Nur durch eine korrekt installierte Erdungsanlage und das Ein­binden aller notwendigen Komponenten in die Erdungsanlage kann ein sicherer Betrieb der elektrotechnischen Gesamtan­ lage und so auch der Ladeinfrastruktur der Elektromobilität sichergestellt werden.

Durch die Erdungsmaßnahmen werden Blitzströme, Fehlerströ­me und potentielle Betriebströme abgeleitet und großflächig verteilt. Damit werden die Personensicherheit, die Anlagen und Betriebssicherheit sowie eine ordnungsgemäße Funktion der Betriebsmittel sichergestellt.

Ob und wie eine Erdungsanlage auszuführen ist, wird auf­grund der Relevanz des Themas an vielen verschiedenen Stel­len beschrieben:

  • DIN VDE 0100-410: Enthält wesentliche Anforderungen für den Schutz gegen elektrischen Schlag, einschließlich Basisschutz und Fehlerschutz von Personen und Nutztieren. Sie behandelt die Anwendung und Koordinierung dieser Anforderungen in Beziehung zu äußeren Einflüssen.
  • DIN VDE 0100-540: Dieser Teil der Normenreihe DIN VDE 0100 (VDE 0100) gilt für Erdungsanlagen und Schutzleiter einschließlich Schutzpotentialausgleichsleiter. Ziel ist es, die Sicherheit elektrischer Anlagen zu erfüllen. Zudem wird hin­sichtlich Planung und Ausführung von Erdungsanlagen an unterschiedlichen Stellen dieser Norm auf die DIN 18014 ver­wiesen. Bei Vorhandensein eines äußeren Blitzschutzsystems gilt für Erdungsanlagen zusätzlich die DIN EN 62305­-3.
  • VDE-AR-N 4100: Diese VDE­Anwendungsregel fasst die technischen Anforderungen zusammen, die bei der Planung, bei der Errichtung, beim Anschluss und beim Betrieb von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz des Netzbetreibers zu beachten sind. Weiterhin wird beschrie­ben, an welchem Punkt der Anlage bei einem TNC­System die Auftrennung des PEN in N und PE erfolgt. Sie ist für An­lagen anzuwenden, die neu an das Niederspannungsnetz angeschlossen werden, sowie bei einer Erweiterung oder Änderung bestehender Anlagen.

Auch die Anwendungsregel VDE­-AR­-N 4100 verweist zudem auf die DIN 18014.

  • DIN 18014: Diese Norm gilt für die Planung und Ausfüh­rung von Fundamenterdern. Fundamenterder/Ringerder nach dieser Norm dienen u. a. für folgende Maßnahmen:
    • als Anlagenerder zur Verbindung mit dem Schutzpoten­tialausgleich über die Haupterdungsschiene nach DIN VDE 0100­-540 (VDE­-0100­-540);
    • zum Funktionspotentialausgleich und zur Funktions­erdung;
    • zur Potentialsteuerung in Gebäuden nach DIN VDE 0100­-444 (VDE 0100­-444) und DIN EN 50310 (VDE 0800­-2­-310);
    • zur Erdung von Blitzschutzsystemen und Überspannungs­schutzeinrichtungen.

Die Anforderungen an die Ausführung der Ringerder kön­nen auch für die nachträgliche Installation bei bestehenden Gebäuden angewendet werden.

Für Bandstahl wird ein Mindestmaß von 30 mm x 3,5 mm und für Rundstahl ein Mindestdurchmesser von 10 mm defi­niert.
Rund­ und Bandstähle im Erdreich (Ringerder) müssen dau­erhaft korrosionsbeständig sein, z.B. nichtrostender Stahl mit der Zusammensetzung Chrom > 16 %, Nickel > 5 %, Molybdän > 2 %, Kohlenstoff < 0,08 %., zum Beispiel Werkstoffnummer 1.4571 oder 1.4404. Aufgrund der Forderung ist feuerverzink­tes Material nicht zulässig!

