Potentialausgleich und Erdung

« So gelingt der Umgang mit Elektrizität im Gebäude sicher »

Ob Wohnhaus, Geschäftshaus oder industrielle Fertigungseinrichtung – ohne Elektrizität kommt heute kein Gebäude mehr aus. Und auch über die Sicherstellung der eigentlichen Gebäudefunktionen hinaus nutzen Bewohner, Besucher oder Mitarbeiter bei einer Vielzahl von Tätigkeiten Elektrizität in unterschiedlichster Form. Damit die beständig zunehmende Elektrifizierung von Gebäuden aber mit der erforderlichen Sicherheit geschehen kann, kommen Potentialausgleich und Erdung eine elementare Bedeutung beim Hausbau zu.

Potentialausgleich und Erdung – warum, wie, wo?

Jeder Gegenstand weist ein bestimmtes elektrisches Potential auf. Dabei muss es sich nicht einmal um elektrisch betriebene Dinge handeln. Sicherlich hat jeder Mensch schon einmal die Erfahrung gemacht, dass insbesondere bei extrem kaltem und gleichzeitig trockenem Wetter beim Anfassen der Türklinke, eines Geländers, oder anderer metallischer Gegenstände, ein leichter, aber gut wahrnehmbarer elektrischer Schlag erfolgt. Hier findet nichts anderes, als der Potentialausgleich zwischen Gegenständen mit unterschiedlicher elektrischer Ladung statt.

Je größer das Objekt und je besser seine elektrische Leitfähigkeit, umso höher ist auch das Potential für eine elektrische Aufladung. Dasselbe gilt für elektrisch betriebene Geräte, da die Elektrizität für die Aufladung ja sogar zielgerichtet mittels Kabel aus der Steckdose zugeführt wird. Kritisch wird es immer dann, wenn der Potentialausgleich unkontrolliert geschieht und der auszugleichende Potentialunterscheid dazu so hoch ist, dass aus dem einfachen elektrischen Schlag eine reale Gefahr erwachsen kann. Spätestens, wenn die Entladung des Potentialausgleichs zur Funkenbildung führt, steigt die Brandgefahr exponentiell an. Darum gilt es, entstehende Potentialunterschiede frühzeitig und gezielt abzuleiten. Das geschieht immer über die so genannte Erdung, also das Abführen der Energie aus dem elektrisch aufgeladenen Gegensand in die Erde. Nur, dass die Ableitung hier gezielt und kontrolliert erfolgt und nicht unbeabsichtigt und spontan.

 

Die Erfordernis von einem Potentialausgleich beim Hausbau

Warum sind geeignete Erdungssysteme im Hausbau von so elementarer Bedeutung? Diese Frage lässt sich leicht beantworten. Wo der sprichwörtliche Luftballon und der Wollpullover nur eine sehr geringe elektrische Aufladung erreichen, die jedoch ebenfalls bereits deutlich spürbar ist, weist ein Gebäude jeglicher Bauart dagegen ein ungleich höheres Potential für die Entstehung elektrischer Aufladungen auf. Zunächst ist über die Verteilungsleitungen und die diversen Abnehmer im Gebäude nahezu die gesamte Bausubstanz elektrifiziert. Dazu gehören neben den bekannten Stromleitungen auch Netzwerkleitungen, Fernsehkabel und alle anderen spannungsführenden Leitungen. Über fest installierte bzw. dauerhaft vorhandene Stromverbraucher, wie Heizung, Kühlschrank und Waschmaschine, hinaus, befindet sich in jedem Gebäude vom Wasserkocher über den PC bis hin zum Handyladekabel eine unüberschaubare Menge an kleinen Stromabnehmern. In Summe resultierem aber auch aus ihnen ernstzunehmende Gefahren durch ein unterschiedliches elektrisches Potential. Neben den eigentlichen stromführenden Bauteilen und Geräten bieten aber auch eine große Anzahl sonstiger, leitender Bauteile erhebliche Möglichkeiten für elektrische Aufladungen. Man denke nur an Abwasserleitungen aus Metall, die einerseits durch das gesamte Gebäude führen und andererseits regelmäßig über fließendes Wasser elektrisch aufgeladen werden.

Der zweite wesentliche Grund, warum gerade Gebäude einer effektiven Erdung bedürfen, ist die heute besonders gute Isolierung der Bausubstanz. Zwar geht es hier eigentlich vordergründig viel mehr um thermische und schalltechnische Isolation, die dafür verwendeten Baustoffe eigenen sich aber üblicherweise ebenso gut für die elektrische Isolierung.

Begonnen von schwimmenden Estrichen auf komplett isolierenden Dämmschichten, über die kaum leitenden Baustoffe Mauerwerk, Beton und Holz, bis hin zur gesamten Bodenplatte, die heute häufig von unten gegen das Erdreich gedämmt ist, wird hier sogar oft mehrschichtig abgeschirmt.

