Erdnetztests: Methoden, Verfahren und bewährte Verfahren für Erdungssysteme von Unterstationen

Ein zuverlässiges Erdungsnetz ist für den sicheren Betrieb von Umspannwerken und anderen Energieanlagen unerlässlich. Es stellt einen Pfad für Fehlerströme bereit, trägt zur Aufrechterhaltung der Geräteerdung bei und reduziert gefährliche Spannungsunterschiede bei Fehlerbedingungen.

Da die meisten Erdungsleiter unter der Erde verlegt sind, kann ihr Zustand durch eine visuelle Inspektion allein nicht bestätigt werden. Daher ist die Prüfung des Erdungsnetzes wichtig für die Bewertung der Erdungsleistung, der Systemintegrität und der Personensicherheit. Moderne Leitlinien zur Erdungsmessung umfassen den Erdwiderstand, die Erdimpedanz, Erdoberflächenpotentiale, Schritt- und Berührungsspannungen, die Integrität des Erdungssystems und die Faktoren, die die Messgenauigkeit beeinflussen können.

Ein Erdungssystem kann aufgrund von Korrosion, beschädigten Verbindungen, Konstruktionsänderungen oder Änderungen der umgebenden Bodenbedingungen beschädigt werden. Regelmäßige Tests können helfen:

• Bewerten Sie die elektrische Leistung des Erdungssystems.
• Identifizieren Sie abnormale oder instabile Messergebnisse.
• Erkennen Sie mögliche hochohmige oder beschädigte Erdungsverbindungen.
• Unterstützen Sie Sicherheitsbewertungen von Umspannwerken.
• Stellen Sie Referenzdaten für die Inbetriebnahme und zukünftige Wartung bereit.

Ein einzelner Widerstandswert beschreibt jedoch nicht den gesamten Zustand eines großen Erdungsnetzes. Möglicherweise müssen der Erdungswiderstand, die Netzkontinuität, die Bodenbeschaffenheit und Gefahren durch Oberflächenspannung berücksichtigt werden.

Die Potentialabfallmethode ist eine der am weitesten verbreiteten Methoden zur Messung des Erdwiderstands oder der Erdimpedanz.

Zwischen dem zu prüfenden Erdungssystem und einer entfernten Stromelektrode wird ein Prüfstrom eingespeist. Dann wird eine Potentialelektrode zwischen ihnen bewegt, um die Spannungsantwort zu messen. Das Verhältnis von Spannung zu Strom wird zur Bestimmung der scheinbaren Erdungsimpedanz verwendet.

Bei großen Erdungssystemen sollten Messungen an mehreren Sondenpositionen durchgeführt werden. Das Ziel besteht darin, einen stabilen Bereich in der Messkurve zu identifizieren, anstatt sich nur auf einen einzelnen Messwert oder eine vereinfachte Abstandsregel zu verlassen. Externe Erdungspfade wie Kabelschirme, Neutralleiter, Rohrleitungen und andere metallische Verbindungen können das Ergebnis erheblich beeinflussen.

Der Bodenwiderstand ist ein wichtiger Faktor bei der Gestaltung und Leistung von Erdungssystemen. Üblicherweise wird die Wenner-Vierpunktmethode verwendet: Vier Elektroden werden in einer geraden Linie mit gleichem Abstand installiert, und der Tester injiziert Strom durch die Außenelektroden, während er die Spannung zwischen den Innenelektroden misst.

Messungen in verschiedenen Abständen können nützliche Informationen über die Bodenbedingungen in verschiedenen effektiven Tiefen liefern.

Ein Erdungssystem kann manchmal einen akzeptablen Gesamtwiderstand aufweisen, obwohl es dennoch beschädigte Leiter oder schlechte Verbindungen enthält. Die Prüfung der Erdungsnetzintegrität konzentriert sich auf die elektrische Kontinuität von Erdungsleitern und -verbindungen. Dies kann helfen, Folgendes zu identifizieren:

• Defekte Leiter.
• Korrodierte Verbindungen.
• Lose Erdungsverbindungen.
• Hochbeständige Verbindungen.

Integritätstests sind daher eine wichtige Ergänzung zu Widerstandsmessungen gegen Erde.

Bei einem Erdschluss können sich auf der Oberfläche einer Umspannstation Spannungsgradienten bilden. Unter Schrittspannung versteht man den Spannungsunterschied zwischen zwei Punkten auf dem Boden, den eine Person mit ihren Füßen überbrücken kann. Die Berührungsspannung ist die Spannungsdifferenz zwischen einer geerdeten Struktur und der Oberfläche, auf der sich eine Person befindet.

Diese Messungen sind besonders wichtig bei der Bewertung der Sicherheitsleistung von Erdungssystemen für Umspannwerke.

