Wie prüft man den Erdungswiderstand einer Anlage?

Den Erdungswiderstand einer Anlage prüft man mit speziellen Erdungsmessgeräten, die nach der Drei-Pol-Methode, der Vier-Pol-Methode oder dem Strom-Spannungs-Verfahren arbeiten. Die Messung erfolgt durch das Einbringen von Hilfselektroden in den Boden und das Anlegen eines Wechselstroms, um den Übergangswiderstand zwischen Erder und Erdreich zu bestimmen. Die folgenden Abschnitte erklären die gängigen Messverfahren, den genauen Ablauf und alles, was Industriebetriebe für eine normkonforme Erdungsprüfung wissen müssen.

Welche Messverfahren gibt es für den Erdungswiderstand?

Für das Messen des Erdungswiderstands stehen drei etablierte Verfahren zur Verfügung: die Drei-Pol-Methode (auch Strom-Spannungs-Methode mit Hilfselektroden), die Vier-Pol-Methode nach Wenner sowie das Clamp-On-Verfahren mit Stromzangen. Welches Verfahren geeignet ist, hängt von der Anlagengröße, der Zugänglichkeit des Erders und den örtlichen Gegebenheiten ab.

Die Drei-Pol-Methode ist das in der Praxis am häufigsten eingesetzte Verfahren und gilt als Standardmethode nach DIN VDE 0100-600. Sie eignet sich besonders für Einzelerder und kleinere Erdungsanlagen. Dabei werden zwei Hilfselektroden in definiertem Abstand zum Messerder in den Boden eingebracht. Ein Messgerät speist einen Wechselstrom ein und misst gleichzeitig die entstehende Spannung, woraus der Erdungswiderstand berechnet wird.

Die Vier-Pol-Methode nach Wenner wird vor allem zur Bestimmung des spezifischen Erdbodenwiderstands eingesetzt. Sie ist besonders nützlich, wenn Erdungsanlagen neu geplant werden oder der Bodenwiderstand als Planungsgrundlage ermittelt werden soll. Vier Elektroden werden in gleichmäßigem Abstand in einer Linie aufgestellt. Die äußeren beiden führen den Strom, die inneren beiden messen die Spannung.

Das Clamp-On-Verfahren funktioniert berührungslos über eine Stromzange, die um den Erderleiter gelegt wird. Es ist besonders praktisch für Anlagen, bei denen das Einbringen von Hilfselektroden schwierig oder nicht möglich ist, etwa bei Fundamenterdern in versiegelten Bereichen. Allerdings setzt dieses Verfahren voraus, dass mehrere Erder parallel geschaltet sind, da es auf dem Prinzip des Ringleiters basiert.

Welche Geräte und Ausrüstung werden für die Erdungsmessung benötigt?

Für eine normkonforme Erdungswiderstandsmessung werden ein Erdungsmessgerät (auch Erdungstester oder Erdungsprüfgerät genannt), Hilfselektroden aus Stahl, Messleitungen in ausreichender Länge sowie ein Erdungshammer zum Einschlagen der Elektroden benötigt. Für das Clamp-On-Verfahren ersetzt eine Stromzange die Hilfselektroden. Fachbetriebe mit Erfahrung in der Energie- und Anlagentechnik verfügen in der Regel über das gesamte Spektrum an Messtechnik und können das jeweils geeignete Verfahren situationsgerecht einsetzen.

Erdungsmessgeräte moderner Bauart arbeiten mit Wechselstrom in einem Frequenzbereich, der Störeinflüsse durch Netzfrequenz und Streuströme minimiert. Namhafte Hersteller wie Fluke, Metrel oder Megger bieten Geräte an, die alle drei gängigen Messverfahren in einem Gerät vereinen. Bei der Geräteauswahl sollte auf folgende Eigenschaften geachtet werden:

Messbereich bis mindestens 200 Ohm für Industrieanwendungen
Automatische Erkennung von Störspannungen im Erdreich
Dokumentationsfunktion mit Datenspeicher oder USB-Schnittstelle
Kalibrierzertifikat nach ISO 17025 für prüfpflichtige Messungen
Schutzklasse IP54 oder höher für den Außeneinsatz

Die Messleitungen sollten für die Drei-Pol-Methode mindestens 20 bis 30 Meter lang sein, damit die Hilfselektroden mit ausreichendem Abstand zum Messerder positioniert werden können. Kürzere Leitungen führen zu verfälschten Ergebnissen, weil sich die Spannungstrichter der Elektroden überlappen.