Ist ein Blitzschutzsystem installiert oder sind beispielsweise auf Basis einer Risikoanalyse direkte Blitzentladungen zu er­ warten, so gelten zusätzliche normative Anforderungen:

  • DIN VDE 0185-305-3: Der vorliegende Teil der DIN VDE 0185­-305­-3 enthält Anforderungen für den Schutz einer bau­ lichen Anlage gegen physikalische Schäden mit Hilfe eines Blitzschutzsystems (LPS) und für den Schutz gegen Verletzun­ gen von Lebewesen durch Berührungs­ und Schrittspannun­ gen in der Nähe eines Blitzschutzsystems. Diese Norm gilt für:
    • a) die Planung, Errichtung, Prüfung und Wartung von Blitz­schutzsystemen für bauliche Anlagen ohne Einschrän­kung bezüglich ihrer Höhe;
    • b) das Ergreifen von Schutzmaßnahmen gegen Verletzun­gen von Lebewesen durch Berührungs-­ und Schrittspan­nungen.

Diese zusätzlichen Anforderungen bei einem Blitzschutz­system werden in diesem Schutzvorschlag nicht behandelt.

Anforderung an Ladeinfrastruktur

Generell ist immer die Personensicherheit bei elektrischen Ge­fahren zu gewährleisten, unabhängig von der Thematik Blitz­- und Überspannungsschutz, d.h. dass beispielsweise in einem TT­-System die entsprechenden Erdungswiderstände sicherge­stellt sind, sodass der RCD­- bzw. FI­-Schutzschalter dauerhaft funktioniert.

Öffentliche Ladesäulen mit Netzanschluss

Werden Ladesäulen mit Netzanschluss im öffentlichen Be­reich installiert, fallen diese in den Geltungsbereich der VDE­-AR­-N­-4100, unabhängig davon welche Blitz­- und Überspan­nungsschutzvariante verbaut ist. Diese verweist gleichzeitig auf die DIN 18014. In Anlehnung daran wird unabhängig vom Netzsystem die Erdungsanlage für Ladesäulen in Form eines Ringerders, z.B. 10 mm­ Rundmaterial oder 30 mm x 3,5 mm Flachmaterial aus NIRO V4A oder gleichwertig gefordert.

Der Ringerder ist entweder separat für eine einzelne Ladesäu­le zu errichten oder ist für einen Ladepark als ganzheitlicher Ringerder auszuführen, an dem die einzelnen PA­ Anschlüsse der Ladesäulen angeschlossen sind. Diese Anbindung kann z.B. auch mit einem Kupferseil mit einem Mindestquerschnitt von 16 mm2 oder gleichwertig erfolgen.

Der Ringerder muss unterhalb der Frosttiefe verlegt werden. Jeg­liche Klemmstellen im Erdreich sind mit einer entsprechenden Korrosionsschutzbinde zusätzlich zu umwickeln (Bild 9.49.1). Gemäß DIN 18014 gibt es keine geforderten Widerstandswer­te. In Anlehnung der Blitzschutznorm DIN VDE 0185­-305 ist ein empfohlener Erdungswiderstand von 10 Ω anzustreben.

Bild 9.49.1 Angebrachte Korrosionsschutzbinde formschlüssig um Klem­ mverbindung im Erdreich

Ladeinfrastruktur im privaten und halböffentlichen Bereich

Werden in Ladesäulen Typ 1­ Ableiter verbaut, so ist gemäß DIN VDE 0100­-534 immer ein separater Potentialausgleichsan­schluss für SPD zu realisieren, welcher mit dem örtlichen Er­dungssystem zu verbinden ist. Der Anschluss an den vom EVU­ ankommenden PEN oder PE­-Leiter alleine ist nicht ausreichend. Das örtliche Erdungssystem kann entweder in gleicher Weise wie bei öffentlichen Ladesäulen realisiert werden oder alterna­tiv wie in DIN VDE 0185­-305­-3 beschrieben. So können bei Blitz­schutzklasse III je Ladesäule einzelne lokale Tiefender mit einer Mindestlänge von 2,5 m unterhalb der Frosttiefe oder Strahlen­ erder mit einer Mindestlänge von 5 m unterhalb der Frosttiefe installiert werden. Die Längen sind soweit einzubringen, bis der empfohlene Erdungswiderstand von 10 Ω erreicht wird (Bild 9.49.2 und Bild 9.49.3).

