Choosing a Service Format That Actually Fits
In Fertigungshallen mit Frequenzumrichtern und Servoantrieben steigen die Anforderungen an den Potentialausgleich. Der Beitrag führt durch die relevanten Abschnitte der VDE 0100 und VDE 0113 und zeigt an einem Berechnungsbeispiel aus der Automobilindustrie, wie Erdungsbänder und Schutzleiter für Anlagen über 630 A normgerecht dimensioniert werden.
Warum Erdung in der Fertigungshalle zur kritischen Größe wird
Moderne Produktionslinien arbeiten mit einer Vielzahl leistungselektronischer Komponenten. Frequenzumrichter, Servoantriebe und Schaltnetzteile erzeugen Ableitströme, die ohne durchdachten Potentialausgleich zu Störungen in der Steuerungstechnik und im schlimmsten Fall zu Personengefährdung führen. Die Normen VDE 0100 (Errichten von Niederspannungsanlagen) und VDE 0113 (Elektrische Ausrüstung von Maschinen) legen fest, wie diese Ströme sicher abgeführt werden müssen.
In der Praxis zeigt sich: Sobald der Nennstrom einer Anlage 630 A übersteigt, reichen einfache Schutzleiter nicht mehr aus. Dann sind Erdungsbänder mit definiertem Querschnitt und einer spezifischen Verlegeart erforderlich. Der folgende Abschnitt beschreibt die konkreten Anforderungen beider Normen.
VDE 0100 – Schutzmaßnahmen für Niederspannungsanlagen
Die VDE 0100 gliedert sich in mehrere Teile. Für Fertigungshallen sind vor allem die Abschnitte 410 (Schutz gegen elektrischen Schlag), 540 (Erdungsanlagen, Schutzleiter, Potentialausgleichsleiter) und 700 (Räume und Anlagen besonderer Art) relevant. Teil 540 verlangt, dass jeder Schutzleiter einen Mindestquerschnitt von 10 mm² Kupfer aufweist, sofern er nicht durch eine mechanische Schutzeinrichtung geführt wird. Bei Anlagen mit Nennströmen über 630 A ist ein Erdungsband aus Stahl oder Kupfer mit einem Querschnitt von mindestens 50 mm² vorzusehen.
Ein häufiger Fehler in der Planung ist die Vernachlässigung des zusätzlichen Potentialausgleichs nach Abschnitt 415.2. In Hallen mit leitfähigen Fußböden oder metallischen Gebäudeteilen muss jeder Maschinenfundamentanker und jede Schaltschrankaufstellung in den Potentialausgleich einbezogen werden. Andernfalls entstehen Potenzialdifferenzen, die über die Kabelabschirmungen der Steuerleitungen abfließen und zu Datenfehlern führen.
VDE 0113 – Maschinenausrüstung und Schutzleiterdimensionierung
Die VDE 0113 (EN 60204-1) gilt für die elektrische Ausrüstung von Maschinen. Sie ergänzt die VDE 0100 um maschinenspezifische Anforderungen. Besonders wichtig ist der Abschnitt 8.2 – Schutzleiter. Hier wird der Querschnitt des Schutzleiters in Abhängigkeit vom Nennstrom des Maschinenhauptschalters festgelegt. Für Ströme über 630 A ist ein Schutzleiterquerschnitt von mindestens 70 mm² Kupfer vorgeschrieben.
Die Norm verlangt außerdem eine niederohmige Verbindung zwischen Maschinenrahmen und Potentialausgleichsschiene. Der Widerstand darf 0,1 Ohm nicht überschreiten. In der Praxis wird dieser Wert oft durch Korrosion an den Verbindungsstellen überschritten. Deshalb empfiehlt die VDE 0113 den Einsatz von Edelstahl-Verbindungselementen in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder aggressiven Dämpfen.
Berechnungsbeispiel: Pressenstraße in der Automobilindustrie
Ein konkretes Beispiel aus der Praxis: Eine Pressenstraße mit sechs Einzelpressen hat einen Gesamtnennstrom von 840 A bei 400 V. Jede Presse verfügt über einen eigenen Frequenzumrichter mit einer Nennleistung von 160 kW. Die Ableitströme der Umrichter liegen zwischen 0,5 A und 1,2 A pro Gerät.
Nach VDE 0100 Teil 540 ist ein Erdungsband mit 50 mm² Kupferquerschnitt erforderlich. Die Verbindung zwischen den Pressenfundamenten und der Potentialausgleichsschiene erfolgt über Flachband 30 x 5 mm (150 mm² Querschnitt). Der Widerstand jeder Verbindung wird mit einem Mikroohmmeter geprüft und muss unter 0,05 Ohm liegen. Die Schutzleiter der einzelnen Pressen werden nach VDE 0113 mit 70 mm² Kupfer ausgeführt. Zusätzlich wird ein Ringleiter um die gesamte Pressenstraße verlegt, der alle Potentialausgleichsanschlüsse miteinander verbindet.
Die Messung nach der Installation ergab einen Gesamtwiderstand des Potentialausgleichs von 0,03 Ohm – deutlich unter dem Grenzwert. Seit der Inbetriebnahme vor drei Jahren sind keine störungsbedingten Stillstände durch EMV-Probleme aufgetreten.
Häufige Planungsfehler und wie man sie vermeidet
In der Beratungspraxis begegnen uns immer wieder dieselben Fehler. Der erste: Schutzleiter werden nur nach dem Nennstrom des kleinsten Abgangs dimensioniert, nicht nach dem Gesamtstrom der Anlage. Der zweite: Potentialausgleichsleitungen werden über Kabelkanäle geführt, die keine ausreichende Querschnittsfläche bieten. Der dritte: Die Verbindung zwischen Maschinenrahmen und Potentialausgleich wird über lackierte oder beschichtete Oberflächen hergestellt – das führt zu hohen Übergangswiderständen.
Die Lösung liegt in einer frühzeitigen Abstimmung zwischen Elektroplaner, Maschinenhersteller und Gebäudetechnik. Die VDE 0100 und VDE 0113 lassen sich nur dann wirtschaftlich umsetzen, wenn die Erdungsinfrastruktur bereits in der Rohbauphase berücksichtigt wird. Nachträgliche Änderungen sind aufwändig und teuer.
