Der Potentialausgleich

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Nr. 22 – Januar 2021

Der Potentialausgleich

1. Aufgabe des Potentialausgleiches – Hauptpotentialaus- gleich-Schutzpotentialausgleich

Der Potentialausgleich in Gebäuden besitzt unterschiedliche Aufgaben.

Er wird zum Beispiel benötigt, um:

- zwischen elektrisch leitfähigen Teilen eine Potentialdifferenz abzubauen,

- um Menschen und Tiere vor unzulässig hohen Potenzialdifferenzen zu schützen, - kann Teil der Schutzmaßnahme nach DIN VDE 0100-410 sein oder

- ist als Funktionspotentialausgleich notwendig um, in informationstechnischen Anla- gen eine saubere Signalübertragung zu gewährleisten.

In diesem Kapitel sollen die Notwendigkeit und die Anforderungen an den Schutzpotential- ausgleich erörtert werden.

In den Normen wurde vor einigen Jahren der Begriff „Schutzpotentialausgleich“ eingeführt, um seine Aufgabe deutlicher herauszustellen und um diesen klarer zu anderen Erdungs- und Potentialausgleichsleitern abzugrenzen.

Wann ist ein Schutzpotentialausgleich notwendig und wie muss er errichtet werden?

Die Aufgabe des (Haupt-)¹ Schutzpotentialausgleiches ist es, zwischen den leitfähigen Sys- temen, die in das Gebäude eingeführt werden, einen Potentialausgleich (Spannungsaus- gleich) zu schaffen.

Zu diesem Zweck fordert die DIN VDE 0100-410:2018-10 und die DIN VDE 0100-540:2012- 06, dass die Haupterdungsschiene mit folgenden Anlagenteilen (soweit vorhanden) über den Schutzpotentialausgleichleiter verbunden wird:

- allen in das Gebäude eingeführten Metallteile, die eine gefährliche Potentialdifferenz verursachen können und nicht Bestandteile der Elektroinstallation sind,

- in das Gebäude eingeführte Rohrleitungen von Versorgungssystemen, - fremde leitfähige Teile der Gebäudestruktur,

- berührbare Bewehrungen von Gebäudekonstruktionen aus Beton, - Erdungsleiter,

- Schutzleiter,

- und Funktionserdungsleiter.

Im Regelfall wird die Haupterdungsschiene auch mit dem Blitzschutzerder oder der Anten- nenanlage verbunden.

Diese Leiter müssen, wenn möglich einzeln an der Haupterdungsschiene angeschlossen werden. Der Anschluss muss zudem so ausgeführt werden, dass er über ein Werkzeug ge- trennt werden kann. Normalerweise verwendet man dafür Potentialausgleichs- oder Er- dungsschienen.

1Der Begriff „Haupt-“ wird hier verwendet um eine klare Abgrenzung zum zusätzlichen Schutzpotentialausgleich zu schaffen. In den Normen wird jedoch nur der Begriff Schutzpotentialausgleich verwendet.

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Es wird in der DIN VDE 0100-410:2018-10 angemerkt, dass Metallrohre, die in das Gebäude eingeführt werden und am Anfang einen isolierten Abschnitt haben, nicht in den Schutzpo- tentialausgleich eingebunden werden müssen.

Das heißt im Umkehrschluss, dass Kältemittelrohrleitungen, Blechkanäle oder Lüftungsrohre, wenn sie in das Gebäude eingeführt werden, an den Schutzpotentialausgleich angeschlossen werden müssen. Und das unabhängig davon, ob sie durch das Erdreich gehen.

Meist wird dieser Schutzpotentialausgleich im Hausanschlussraum aufgebaut, da dort häufig auch die leitfähigen Teile in das Gebäude eingeführt werden.

Bild 1a: Beispiel einer PA-Schiene Anmerkungen:

1. In den Normen wird nicht gefordert, dass für eine durchgängige leitfähige Verbindung der leitfähigen Teile im Gebäude zu sorgen ist. Das bedeutet in der Praxis, dass durch nicht leitfähige Teilstrecken der Rohrleitungen die Wirkung des (Haupt-) Schutzpotentialausgleiches, der am Eintritt in das Gebäude errichtet wurde, im späte- ren Verlauf unwirksam werden kann.

