Auf einen BlickHochspannungsanlagen erfordern eineErdungsanlage, deren wichtigste Auf-gabe es ist, Menschen gegen die Aus-wirkungen von Erdkurzschlüssen undErdschlüssen zu schützen.

Für die Niederspannungsanlagen istneben der Einhaltung der Abschaltbe-dingungen der Potentialausgleich imAllgemeinen und speziell der Schutz-potentialausgleich eine elementareMaßnahme zum Schutz bei indirektemBerühren.

Energietechnische elektrische Anlagenführen im Betriebs- und Fehlerfall zueiner elektromagnetischen Beeinflus-sung der Umgebung. Um einen ein-wandfreien Betrieb von Geräten inner-halb und außerhalb der Anlage zu ge-währleisten, stellt der Potentialaus-gleich durch die Erdungsanlage auchfür höhere Frequenzen eine wichtigeTeilmaßnahme dar.

Gebäude und elektrische Anlagen be-nötigen eine Blitzschutzanlage, umzum einen das Risiko einer Personen-gefährdung und zum anderen das Risi-ko eines Ausfalles oder gar der Zerstö-rung der Anlage auf eine akzeptableGröße zu reduzieren. Hierbei sind Po-

tentialausgleich und Erdung elementa-re Bestandteile eines Blitzschutzkon-zeptes.

Unser Portfolio umfasst für alle Artenvon Anlagen der elektrischen Energie-versorgung z.B. von Industrie, Bahnoder Energieversorgungsunternehmenunter anderem:

· Messung des spezifischen Erdbo-denwiderstandes

· Planung von Erdungs- und Potenti-alausgleichsanlagen

· Messtechnische Überprüfung vonErdungsanlagen mit unterschied-lichen Messmethoden (z.B. Strom-Spannungsmethode gemäßEN 50522 oder IEEE81.2)

· Bewertung von Erdungskonzeptenund Erdungsanlagen

· Simulation von Erdungsanlagen undBerechnung von Oberflächenpo-tentialen

· Berechnung der Nullsystemströmein elektrischen Energieversor-gungsnetzen sowie der Strom-verteilungen innerhalb des Erdungs-systems

· Erstellen von Blitzschutzkonzepten(e.g. IEC62305, IEC61936, IEEE998)

· Überprüfung von Blitzschutzanlagen

· Störungsklärung

Die HerausforderungDas Erdungs- und Potentialausgleichs-system ist ein komplexes elektrischesNetzwerk aus Komponenten der Bau-,Maschinen-, Hochspannungs-, Nieder-spannungs-, Steuerungs- und Leittech-nik.

Darüber hinaus stellen aus den unter-schiedlichen vorgenannten Gesichts-punkten heraus eine Vielzahl von nati-onalen und internationalen Vorschrif-ten Anforderungen an die Erdungs- Po-tentialausgleichs- und Blitzschutzanla-ge.

Ziel ist es, unter Berücksichtigung dertechnischen und wirtschaftlichen As-pekte eine normenkonforme Erdungs-und Potentialausgleichsanlage zu pla-nen, die sowohl die Personensicherheitals auch eine hohe Verfügbarkeit derAnlage ermöglicht.

Aufgaben aus diesem Themenbereichergeben sich z.B. bei:

· Errichtung einer neuen Anlage

· Forderungen nach dem Nachweisder Einhaltung der zulässigen Be-rührungsspannung

· Veränderung einer bestehenden An-lage durch Erweiterung oder Ersatz

· Veränderungen in den angeschlos-senen elektrischen Energieversor-gungsnetzen

· Störungsklärungen

Erdung undPotentialausgleichErdungskonzepte für Hoch- undNiederspannungsanlagen;Messtechnische Überprüfung undBewertung von Erdungsanlagen

siemens.de/power-technologies

Unsere LösungGrundlage für die Entwicklung der in-dividuellen Konzepte und für die Stö-rungsklärungen sind unsere lang-jährige Erfahrung und Kompetenzen inden folgenden Themenbereichen:

· Technische und physikalische Zu-sammenhänge in Erdungs- und Po-tentialausgleichsanlagen

· Nationale und internationale Vor-schriften

· Leistungsfähige Softwaretools zurBerechnung der relevanten elektri-schen Größen.