Bild 9.49.2 Vertikaler Erder, beispielsweise mit Tiefenerder, 20 mm, NIRO V4A
Bild 9.49.3 Horizontaler Erder, beispielsweise mit Bandstahl, 30 mm x 3,5 mm, NIRO V4A

In einem Ladepark ist vorzugsweise ein ganzheitlich vermasch­tes, niederimpedantes Erdungssystem zu realisieren. Alle Bestandteile der Ladeinfrastruktur, wie beispielsweise Vertei­lerschränke oder Ladesäulen, sind zum Zwecke des bestmögli­chen Potentialausgleichs entsprechend anzubinden. Alternativ kann der Ladepark auch an ein bestehendes Er­dungssystem angebunden werden. Dies hat mit dafür geeig­neten und geprüften Verbindungselementen zu erfolgen. Die dauerhafte Funktion ist hierbei sicherzustellen. Kann diese nicht zweifellos messtechnisch nachgewiesen werden, so ist ein neues Erdungssystem wie beschrieben zu errichten.

Schritt- und Berührspannung

Je nach individueller Gefährdungsbeurteilung ist zu bewerten, ob auf Basis der lokalen Gegebenheiten bei direkten oder na­hen Blitzentladungen die Gefährdung von Menschen durch Schritt­ und Berührspannung entstehen kann.

Beispielsweise kann dies der Fall sein, wenn eine Ladepark­ überdachung mit konventionellem äußerem Blitzschutz ge­geben ist. Befinden sich sich dann Menschen in unmittelba­rer Nähe der konventionellen Blitzschutzanlage, kann es zu Schritt­- und Berührungsspannungen kommen.

Auf Basis DIN VDE 0185­-305 sind folgende Ansätze zur Ver­meidung dieser Gefährdung möglich:

  • Konventionelle Ableitungseinrichtung (blankes Rundmate­rial) des äußeren Blitzschutzes ersetzen durch eine hoch­spannungsfeste isolierte CUI­-Leitung (Art.Nr. 830 208) zur Vermeidung von Berührspannung;
  • Potentialsteuerung im Aufenthaltsbereich von Personen durch blitzstromgeprüfte Gittermatten installieren, zur Ver­meidung von Schrittspannung (Bild 9.49.4).
Bild 9.49.4 Ganzheitlich vermaschtes Erdungssystem inkl. Potentialsteuerung im Bereich des Personenaufenthalts zur Vermeidung von Schrittspannung

Das Anbringen von Hinweisschildern ist eine weitere Maßnah­me zur Vermeidung von Gefährdungen.

Anforderungen an Potentialausgleich von metallenen Konstruktionsteilen

Bei der Verwendung von metallischen Strukturen zur Kabelfüh­rung sind alle Komponenten untereinander zum Zwecke des Potentialausgleichs blitzstromtragfähig zu verbinden.

Zur Anbindung von Rohrsystemen eignen sich beispielsweise blitzstromgeprüfte Bandrohrschellen (z.B. Art.­-Nr. 540 104) (Bild 9.49.5).

Bild 9.49.5 Potentialausgleich von metallischen Konstruktionsteilen mittels blitzstromgeprüften Bandrohrschellen

Auswahl von Werkstoffen

Grundsätzlich ist sicherzustellen, dass das Erdungssystem dauerhaft funktionsfähig ist. Um dies zu erreichen und eine möglichst wartungsarmes Erdungssystem zu errichten, ist zu empfehlen, dauerhaft korrosionsbeständiges Material zu ver­wenden.

Als Erdungsmaterialien sind Mindestdimensionen von 10 mm­ Rundmaterial oder 30 mm x 3,5 mm Bandstahl oder größer auszuwählen.
Die Mindestmaße von Leitern, die verschiedene Potential­ausgleichsschienen miteinander oder mit der Erdungsanlage verbinden, sind bei Kupfer 16 mm2, Aluminium, 25 mm2 oder Stahl 50 mm2.