2. Zudem findet man in vielen Zeichnungen (siehe Bild 1c), dass auch der Heizungsvor- und Heizungsrücklauf in den Schutzpotentialausgleich eingebunden wird. Dies wird nicht explizit gefordert, da diese Rohrleitungen normalerweise nicht von außen in das Gebäude eingeführt werden. Sofern die Rohre durchgängig leitfähig sind, kann man aber in dem Gebäude eine gewisse Potentialsteuerung bewirken.

Bild 1b: Anschluss des Potentialausgleiches an eine Wasserleitung

Quelle: BFS Kälte-Klima-Technik

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Die gleichen Regelungen gelten für Kältemittelrohrleitungen. Die DIN VDE 0100-410:2018- 10 und DIN VDE 0100-540:2012-06 fordern nur dann den Anschluss dieser Leitungen an den Schutzpotentialausgleich, wenn sie in das Gebäude von außen eingeführt werden. Es ist sicher von Vorteil, auch Rohrleitungen, die nur im Gebäude verlegt werden, an das PA-Sys- tem anzuschließen. In diesem Fall muss der Anschluss der Rohrleitungen aber nicht zwingend an die Haupterdungsschiene erfolgen.

Unabhängig davon, kann es aufgrund anderer normativer Regelungen oder aus anderen Gründen notwendig sein, kältetechnische Rohrsysteme in den Schutzpotentialausgleich ein- zubinden.

Bild 1c:Aufbau des Schutzpotentialausgleichsystems

Der Schutzpotentialausgleich, der zentral von der Haupterdungsschiene aufgebaut wird, muss mit mindestens

- 6 mm² Kupfer,

- 16 mm² Aluminium oder - 50 mm² Stahl

ausgeführt werden. Eine Obergrenze gibt es nicht. Da er nur den Potentialunterschied zwischen den Systemen ausgleichen soll, ist der Querschnitt in der Praxis häufig nur 6 bis 16 mm².

Es sollte bei der Querschnittsermittlung aber berücksichtigt werden, dass im Fall eines Kör- perschlusses in der Elektroanlage dieser Potentialausgleichsleiter gegebenenfalls einen Teil- kurzschlussstrom führt. Der Querschnitt müsste daher so bemessen sein, dass der Leiter den Teilkurzschlussstrom bis zum Abschalten irgendeiner Schutzeinrichtung in der Elektro- anlage sicher führen kann, also nicht abbrennt oder schmilzt.

Der Planer müsste also detaillierte Kenntnisse der Gesamtanlage besitzen um, die Auswir- kungen eines Kurzschlusses in irgendeinem Teil der Elektroanlage auf den Schutzpotential- ausgleich einschätzen zu können.

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Da die Auslegung des (Haupt-) Schutzpotentialausgleichs nicht zu den Aufgaben des Kälte- anlagenbauers gehört, soll an dieser Stelle auf eine weitere Ausführung verzichtet werden.

Fazit: Der Kälteanlagenbauer muss seine Rohrleitungen oder leitfähigen Kanäle einmal in den (Haupt-) Schutzpotentialausgleich über die Erdungsschiene einbinden, wenn Sie in das Gebäude eingeführt werden. Als Orientierung sollte der Querschnitt der von den Elektrikern schon verlegten (Haupt-) Schutzpotentialausgleichleiter dienen.

Die Farbkennzeichnung für den Leiter ist nicht vorgeschrieben. Es empfiehlt sich jedoch, Lei- ter mit der bekannten grün-gelben Kennzeichnung zu verwenden.

2. Zusätzlicher Schutzpotentialausgleich

Ein zusätzlicher Schutzpotentialausgleich hat grundsätzlich die gleiche Aufgabe wie der (Haupt-) Schutzpotentialausgleich. Er soll verhindern, dass zwischen gleichzeitig berührba- ren leitfähigen Teilen oder Körpern von elektrischen Betriebsmitteln ein unzulässig hohes Potential entstehen kann.

Zu diesem Zweck werden folgende Teile durch einen zusätzlichen Schutzpotentialausgleich miteinander verbunden:

- alle fremden leitfähigen Teile, die gleichzeitig berührt werden können bzw. die gleichzeitig mit Körpern fest angebrachter elektrischer Betriebsmittel berührt werden kön- nen,

- alle gleichzeitig berührbare Körper fest angebrachter elektrischer Betriebsmittel, - soweit möglich Bewehrungen von Betonkonstruktionen und

- Schutzleiter der elektrischen Betriebsmittel.

