mehrere zehn Ampere erreichen, was ein erhebliches Risiko für die Ausrüstung darstellt.

Der Vorteil eines geringen Fehlerstroms und eines fortgesetzten Systembetriebs danach wird durch den inhärenten Nachteil ausgeglichen, dass der Fehlerort schwer zu erkennen ist.