Erdung von Schaltschränken: Wie wird sie korrekt umgesetzt und welche Normen sind relevant?

Warum funktioniert Erdung?

Bei der Erdung wird sichergestellt, dass Strom über einen Schutzleiter kontrolliert in die Erde abgeführt werden kann. Ist ein unter Spannung stehender Gegenstand geerdet, fließt der Strom bevorzugt über diesen Schutzleiter ab. Selbst wenn ein Mensch das unter Strom stehende Material berührt, nimmt der Strom den Weg über die Erdung, da deren elektrischer Widerstand deutlich geringer ist als der des menschlichen Körpers. Der Sinn einer Erdung ist es, dem Strom gewissermaßen eine gut ausgebaute Autobahn zur Verfügung zu stellen, während der Weg über den Menschen ein schwer befahrbarer Feldweg ist. Der in die Erde abgeleitete Strom stellt keine Gefahr mehr dar, da die Erde aufgrund ihrer enormen Masse als nahezu unendlicher Ladungsspeicher wirkt. Auf diese Weise schützt die Erdung sowohl Personen als auch empfindliche Komponenten vor Überspannungen und Folgeschäden.

Warum ist die Erdung von Schaltschränken wichtig?

Eine Gefahrenquelle im Umgang mit elektrischen Anlagen sind Fehlerströme. Sie entstehen, wenn beispielsweise aufgrund eines Isolationsfehlers Strom ungewollte Wege nimmt. In Schaltschränken kann dadurch zum Beispiel das leitfähige Metallgehäuse unter Spannung stehen. Berührt ein Mensch ein unter Spannung stehendes nicht geerdetes Gehäuse, kann Strom durch den Körper abfließen und die Person einen Stromschlag erleiden. Selbst geringe Ströme sind gefährlich, da sie Herzkammerflimmern auslösen können, was sich sowohl unmittelbar oder auch zeitverzögert nach einem Stromschlag ereignen kann. Wegen dieses Gefahrenpotenzials lösen FI-Schutzschalter (RCD) für den Personenschutz bereits im Millisekundenbereich bei 30 Milliampere aus. 

Welche Normen gilt es bei der Erdung von Schaltschränken zu beachten?

Wie genau die Erdung technisch umsetzbar ist, wird durch verschiedene Normen beschrieben. Die Normen, die sich mit Elektrischer Sicherheit beschäftigen, sind vielfältig. Die folgenden drei Normen betreffen die Erdung von Schaltschränken.

Wie wird ein Industrie-Schaltschrank geerdet?

Potenzialausgleich mithilfe von Erdungsbändern und flexiblen Drähten

Das Verbinden aller metallischen Gehäuseteile mit Erdungsbändern aus Kupferdrahtgewebe stellt sicher, dass ein durchgängiger Potenzialausgleich innerhalb des Schaltschranks besteht. Dazu kommen in der Regel flexible Drähte zum Einsatz, die neben fixen Teilen wie Rahmen, Seitenwänden und Schaltschrankdach auch bewegliche Elemente wie Türen zuverlässig kontaktieren. Mit dem Anbringen von Erdungsbändern oder flexiblen Drähten sind die leitfähigen Teile des Schaltschrankgehäuses in einen Erdungsverbund integriert. Im Fall eines Fehlstroms wird die elektrische Spannung sicher vom Gehäuse abgeleitet.

Diese Schutzfunktion erfüllen Erdungsbänder und -drähte jedoch nur, sofern sie ordnungsgemäß montiert sind. Die Schaltschränke von Rittal verfügen daher über eingeplante Erdungspunkte, mit denen sich der normgerechte Ausbau erheblich vereinfachen lässt. Werden beim Anbringen der Leiter trotzdem Fehler gemacht oder einzelne Erdungsverbindungen vergessen, entsteht ein Sicherheitsrisiko. Vielleicht stellt sich hier die Frage, warum man überhaupt einzelne Teile eines Metallschranks leitend verbinden muss. Dies liegt daran, dass Schaltschränke lackiert sind, da der Stahl sonst rosten würde. Wenn zwei lackierte Teile verschraubt werden, ist nicht sichergestellt, dass eine leitende Verbindung entsteht und wenn ja mit welchem Leitwert bzw. Übergangswiderstand. Um hierbei zu unterstützen haben die Schaltschränke von Rittal eingeplante Erdungspunkte um bei einem normgerechten Ausbau zu unterstützen.

Automatischer Potenzialausgleich mit dem Anreih-Schranksystem VX25

Eine stark vereinfachte Erdungslösung bietet Rittal mit seinem Anreih-Schranksystem VX25 an. Das Gehäuse verfügt über einen automatischen Potenzialausgleich von Seitenwänden, Dach, Rückwand, Bodenblechen und Sockel. Der Erdungsverbund wird hierfür bereits beim Verschrauben der einzelnen Gehäusekomponenten durch spezielle Befestigungsmaterialien hergestellt. Die elektrotechnischen Kennzahlen dieser Verbindungen sind in den Datenblättern angegeben und müssen vom Errichter dahingehend geprüft werden, ob sie für die jeweilige Anlage die Anforderungen an die Erdung erfüllen. Für Rittal-Komponenten wie Klimageräte und Filterlüfter ist dies bereits geprüft und sichergestellt, sie werden beim Anbringen automatisch in den Erdungsverbund des Schaltschranks integriert. Erdungsbänder bzw. Erdungsleiter sind beim VX25 daher lediglich noch an den Schaltschranktüren erforderlich. 

Für Steuerungs- und Schaltschrankbauer bringt der automatische Potenzialausgleich des VX25 zwei entscheidende Vorteile: 

1. Der Montageprozess wird durch den Wegfall von Erdungsverbindungen vereinfacht und beschleunigt.
2. Die Anlagensicherheit ist deutlich erhöht. Bei der Menge an Teilen, die in den Erdungsverbund integriert werden müssen, kann leicht eine Verbindung vergessen werden. Zudem sind manche Bereiche im ausgebauten Schaltschrank schwer oder gar nicht mehr einsehbar, sodass eine visuelle Überprüfung erschwert wird.