Nun würde die Verbindung aller Körper elektrischer Betriebsmittel, die gleichzeitig berührt werden können, einen sehr hohen Aufwand darstellen. Dies bedeutet zum Beispiel, dass je- der Verdichtermotor auf dem Gestell einer Verbundanlage einen zusätzlichen Schutzpotenti- alausgleich erhalten müsste. Das ist nicht nur aufwändig sondern auch nicht besonders sinn- voll, da die Motoren über das Maschinengestell sowieso miteinander verbunden sind und zudem über den Schutzleiter eine Verbindung zum Erdungssystem haben.

Nicht zuletzt geht es hier um den zusätzlichen Schutzpotentialausgleich, also eine Maß- nahme, die „zusätzlich“ umgesetzt werden soll.

Wann ist der zusätzliche Potentialausgleich notwendig?

Hier müssen zwei Fälle unterschieden werden:

Zusätzlicher

Schutzpotentialausgleich

Ersatzmaßnahmenach DIN VDE 0100-410

Ergänzungsmaßnahme nach den Normen der Reihe DIN VDE 0100 -7....

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Ersatzmaßnahme:

Das Schutzsystem in Elektroanlagen ist als dreistufiges System mit Basis-, Fehler- und Zu- satzschutz aufgebaut. In der DIN VDE 0100-410 werden unter anderem für die Stufe Fehler- schutz „Schutz durch automatische Abschaltung im Fehlerfall“ die notwendigen Abschaltzei- ten im TN-, TT- oder IT System festgelegt. Sollte die geforderte Abschaltzeit durch Über- stromschutzeinrichtungen nicht eingehalten werden, wird der Errichter normalerweise einen FI-Schutzschalter einsetzen, um die Abschaltung in der geforderten Zeit realisieren zu kön- nen. Es gibt jedoch seltene Fälle, bei denen ein FI-Schutzschalter nicht einsetzbar ist, da es zum Beispiel ständig Fehlauslösungen geben könnte (Leistungselektronik). In solchen Fällen muss ein zusätzlicher Schutzpotentialausgleich als Ersatzmaßnahme errichtet werden.

Ergänzungsmaßnahme

In Anlagen mit besonderen Gefährdungen sind oft zusätzliche Schutzvorkehrungen zu treffen. Für diese Anlagen findet man in der Gruppe 700 der Normenreihe DIN VDE 0100-7…

konkrete Normen. Zum Beispiel sind dies Anlagen, in Räumen mit Badewanne und Dusche, in Schwimmbädern, in landwirtschaftlichen Betriebsstätten, in Unterrichts- und Experimen- tierräumen oder elektrische Anlagen die nur vorübergehend errichtet werden. Hier muss sich der Errichter, am besten auf der Internetseite des Beuth-Verlages, informieren, ob es konkrete Normen für seine Anlage gibt.

Bei den genannten Beispielen gibt es aufgrund anfallender Feuchtigkeit, rauen Bedingungen oder anderer besonderen Umstände die Notwendigkeit weitere Schutzvorkehrungen zu treffen. Dies können zusätzliche FI-Schutzschalter oder die Errichtung eines zusätzlichen Schutzpotentialausgleiches sein.

Die grundsätzlichen Anforderungen des Basis- und Fehlerschutzes müssen natürlich eingehalten werden. Die zusätzlichen Forderungen erhöhen die Sicherheit, sie sind eben eine Er- gänzungsmaßnahme.

Weitere Gründe zur Errichtung eines zusätzlichen Schutzpotentialausgleiches können be- hördliche Auflagen oder Forderungen des Betreibers / Planers sein.

Zudem kann der Planer in seiner Risikobeurteilung und aufgrund einer besonderen Gefähr- dung einen zusätzlichen Schutzpotentialausgleich fordern.

Wie muss der zusätzliche Schutzpotentialausgleich errichtet werden?

