Erdungssysteme in explosionsgefährdeten Anlagen

Bei Prüfungen von Ex-Anlagen richtet sich die Aufmerksamkeit häufig auf Zündschutzarten, Temperaturklassen, Gerätegruppen, EPL und die korrekte Ex-Kennzeichnung. Das ist wichtig. Ein grundlegender Teil der elektrischen Anlage bleibt dabei jedoch in der Praxis oft zu wenig beachtet: das Erdungs- und Potenzialausgleichssystem.

In vielen industriellen Anlagen ist die Struktur des Niederspannungsnetzes historisch gewachsen. Erweiterungen, Umbauten, Modernisierungen und provisorische Einspeisungen haben dazu geführt, dass unterschiedliche Netzformen und Erdungskonzepte nebeneinander bestehen. In explosionsgefährdeten Bereichen kann das sicherheitstechnisch relevanter sein, als es auf den ersten Blick erscheint.

Die Art der Erdung bestimmt, wie Fehlerströme fließen, welche Berührungsspannungen auftreten können und wie schnell Schutzorgane abschalten. Dieses Grundprinzip ist aus der DIN VDE 0100 beziehungsweise IEC 60364 bekannt, in der die Netzformen TT, TN und IT beschrieben werden. Für die klassische Elektrotechnik ist das ein Basisthema. Im Explosionsschutz kann es jedoch unmittelbar mit der Vermeidung wirksamer Zündquellen zusammenhängen.

In einem TT-System besitzt die Anlage eine eigene Erdungsanlage, die von der Erdung der Stromquelle unabhängig ist. Bei einem Isolationsfehler fließt der Fehlerstrom über Erde zur Quelle zurück. Da dieser Rückweg häufig eine vergleichsweise hohe Impedanz aufweist, bleibt der Fehlerstrom begrenzt. Deshalb sind Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen für die zuverlässige Abschaltung von zentraler Bedeutung. In industriellen Anlagen muss dabei besonders geprüft werden, ob die Abschaltbedingungen, der Potenzialausgleich und die Erdungswiderstände unter realen Betriebsbedingungen dauerhaft eingehalten werden.

Im TN-S-System sind Neutralleiter und Schutzleiter durchgängig getrennt. Bei einem Körperschluss fließt der Fehlerstrom über einen niederimpedanten Schutzleiterpfad zur Quelle zurück. Dadurch entsteht ein ausreichend hoher Fehlerstrom, sodass Sicherungen, Leistungsschalter oder andere Schutzorgane schnell abschalten können. Für viele industrielle Prozessanlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen ist eine konsequent aufgebaute TN-S-Struktur deshalb besonders robust, weil sie zuverlässige Abschaltbedingungen mit einem stabilen Schutz- und Potenzialausgleichssystem verbindet.

Besondere Aufmerksamkeit ist erforderlich, wenn Teile einer Anlage noch als TN-C-System oder mit PEN-Leitern ausgeführt sind. In diesem System sind Schutzfunktion und Neutralleiterfunktion in einem Leiter kombiniert. Eine Unterbrechung oder schlechte Verbindung dieses PEN-Leiters kann dazu führen, dass berührbare metallische Gehäuse oder leitfähige Konstruktionsteile gefährliche Potenziale annehmen. In explosionsgefährdeten Bereichen kann ein solches Potenzialgefälle zu unzulässiger Funkenbildung führen, insbesondere wenn leitfähige Teile miteinander verbunden, getrennt oder berührt werden.

Die Errichtungsanforderungen für elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen nach DIN EN IEC 60079-14 legen deshalb großen Wert auf einen wirksamen Schutzpotenzialausgleich, geeignete Schutzleiterverbindungen, sichere Kabel- und Leitungseinführungen sowie die Vermeidung gefährlicher Potenzialunterschiede. Die Norm schreibt nicht pauschal eine einzige Netzform für alle Ex-Anlagen vor. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass eine sauber dokumentierte, konsequent getrennte TN-S-Struktur mit geprüften Potenzialausgleichsverbindungen häufig die technisch robusteste Lösung für industrielle Ex-Installationen ist.

Auch die Betriebssicherheitsverordnung und die Gefahrstoffverordnung verlangen keine abstrakte Diskussion über Netzformen, sondern eine nachvollziehbare Gefährdungsbeurteilung. Für den Betreiber zählt, ob elektrische Fehler, Ausgleichsströme, statische Aufladung, Berührungsspannungen und mögliche Funkenbildung unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen beherrscht werden. Das Explosionsschutzdokument sollte deshalb nicht nur Zoneneinteilung, Gerätelisten und Prüfintervalle enthalten, sondern auch die sicherheitstechnisch relevanten Grundlagen der elektrischen Versorgung, Erdung und des Potenzialausgleichs berücksichtigen.

Gerade bei gewachsenen Anlagen zeigt sich während Prüfungen häufig, dass Erdungs- und Potenzialausgleichssysteme nur unvollständig dokumentiert sind. Teilbereiche wurden erweitert, Schaltschränke ersetzt, Motoren über Frequenzumrichter betrieben, leitfähige Rohrleitungen geändert oder temporäre Anlagen dauerhaft genutzt. Elektrisch kann die Anlage scheinbar funktionieren, während die Nachvollziehbarkeit der Schutzmaßnahme langsam verloren geht.

Im Explosionsschutz ist das kein Nebenthema. Das Erdungs- und Potenzialausgleichssystem bestimmt, wie sich Fehlerströme verhalten, wie schnell ein Fehler beendet wird und ob gefährliche Potenzialunterschiede entstehen können. In Bereichen, in denen wirksame Zündquellen zuverlässig vermieden werden müssen, gehört diese Betrachtung zur Sicherheitskette.

Explosionsschutz besteht deshalb nicht nur aus Ex-Kennzeichnungen, Zündschutzarten und Zoneneinteilungen. Manchmal beginnt er mit einer sehr einfachen elektrotechnischen Frage:

Wie findet der Fehlerstrom seinen sicheren Weg zurück zur Quelle?

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