Ein praktischer Testprozess umfasst normalerweise die folgenden Schritte:

1. Überprüfen Sie das Erdungssystem – machen Sie sich mit dem Netzlayout, den Erdungsstäben, den Geräteanschlüssen, den Kabelabschirmungen, den Neutralleitern und anderen möglichen parallelen Erdungspfaden vertraut.
2. Definieren Sie das Testziel – legen Sie fest, ob der Test den Erdungswiderstand, den Bodenwiderstand, die Netzintegrität oder Schritt- und Berührungsspannungen messen soll.
3. Wählen Sie die geeignete Testmethode aus – wählen Sie das Instrument und die Methode entsprechend dem Erdungssystem und den Standortbedingungen aus.
4. Installieren Sie die Hilfselektroden korrekt – stellen Sie sicher, dass die Sondenpositionen und -abstände für die ausgewählte Methode geeignet sind.
5. Führen Sie mehrere Messungen durch – bewegen Sie die Potenzialsonde oder wiederholen Sie die Messung bei Bedarf, um die Ergebnisstabilität zu überprüfen.
6. Analysieren Sie die Ergebnisse – vergleichen Sie die Messwerte mit Systemdesigninformationen, früheren Testaufzeichnungen und geltenden technischen Anforderungen.
7. Dokumentieren Sie den Test – zeichnen Sie die Testkonfiguration, Sondenpositionen, Standortbedingungen, Messwerte und Geräteinformationen auf.

Bodengittermessungen können durch viele Faktoren beeinflusst werden, darunter:

• Falscher Abstand der Hilfselektroden.
• Parallele Erdungspfade.
• Vergrabene Metallkonstruktionen oder Rohrleitungen.
• Kabelschirme und Freileitungen.
• Schlechter Prüfspitzenkontakt.
• Elektrische Störungen.
• Ungleichmäßige Bodenverhältnisse.
• Änderungen der Bodenfeuchtigkeit und -temperatur.

Aus diesem Grund sollte eine einzelne Messung nicht automatisch als abschließende Beurteilung gewertet werden. Mehrere Messungen und eine Überprüfung des Testaufbaus können das Vertrauen in das Ergebnis verbessern.

Für eine zuverlässige Erdungsnetzprüfung:

• Definieren Sie den Zweck des Tests klar, bevor Sie beginnen.
• Verstehen Sie das komplette Erdungsnetzwerk.
• Wählen Sie die richtige Testmethode für die Anwendung.
• Verwenden Sie ordnungsgemäß kalibrierte Testgeräte.
• Überprüfen Sie die Stabilität und Wiederholbarkeit der Messung.
• Bewahren Sie detaillierte Aufzeichnungen für zukünftige Vergleiche auf.
• Untersuchen Sie wesentliche Änderungen in historischen Ergebnissen.
• Befolgen Sie während des gesamten Tests die Sicherheitsmaßnahmen vor Ort.

Bei komplexen Erdungssystemen für Umspannwerke sollten verschiedene Tests als komplementär betrachtet werden. Ein niedriger Gesamterdwiderstand beweist nicht automatisch, dass alle erdverlegten Leiter und Erdungsverbindungen in gutem Zustand sind.

Die Prüfung des Erdungsnetzes ist ein wichtiger Bestandteil der Inbetriebnahme und Wartung elektrischer Systeme. Potenzialabfallprüfungen, Bodenwiderstandsmessungen, Netzintegritätsprüfungen sowie die Beurteilung der Schritt- und Berührungsspannung liefern jeweils unterschiedliche Informationen über das Erdungssystem.

Der beste Ansatz besteht darin, die geeignete Methode auszuwählen, die Testbedingungen zu kontrollieren, die Messstabilität zu überprüfen und die Ergebnisse zusammen mit dem tatsächlichen Erdungssystemdesign und den Standortbedingungen auszuwerten.

Eine genaue Prüfung des Erdungsnetzes beginnt mit einem zuverlässigen Instrument. Der Erdungswiderstandstester XHDJ705 ist ein tragbares digitales Erdungswiderstandsmessgerät zur Messung des Erdungswiderstands und der Wechselspannung vor Ort und unterstützt die Potenzialabfallmethode, die bei Erdungsuntersuchungen in Umspannwerken, Industrie und Gewerbe eingesetzt wird. Es misst den Widerstand in den Bereichen 20 Ω, 200 Ω und 2000 Ω mit einer Genauigkeit von ±(2 % rdg + 3 dgt) und liest Wechselspannungen bis zu 500 V bei 50 Hz, wodurch es sowohl für routinemäßige Wartungsarbeiten als auch für Inbetriebnahmeprüfungen geeignet ist.

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