Normalerweise sollen alle fremden leitfähigen Teile, wie Kanäle, Kabelpritschen oder Rohre, die in den Raum eingeführt werden beim Eintritt in den Raum miteinander verbunden werden. Zusätzlich sind natürlich der Schutzleiter ggf. Betonarmierungen oder metallische Ge- bäudekonstruktionen und falls im Raum vorhanden, Erdungsleiter auf kürzestem Weg miteinander zu verbinden. Sollte der Zugang zur (Haupt-) Schutzpotential-ausgleichsschiene nicht möglich sein und in dem Raum auch keine Unterverteilung für den Anschluss an den Schutz- leiter vorhanden sein, so kann die Verbindung auch zu einem Klemmkasten (Abzweigdose) erfolgen.

Das Schutzziel ist es, dass es zwischen zwei gleichzeitig berührbaren Körpern kein unzuläs- sig hohes Potential gibt. Für Wechselspannung liegt die Grenze bei 50V. Damit im Fehlerfall dieser Wert nicht überschritten wird, muss der Widerstand des Schutzpotentialausgleichslei- ters ausreichend niedrig sein. Das heißt, der Leiter sollte so kurz wie möglich und einen aus- reichenden Querschnitt besitzen. In der DIN VDE 0100-540:2012-06 heißt es dazu, dass er eine Leitfähigkeit haben muss, die mindestens so groß ist wie der kleinste Schutzleiter, der an die Körper der Betriebsmittel angeschlossen ist. Betrachtet man ein fremdes leitfähiges Teil und einen Körper eines elektrischen Betriebsmittels mit angeschlossenem Schutzleiter, so ist der haben Schutzleiterquerschnitt anzusetzen.

Die Grundlage für die Bemessung bildet also der Schutzleiter.

Zudem ist aufgrund der mechanischen Festigkeit nach DIN VDE 0100-540:2012-06 ein Min- destquerschnitt zu verlegen.

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1. Querschnittsermittlung hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und des Schutzleiters

2. Querschnittsermittlung hinsichtlich der zulässigen Berührungsspannung Nach DIN VDE 0100-410:2018-10 muss die Wirksamkeit des zusätzlichen Potentialausglei- ches nachgewiesen werden.

Der Widerstand

𝑅

darf folgende Werte nicht überschreiten:

𝑅 ≤ ^50𝑉

𝐼

_𝑎 bei Wechselspannungen oder

𝑅 ≤ ^120𝑉

𝐼

_𝑎 bei Gleichspannungen

Dabei ist 𝐼_𝑎 der Strom der Schutzeinrichtung, der die Abschaltung im Fehlerfall bewirkt. Dies kann bei einem FI-Schutzschalter der entsprechende 𝐼_𝛥𝑛 sein und bei einer Überstrom- schutzeinrichtung der Auslösestrom, der die Abschaltung nach 5 s bewirkt.

Die 50V oder 120V sind die maximal zulässige Berührungsspannung.

Gibt es in der Anlage verschiedene Stromkreise und auch Überstromschutzeinrichtungen, so legt man den größten Abschaltstrom zugrunde.

Für die Planung ergibt sich im ersten Schritt aus den oben genannten Formeln ein maximaler Widerstand des Potentialausgleichsleiters. Im zweiten Schritt kann man über die Leitfähigkeit den minimalen Querschnitt bestimmen.

Mindestquerschnitt

zusätzlicher Schutzpotentialausgleich

Kupfer

gegen mechanische Beschädigung geschützt verlegt 2,5 mm² nicht gegen mechanische Beschädigung geschützt verlegt 4 mm²

Aluminium mindestens 16 mm²

und

bei einer Verbindung von zwei Körpern elektrische Betriebsmittel untereinander

1 x Querschnitt des keinsten Schutzleiters

bei einer Verbindung von einem Körper eines elektrischen Betriebsmittels mit

einem fremden leitfähigen Teil 0,5 x Querschnitt des Schutzleiter

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𝐴 = ^𝑙

𝑅∗𝜒

^oder

𝐴 = ^𝑙∗𝜌

𝑅

Der Leiter selbst kann mehr- oder feindrähtig, blank oder isoliert sein.

In einer isolierten Ausführung ist er als Schutzleiter zu kennzeichnen. Sowohl als blanker, als auch als Leiter mit einfacher Isolierung (z.B. H07V-U oder H07V-K) darf er direkt im oder unter Putz verlegt werden.