Erdkontakt als Grundvoraussetzung für den Potentialausgleich

Genau hierin liegt aber die große Gefahr bei Gebäuden. Einerseits laden sich diese auf Grund der inneren Lasten besonders stark elektrisch auf. Andererseits kann wegen der guten Abschirmung gegen das Erdreich oft kein natürlicher und permanenter Potentialausgleich erfolgen. Daher resultiert eine besonders hohe Gefahr im Falle eines unkontrollierten Potentialausgleichs, da punktuell eine große elektrische Energie freigesetzt werden kann. Groß bedeutet hier zumindest eine Stromstärke, die im ungünstigen Fall zur Funkenbildung und somit zur Brandentwicklung führen kann.

Die wichtigste Grundvoraussetzung für die elektrische Ausstattung jedes Gebäudes ist daher die Erstellung einer funktionierenden Erdung. Sie stellt eine dauerhafte Verbindung zum Untergrund her, so dass entstehende Spannungen abfließen können, ohne überhaupt eine kritische Stromstärke entwickeln zu können.

Erdungssysteme – die verschiedenen Wege des elektrischen Potentials in das Erdreich

Um den Kontakt von den elektrischen Installationen zum Untergrund sicherzustellen, haben sich einige simple wie effektive Erdungssysteme etabliert.

Der Fundamenterder

Altbekannt und vielfach bewährt ist der so genannte Fundamenterder. Da die Fundamente zur Erfüllung ihrer statischen Funktion direkten Bodenkontakt benötigen, wird einfach, aber effektiv, ein leitendes Metallband in den Fundamentbeton eingelegt. Üblicherweise ist dieses aus verzinktem Stahl, oder sogar Edelstahl. In der Nähe des Hauptsicherungskastens wird dieser Fundamenterder in Form eines Metallstreifens nach oben aus dem Beton herausgeführt. Dort kann dann über eine geeignete Potentialausgleichsschiene die Anbindung der weiterführenden elektrischen Installationen erfolgen.

Alternative Erdungssysteme bei gedämmten Bodenplatten

Insbesondere die immer effektiveren Dämmmaßnahmen bereiten dem klassischen Fundamenterder heute in zunehmendem Maß Probleme. Waren Kellergeschosse früher meist gar nicht gedämmt, wird heute vermehrt sogar die gesamte Bodenplatte auf eine Dämmschicht gelegt. Fundamente werden dabei komplett zu Gunsten einer dickeren Bodenplatte obsolet. Wird ein Erdband hier in den Beton eingelegt, ist der Nutzen für den Potentialausgleich wegen der abschirmenden Wirkung der Dämmschicht dahin. Stattdessen muss ein Metallgitter oder -band durch die Dämmschicht hindurch unmittelbar in das darunter befindliche Erdreich geführt werden. Alternativ kann punktuell ein Erdspieß senkrecht in das Erdreich geführt werden. Dieser muss jedoch groß genug dimensioniert sein, um einen adäquaten Ersatz für den entfallenden Fundamenterder zu bilden.

Die Herstellung von Potentialausgleich – Was muss an die Erdung angeschlossen werden?

Ist der Erdkontakt erst einmal sichergestellt, gilt es, alle relevanten Geräte und Bauteile an die Potentialausgleichsschiene anzubinden. Für elektrische Geräte ist das recht einfach. Direkt angeschlossen wird der Hauptverteiler, von dem aus dann die Erdung über die dritte Ader der klassischen Stromkabel im Gebäude erfolgt. Wird ein Stecker in die Steckdose eingesteckt, wird über den Schutzleiter automatisch die Erdung hergestellt. Schwieriger ist es bei nicht elektrischen Bauteilen. Metallleitungen beispielsweise müssen separat über Erdungsschellen angeschlossen werden. Je nach Komplexität des Leitungsnetzes können eine oder mehrere Erdungsschellen erforderlich sein. Weitere Beispiele für Gegenstände, die an die Erdung angeschlossen werden müssen, sind der Pufferspeicher und mögliche vorhandene Gas- und Öltanks der Heizung, aber auch die Regenfallrohre und Regenleitungen am Gebäudeäußeren.

Fazit – Potentialausgleich und Erdung – an ihnen führt im Hausbau kein Weg vorbei

Ohne Strom funktioniert kein Gebäude und ohne Erdung kein Strom im Gebäude. Somit ist kurz und knapp verdeutlicht, dass ein funktionierender Potentialausgleich für jedes Gebäude eine Grundvoraussetzung für dessen Funktionieren ist. Daher lohnt bei der Planung der elektrischen Anlage der Aufwand für eine durchdachte wie zielgerichtete Planung. Denn unterlaufen hier Fehler, lassen sich diese später gar nicht, oder zumindest nur noch mit großem Aufwand beheben. In den meisten Fällen führen Erdungsprobleme aber zu dauerhaften Einschränkungen in der Nutzbarkeit.