· Planung von Konzepten für elektri-sche Energieversorgungsanlage wiez.B. Kraftwerke, Schaltanlagen,Konverterstationen, Offshore-Anlagen, Magnetschwebebahnen,Stahlwerke, Automobilindustrie,chemische Industrie….

· Messtechnische Überprüfung undBewertung der unterschiedlichstenErdungsanlagen weltweit

Im Folgenden werden anhand vonzwei Beispielen typische Lösungsan-sätze vorgestellt.

Anwendungsbeispiel 1Das Beispiel beschreibt die typischeVorgehensweise bei Auslegung einerErdungsanlage für eine Hochspan-nungsanlage am Beispiel einer PV-Anlage mit 10 MVA Anschlussleistungund extremen Erdbodenverhältnissen.

1) Messung des spezifischen Erdbo-denwiderstandes (Abbildung 1)

Abb. 1: Messaufbau Wenner-Methode

2) Datensammlung

3) Bestimmung der maßgebendenStröme

4) Basisauslegung der Anlage mitAngaben zu Material und erfor-derlichen Querschnitten

5) Planung und Simulation der ge-planten Erdungsanlage und Be-rechnung der Oberflächenpoten-tiale in kritischen Anlagenberei-chen (Abbildung 2)

Abb. 2: Beispiel für die berechneten Oberflä-chenpotentiale

6) Messtechnische Überprüfung mitder Strom-Spannungsmethode.(Abbildung 3)

Abb. 3: Messaufbau Strom-Spannungs-Methode

Durch Einbindung der aus statischerSicht notwendigen einbetoniertenStahlstrukturen in der Fläche der So-laranlage und dem rechnerischenNachweis der erdungstechnischen Wir-kung konnte hier auf die vollständigeSchotterung der Solaranlagenflächeoder das Einbringen eines flächende-ckenden Erdungsnetzes aus Kupfersei-len verzichtet werden.

Anwendungsbeispiel 2Das Beispiel beschreibt die Störungs-klärung nach einem Kabelfehler im Be-reich der Endverschlüsse einer Hoch-stromverbindung mit Mittelspan-nungskabeln. (Abbildung 4) Die End-verschlüsse wiesen starke thermischeSchäden auf.

Abb. 4: Thermische Schäden

1) Diskussion des Fehlerereignisses

2) Ortsbesichtigung und Aufnahmedes Ist-Zustandes der Erdungs-und Potentialausgleichsanlage

3) Analyse des Störungsgeschehens

4) Berechnung der Stromverteilungauf Kabelschirme und umgeben-de Erdungsanlage

5) Diskussion der Ergebnisse undLösungsvarianten mit den Kabel-spezialisten

6) Erstellung eines Konzeptes fürdie Schirmbehandlung der Mit-telspannungskabel und der Er-dung in der unmittelbaren Um-gebung der betrachteten Span-nungsebene

7) Dokumentation und Prüfung derrealisierten Lösung mittels Wär-mebildkamera sowie Messungder Ströme in den Komponentender Erdungsanlage

Durch die Entwicklung eines durch-gängigen Konzeptes wurde eine Refe-renz erarbeitet, die über diese Störunghinaus in Zukunft in vergleichbarenAnlagen angewendet wird. Für daskonkrete Projekt wurde mit der klarenUrsachenanalyse die Basis für eineteilweise Übernahme der Kosten durchdie ausführende Fachfirma geschaffen.

Top layer rt

Bottom layer rb

Potential electrodePotential electrode

Current electrodeCurrent electrode

Thickness of top layer h

Electrode spacing a

Measuring device

R in Ohm

HerausgeberSiemens AG 2018

Energy Management DivisionFreyeslebenstraße 191058 Erlangen, Deutschland

Kontaktieren Sie uns:power-technologies.energy@siemens.com

AL=N, ECCN=EAR99Änderungen und Irrtümer vorbehalten.Die Informationen in diesem Dokumententhalten lediglich allgemeine Beschrei-bungen bzw. Leistungsmerkmale, welcheim konkreten Anwendungsfall nicht immerin der beschriebenen Form zutreffen bzw.welche sich durch Weiterentwicklung derProdukte ändern können. Die gewünsch-ten Leistungsmerkmale sind nur dann ver-bindlich, wenn sie bei Vertragsabschlussausdrücklich vereinbart werden.