Beispiele:

Im Kälteanlagenbau kann es aus verschiedenen Gründen notwendig sein, einen zusätzli- chen Schutzpotentialausgleich zu errichten.

Lehrbeispiel 6.2a:

In einem Bürogebäude soll eine zentrale Klimaanlage nachgerüstet werden. Von den Au- ßengeräten vor dem Gebäude werden kältemittelführende Rohrleitungen durch die Räume zu den einzelnen Deckenkassetten (Innengeräte) geführt.

Lösung:

Da es sich um Rohrleitungen handelt, die von außen in das Gebäude geführt werden, müssen diese an den (Haupt-) Schutzpotentialausgleich angeschlossen werden. Der Käl- teanlagenbauer wird sich im Regelfall an dem schon vorhandenen Querschnitt des Schutzpotentialausgleiches orientieren und den gleichen Querschnitt verlegen. Wenn möglich sollte er direkt und auf kürzestem Weg von der Haupterdungsschiene einen Leiter zu der Eintrittsstelle der Rohrleitungen in das Gebäude ziehen. Ist dies technisch nicht möglich, sollte er zumindest von der nächst gelegenen größeren Unterverteilung oder einer anderen Schutzpotentialausgleichschiene einen Potentialausgleichsleiter verlegen.

Lehrbeispiel 6.2b:

In einer landwirtschaftlichen Betriebsstätte soll eine Milchkühlung errichtet werden.

Lösung:

Sowie die kältemitführenden oder andere leitfähige Rohrleitungen in das Gebäude geführt werden, müssen sie an den (Haupt-) Schutzpotentialausgleich angeschlossen werden (siehe Lehrbeispiel 6.2a)

Zudem liegt eine Anlage mit besonderen Gefährdungen vor, also eine „Anlage besondere Art“ und daher ist zusätzlich die DIN VDE 0100-705:2007-10 (Anforderungen für Betriebs- stätten, Räume und Anlagen besonderer Art - elektrische Anlagen in landwirtschaftlichen und gartenbaulichen Betriebsstätten) anzuwenden.

Im Abschnitt 705.415.2 dieser Norm wird folgendes gefordert:

„An Orten, die für Nutztiere vorgesehen sind, muss ein zusätzlicher Schutzpotential- ausgleich alle fremden leitfähigen Teile, die von den Nutztieren berührt werden können, miteinander verbinden….“

In der Anmerkung dieses Abschnittes wird dies insbesondere gefordert für Stand-, Liege- und Melkbereiche sowie dazugehörige Gänge, in denen Körper oder fremde leitfähige Teile von Nutztieren berührt werden können.

Der Schutzpotentialausgleichsleiter muss mindestens 4 mm² für Kupfer haben. (ggf. feuer- verzinkter Stahl Durchmesser 8 mm oder 30 x 3mm)

Der Kälteanlagenbauer muss also prüfen, ob seine Anlagenteile von den Nutztieren be- rührt werden können und dann ggf. einen zusätzlichen Schutzpotentialausgleich errichten.

A - Querschnitt l - Länge

ρ - spez. Widerstand

 - Leitfähigkeit für Kupfer 𝜒_𝑐𝑢= 56 ^𝑚

Ω∗𝑚𝑚² R - Leiterwiderstand

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Ungeachtet dessen kann ein zusätzlicher Schutzpotentialausgleich notwendig sein, wenn der „Schutz durch automatische Abschaltung“ nicht gewährleistet ist. In der Praxis ist es aber erfahrungsgemäß sehr unwahrscheinlich, dass die Abschaltbedingung nicht erfüllt wird.

Lehrbeispiel 6.2c:

In einem Physiotherapieraum soll ein Klimagerät (Monosplit) eingebaut werden.

Lösung:

Natürlich werden auch hier kältemittelführenden Rohrleitungen in das Gebäude geführt und diese müssten eigentlich an den (Haupt-) Schutzpotentialausgleich angeschlossen werden. (siehe Lehrbeispiel 6.2a) Nun sind diese Rohrleitungen aber häufig sehr kurz und das Gerät über den Schutzleiter an das Erdungssystem angeschlossen, sodass die Ge- fahr des Einschleppens eines unzulässigen Potentials sehr gering ist. Der Anschluss an den (Haupt-) Schutzpotentialausgleich ist hier nicht üblich und meist auch aufgrund langer Wege technisch sehr aufwändig.