  • Ringerder: Gemäß DIN 18014 müssen Rund­- und Band­stähle im Erdreich dauerhaft korrosionsbeständig sein, z.B. nichtrostender Stahl mit der Zusammensetzung Chrom > 16 %, Nickel > 5 %, Molybdän > 2 %, Kohlenstoff < 0,08 %, (z. B. Werkstoffnummer 1.4571 oder 1.4404). Auf­grund dieser Forderung ist feuerverzinktes Material nicht zulässig.
    Alternativ zu den genannten Rund­- und Bandstahl können zudem auch mehrdrähtige Kupferseile (blank oder verzinnt) mit mindestens 50 mm2 verwendet werden.
  • Generell: Sind gemäß Gefährdungsbeurteilung direkte oder nahe Blitzbeanspruchungen zu erwarten, so müssen die Verbindungsklemmen nach DIN EN 62561­-1 auf Blitz­stromtragfähigkeit geprüft und ausgewiesen sein.

(Tabelle 9.49.1)

Artikel

Material

Anwendung

Art.-Nr.

 

Hammereinsätze für Vibrationshämmer

St

Für BOSCH / HILTI / Millwaukee zum fachgerechten Eintreiben von Tiefen­ erdern 20 mm

Runddraht 10 mm

NIRO (V4A)

Ringerder

Bandstahl 30 x 3,5 mm

NIRO (V4A)

Ringerder

Tiefenerder

NIRO (V4A)

Stablänge 1500 mm, Durchmesser 20 mm

Schlagspitze für Tiefenerder

TG/tZn

Für leichteres Eintreiben

Verbindungsklemme für Tiefenerder 20 mm

NIRO (V4A)

Verbindung von Tiefenerder an Rund­ (10 mm) oder Flachmaterial
(30 x 3,5 mm), z. B. an Ringerder

Verbindungsklemme für Tiefenerder 20 – 25 mm

NIRO (V4A)

Verbindung von Tiefenerder an Rund­ materialien 8 – 10 mm oder Anschlusslei­ter (ein­ oder mehrdrähtig 4 – 50 mm2)

Korrosionsschutzbinde

Petrolat

Schutz von Verbindungskomponenten

Potentialausgleichs­schiene

CU/gal Sn

Potentialausgleich

Gittermatte

NIRO (V4A)

Zur Potentialsteuerung

Verbindungsklemme für Gittermatte

NIRO (V4A)

Klemmbereich Rd/Rd 8–10/3–5 mm

Bandrohrschelle

NIRO

Potentialausgleich

Anschlussklemme für Stahlträger

NIRO

Potentialausgleich

CUI­Leitung

CU/vPE

Schutz von Berührspannung

Tabelle 9.49.1 Beispielhafte Auswahlhilfe von Erdungs­ und Potentialausgleichsmaterialien

Dokumentation

Bei der Errichtung des Erdungssystems ist eine vollständige Dokumentation inklusive Bilddokumentation in Anlehnung an DIN 18014 zu erstellen.

Serviceleistungen durch DEHN

Folgende Bausteine für ein komplettes Blitzschutz­ und Er­ dungskonzept bietet DEHN:

  • Risikoanalysen nach DIN VDE 0185­-305­-2
  • Planung des äußeren Blitzschutzsystems
  • Planung von Erdungssystemen für Neu­- und Bestandsbauten
  • Erstellung eines Überspannungsschutzkonzeptes
  • Digitalisierung von Bestandsanlagen mithilfe von Laser­scanning
  • Dimensionierung der Erdungsleiterquerschnitte an Trans­formatorstationen
  • Simulation von Schritt­ und Berührspannung bei Transfor­matorstationen
  • Besichtigungen und Projektbesprechungen vor Ort

DEHNconcept: https://www.dehn.de/de/dehnconcept-planung-von-blitzschutzsystemen