Fehlender Potentialausgleich

Was passiert im Fehlerfall wenn der Potentialausgleich fehlt?

Im Bereich der Elektrotechnik wird unter dem Begriff Potential eine Spannung zwischen einem Messpunkt und einem Bezugspunkt (z. B. Erde) verstanden. Potentialausgleich bedeutet also Teile mit einem unterschiedlichen Potential auf ein gleiches oder annähernd gleiches Niveau zu bringen, indem man die Punkte unterschiedlichen Potentials miteinander verbindet.

Was die Norm sagt

Entsprechend einfach ist seit jeher die Definition der Bezeichnung „Potentialausgleich“ in der Norm formuliert.

VDE 0100-200:1998-06:
„Elektrische Verbindung, die die Körper elektrischer Betriebsmittel und fremde leitfähige Teile auf gleiches oder annähernd gleiches Potential bringt“

VDE 0100-200:2006-06:
„Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen leitfähigen Teilen, um Potentialgleichheit zu erzielen“

 

Doppelt gemoppelt?

Über den Potentialausgleich werden leitfähige berührbare Teile – auch wenn diese bereits geerdet sind – an einen gemeinsamen Erdungspunkt angeschlossen.

Auf den ersten Blick scheint dies „doppelt gemoppelt“, hat jedoch mit Redundanz tatsächlich nichts zu tun. Betrachtet man das entsprechende Szenario im Fehlerfall näher, so erschließt sich der Sinn der Maßnahme.

Nachfolgend untersuchen wir die Verhältnisse in den beiden häufigsten Systemen TT- und TN-Netz. Dabei betrachten wir zunächst den Fehlerfall ohne Potentialausgleich, und zum Vergleich schauen wir ein zweites Szenario mit angeschlossenem Potentialausgleich an:

Skizze 1A: Fehlerszenario im TT-System ohne Potentialausgleich

Bei einem Körperschluss kommt der Fehlerstrom IF zum Fließen. Der Schutzleiter und die Erdung sind wohlgemerkt intakt. Dennoch stellt sich eine hohe Berührungsspannung ein.

Anhand des Ersatzschaltbildes können die konkreten Werte der sich einstellenden Spannungen nachvollzogen werden:
(Praxisnahe Beispielwerte für RL=Leiterwiderstand, RPE=Schutzleiterwiderstand, RA=Anlagenerder und RB=Betriebserder)

Da RE im Vergleich zu RK (= „menschlicher“ Körperwiderstand) sehr klein ist, kann als Näherung gelten: Ohne Potentialausgleich summiert sich die Berührungsspannung auf URPE+URA.

Szenario mit Potentialausgleich

Nun zum Vergleich das Szenario mit Potentialausgleich.

Skizze 1B: Fehlerszenario im TT-System mit Potentialausgleich

Durch die Verbindung auf die Haupterdungsschiene wird Potentialausgleich hergestellt. Die Berührungsspannung wird deutlich verringert.

Bei den gewählten praxisnahen Beispielwerte für RL, RPE, RA und RB ergeben sich nun folgende Spannungswerte:

Durch den Potentialausgleich ist nur noch URPE bei der Berührung wirksam.

Und wie sieht das im TN-Netz aus?

Ohne Potentialausgleich entsteht im Fehlerfall (hier Körperschluss) ebenfalls eine hohe Berührungsspannung:

Skizze 2A: Fehlerszenario im TN-System ohne Potentialausgleich

Das Ersatzschaltbild gibt wieder Aufschluss über die konkreten Spannungsverhältnisse:

Mit Potentialausgleich sieht das auch im TN-Netz schon besser aus:

Das Ersatzschaltbild dazu zeigt, dass sich auch hier die Berührungsspannung im Fehlerfall verringert:

Fazit

Potentialausgleich hilft, die Berührungsspannung zu verringern. Fehlt dieser, kann es spätestens im Fehlerfall gefährlich werden. Der Potentialausgleich verbindet niederohmig/niederimpedant auf Erde, ist jedoch nicht zu verwechseln mit der Schutzleiterverbindung.

Außerdem sei erwähnt, dass der Potentialausgleich neben der in diesem Beitrag thematisierten Funktion „Schutzpotentialausgleich“ auch Funktionspotentialausgleich sein kann/soll. D.h., auch im Hinblick auf die EMV-Eigenschaften einer Anlage und auch bei Blitzschutzmaßnahmen, spielt dieser eine wichtige Rolle. Bereits bei der Planung einer Anlage muss dies berücksichtigt werden.