Trotzdem ist hier die Besonderheit eines medizinisch genutzten Raumes zu berücksichti- gen. Es handelt sich wieder um eine Anlage mit einer besonderen Gefährdung, also einer Anlage der besondere Art und daher ist zusätzlich die DIN VDE 0100-710 2012-10 (Anfor- derungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art – Medizinisch genutzte Bereiche) anzuwenden.

Im Abschnitt 710.415.5 dieser Norm kann man dazu folgendes nachlesen:

„In jedem medizinisch genutzten Bereich der Gruppe 1 und Gruppe 2 muss ein zusätzli- cher Schutzpotentialausgleich errichtet und mit der Schutzpotentialausgleichsschiene verbunden sein zum Zwecke des Ausgleichs von Potentialdifferenzen zwischen folgenden Teilen, die in der „Patientenumgebung“ angeordnet sind:

– Schutzleiter;

– fremde leitfähige Teile;

– Abschirmungen gegen elektrische Störfelder, sofern vorhanden;

– Verbindungen zu geschirmten Fußböden, sofern vorhanden…..“

Im Anhang B der Norm werden einige Bespiele der Gruppenzuordnung aufgeführt. Der Physiotherapieraum wird der Gruppe 1 zugeordnet. Somit ist hier ein zusätzlicher Schutz- potentialausgleich zu errichten.

Lehrbeispiel 6.2d:

In der DIN VDE 0100-410:2018-10 wird im Abschnitt 415 - Zusätzlicher Schutz - angemerkt:

„Ein zusätzlicher Schutz kann zusammen mit den Schutzmaßnahmen unter bestimmten Bedingungen von äußeren Einflüssen und in bestimmten speziellen Bereichen festgelegt sein (siehe Gruppe 700 der Reihe DIN VDE 0100 (VDE 0100)).

Die Normenreihe DIN VDE 0100-7…. regelt die Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art. Für viele Einsatzbereiche findet man konkrete Vorgaben, unter anderen eben die Forderung nach einem zusätzlichen Schutzpotentialausgleich.

Was ist aber mit „….unter bestimmten Bedingungen von äußeren Einflüssen…“gemeint.

Lösung:

Die Frage, die sich der Errichter auch im Rahmen der Risikobeurteilung stellen muss, ist:

Reichen die Schutzmaßnehmen aus, um eine Gefahr durch die Elektrizität für dritte soweit zu reduzieren, wie es in der Risikobeurteilung festgelegt wurde? Normalerweise ist man gut aufgestellt, wenn man die Normen anwendet und konsequent umsetzt. Jedoch können nicht alle Besonderheiten, die es in elektrischen Anlagen gibt, normativ erfasst und abge-

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bildet werden. Das bedeutet, dass der Errichter im Einzelfall, wenn er eine erhöhte Ge- fährdung erkennt, also „….unter bestimmten Bedingungen von äußeren Einflüssen…“, hier auch zusätzliche Maßnahmen treffen sollte.

Beispiel:

Die Türrahmenheizung einer Kühlzelle. Es besteht die Gefahr, dass bei der Bestückung der Kühlzelle der Eigentümer mit einem Hubwagen oder einem Gabelstapler gegen den Türrahmen fährt und diese beschädigt. Im ungünstigsten Fall wird durch das beschädigte Blech der Zellenelemente die Isolierung des Außenleiters beschädigt und das Blech des Zellenelementes nimmt das Potential des Außenleiters an. Das Element steht also gegen- über der Erde (Erdpotential) unter Spannung.

Es kann somit „….unter bestimmten Bedingungen von äußeren Einflüssen…“ für den Be- treiber zu einer Gefährdung kommen, wenn er dieses Zellenelement berührt. Die Kühlzel- lenelemente sind im Regelfall nicht geerdet. Somit würde bei einem Körperschluss auch keine Abschaltung des fehlerbehafteten Stromkreises (Türrahmenheizung) durch eine Überstromschutzeinrichtung erfolgen.

Bild 2a :mögliche Beschädigung einer Türrahmenheizung

Ein anderes Problem ist die Verdrahtung des Türelementes der Kühlzelle, da einige Her- steller diese nur mit Einzeladern, also nur mit einer Basisisolierung, fertigen. Es besteht die Gefahr, dass bei einer Beschädigung der Basisisolierung das Blech des Kühlzellenele- mentes unter Spannung steht. Besonders sollte also auf die Leitungsdurchführungen ge- achtet werden.

Bild 2b: Verdrahtung eines Kühlzellenelementes

scharfe Blechkante

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Abhilfe würde hier ein zusätzlicher Schutzpotentialausgleich schaffen, welchen man an das Zellenelement anschließt.

Sollte es in der Nähe keinen zusätzlichen Schutzpotentialausgleich geben, kann man vom Schutzleiter einer vorhandenen Unterverteilung ausgehen. Existiert auch keine Unterver- teilung in der Nähe, so kann die Verbindung letztendlich auch zu einem Klemmkasten (Ab- zweigdose) hergestellt werden. In diesem Beispiel wäre das der Anschlusskasten der Tür- rahmenheizung.

Im einfachsten Fall werden also die gleichzeitig berührbaren Teile, das Zellenelement und der Fußboden mit dem Erdpotential, durch eine Brücke mit einem grün-gelben Leiter (zu- sätzlicher Schutzpotentialausgleich) auf das gleiche Potential gebracht. Es besteht keine Gefahr mehr für den Nutzer und die Abschaltung durch eine Überstromschutz-einrichtung der Heizung ist auch sicher gestellt.

 Querschnittsermittlung hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und des Schutzleiters

Als Mindestquerschnitt bei geschützter Verlegung ist 2,5mm² zu wählen.

Da es ich um eine Verbindung von einem Körper einem elektrischen Betriebsmittels zu einem fremden leitfähigen Teil handelt, wird zudem der Mindestquerschnitt 0,5 x Quer- schnitt des Schutzleiters vorgeschrieben. Nehmen wir als Zuleitung zur Abzweigdose einen Querschnitt von 2,5mm² an, so wäre hier die Forderung 0,5 mal 2,5mm² = 1,25mm² ausreichend.

Die geschützte Verlegung fordert aber generell einen Mindestquerschnitt von 2,5mm²

 Querschnittsermittlung hinsichtlich der zulässigen Berührungsspannung Der Nachweis der Bedingung

𝑅 ≤

^50𝑉

𝐼_𝑎 könnte wie folgt aussehen:

Nimmt man an, dass die Absicherung der Türrahmenheizung über einen 10A Leitungs- schutzschalter Typ B erfolgt, müsste der 5-fache Nennstrom fließen, damit die Sicherung innerhalb von 5s auslöst. Das bedeutet:

𝑅 ≤ 50𝑉

𝐼

_𝑎

= 50𝑉

5 ∗ 10𝐴 = 1Ω

Die Verbindung von der Abzweigdose zum Blech des Zellenelementes wird sicher sehr kurz sein. Nehmen wir einmal 30cm an.

Mit

𝐴 =

^𝑙

𝑅∗𝜒

=

^0,3𝑚

1Ω∗56 ^𝑚

Ω∗𝑚𝑚2

= 0,00536𝑚𝑚²

Da wegen der mechanischen Festigkeit bei geschützter Verlegung mindestens 2,5mm² verlegt werden muss, lautet das Ergebnis hier mindestens 2,5mm².

Lehrbeispiel 6.2e:

Ein weiteres Beispiel für die Forderung:

„….unter bestimmten Bedingungen von äußeren Einflüssen…“ wären Blechkanäle mit Segeltüchern. In Luftkanälen oder anderen Rohren/Kanälen, in denen nichtleitende Me- dien strömen, kann es durch Reibung zu elektrostatischen Aufladungen der Bauteile kommen. Das heißt, die einzelnen Teile eines Lüftungskanales oder Teile von Rohrsystemen können untereinander oder zur Umgebung unter Spannung stehen.

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Bild 2c: zusätzlicher Schutzpotentialausgleich an Lüftungskanälen Lösung:

Auch hier stellt sich die Frage, die sich der Errichter auch im Rahmen der Risikobeurtei- lung stellen muss, ist:

Reichen die Schutzmaßnehmen aus, um eine Gefahr durch die Elektrizität für dritte soweit zu reduzieren, wie es in der Risikobeurteilung festgelegt wurde?

Einen Potentialausgleich zwischen den Bauteilen würde zu einem spannungs- also Poten- tialausgleich führen.

Die Dimensionierung des Potentialausgleichsleiters kann analog dem Lehrbeispiel 6.2d unter Berücksichtigung der mechanischen Festigkeit und der zulässigen Berührungsspan- nung erfolgen. Letztere ist in diesem Fall schwierig nachzuweisen.

Erfahrungsgemäß ist ein Querschnitt von 6 mm² in flexibler Ausführung ausreichend, da die fließenden Stromstärken relativ gering sind.

Diese Beispiele sollten zeigen, welche Aufgaben der Schutzpotentialausgleich besitzt und dass der Errichter als Elektrofachkraft eigene individuelle Entscheidungen treffen muss, wenn er eine besondere Gefährdung sieht. Natürlich ist das nicht einfach, aber Elektrofach- kraft ist eben auch nur derjenige, der ausreichende Erfahrungen und Kenntnisse der entspre- chenden Normen mitbringt.

Zum Schluss noch einige Hinweise, die sich auch der DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) Sicher- heit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforde- rungen ergeben.

Im Abschnitt 8 findet man Anforderungen für Schutzpotentialausgleich und Funktionspotenti- alausgleich.

Der Schutzpotentialausgleich dient dabei der grundlegenden Vorsorge für den Schutz im Fehlerfall, also dem Schutz von Personen gegen elektrischen Schlag.

Der Funktionspotentialausgleich soll die Auswirkungen eines Isolationsfehlers, die Auswir- kungen von elektrischen Störungen auf empfindliche elektrische Ausrüstung und die Auswir- kungen von induzierten Strömen durch Blitzschlag, welche die elektrische Ausrüstung beein- flussen oder zerstören könnten reduzieren.

Ein Funktionspotentialausgleich wird durch eine Verbindung mit dem Schutzleitersystem er- reicht. Eine strikte Trennung von Schutzpotentialausgleich und Funktionspotentialausgleich ist nicht zwingend vorgeschrieben und meist auch nicht möglich.

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Das Schutzleitersystem mit Potentialausgleich einer Maschine sollte wie folgt aussehen:

Bild 2d: Struktur des Schutzleitersystem mit Potentialausgleich einer Maschine

Bezüglich der Anforderungen an den Schutzpotentialausgleich wird in der DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) auf das Kapitel 8.2 „Schutzleitersystem“ verwiesen. Die Begrifflichkeiten Schutzpotentialausgleich und Schutzleitersystem werden in der Norm zweckübergreifend verwendet, da sowohl eine aufgabenbezogene Trennung als auch eine klare physische Trennung dieser Systeme in der Praxis meist nicht möglich ist.

Alle Teile des Schutzleitersystems, und damit auch des Schutzpotentialausgleichsystems, müssen so beschaffen sein, dass sie in der Lage sind, den höchsten thermischen und mechanischen Beanspruchungen durch Erdschluss- oder Körperschlussströme standhalten.

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Der Querschnitt eines jeden Schutzleiters, der nicht Teil einer Leitung ist, oder nicht in einer gemeinsamen Umhüllung mit dem aktiven Leiter ist, muss folgende Bedingung erfüllen:

Als geschützte Verlegung wir die Verlegung in einem Installationsrohr, einem Kabelkanal o- der in ähnlicher Weise geschützt verlegt angesehen.

Fazit: Auch wenn bei Maschinen die Aufgaben des Schutzleitersystems und des Schutzpo- tentialausgleiches verschwimmen und in der Praxis eine klare physische Trennung der Sys- teme meist nicht möglich ist, ist deren Mindestquerschnitt nach den zu erwartenden Fehler- strömen zu dimensionieren. Bezüglich der mechanischen Festigkeit sind die in der oben genannten Tabelle aufgeführten Querschnitte zu verlegen.

Mindestquerschnitt Schutzleiter

Kupfer

gegen mechanische Beschädigung geschützt verlegt 2,5 mm² nicht gegen mechanische Beschädigung geschützt verlegt 4 mm²

Aluminium mindestens 16 mm²

Der Potentialausgleich