Wie wird die Drei-Pol-Methode Schritt für Schritt durchgeführt?

Die Drei-Pol-Methode zur Erdungswiderstandsmessung wird in fünf klar definierten Schritten durchgeführt: Anlage spannungsfrei schalten und Erder freischalten, Hilfselektroden setzen, Messleitungen anschließen, Messung durchführen und Ergebnis dokumentieren. Die gesamte Messung dauert bei einer Einzelanlage in der Regel 30 bis 60 Minuten.

Vorbereitung und Sicherung: Die zu prüfende Erdungsanlage wird vom Netz getrennt. Der Erder wird vom restlichen Schutzleitersystem isoliert, damit nur der Erdübergangswiderstand gemessen wird und nicht parallele Erdungspfade das Ergebnis verfälschen.
Hilfselektroden setzen: Die Stromeinspeiseelektrode (C2) wird in einem Abstand von mindestens dem Fünffachen der größten Erderausdehnung in den Boden eingeschlagen. Die Spannungsmesselektrode (P2) wird auf der Verbindungslinie zwischen Messerder und Stromeinspeiseelektrode, etwa in der Mitte, positioniert.
Messleitungen anschließen: Die drei Klemmen des Messgeräts werden entsprechend der Herstelleranweisung mit dem Messerder (E), der Spannungselektrode (P2) und der Stromelektrode (C2) verbunden. Auf einwandfreien Kontakt und ausreichende Leitungsisolierung achten.
Messung durchführen: Das Messgerät wird gestartet. Es speist einen Wechselstrom ein und berechnet aus dem Verhältnis von Spannung zu Strom den Erdungswiderstand. Für ein zuverlässiges Ergebnis empfiehlt sich eine Dreifachmessung mit leicht versetzter Spannungselektrode, um Messungenauigkeiten durch inhomogenen Boden zu erkennen.
Dokumentation: Messwert, Datum, Witterungsbedingungen, Bodenfeuchte, Elektrodenabstände und verwendetes Gerät werden schriftlich festgehalten. Diese Dokumentation ist Grundlage für künftige Vergleichsmessungen und Prüfnachweise nach VDE.

Ablauf der Messung mit dem Clamp-On-Verfahren

Das Clamp-On-Verfahren bietet gegenüber der Drei-Pol-Methode den Vorteil, dass keine Hilfselektroden gesetzt werden müssen und die Messung ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs durchgeführt werden kann. Der Ablauf gliedert sich in vier Schritte:

Voraussetzungen prüfen: Sicherstellen, dass die Anlage mehrere parallel geschaltete Erder aufweist, da das Clamp-On-Verfahren einen geschlossenen Messkreis benötigt. Einzelerder ohne Parallelverbindung sind für dieses Verfahren ungeeignet und müssen mit der Drei-Pol-Methode geprüft werden.
Zange anlegen: Die Erdungsprüfzange wird um den Erdungsleiter des zu prüfenden Erders gelegt, ohne den Leiter zu unterbrechen oder die Anlage spannungsfrei zu schalten. Auf einen sauberen Kontaktbereich achten: Schmutz und Farbreste am Leiter sollten vor der Messung entfernt werden.
Messung durchführen: Das Gerät induziert einen Messstrom und berechnet den Schleifenwiderstand des Erdungskreises. Mehrere Messungen an verschiedenen Leitern desselben Erders durchführen und die Werte vergleichen, um Messunsicherheiten zu erkennen.
Ergebnis bewerten und dokumentieren: Den gemessenen Schleifenwiderstand mit dem Gesamtwiderstand aller parallel geschalteten Erder in Beziehung setzen. Messwert, Datum, Anlagenpunkt und verwendetes Gerät dokumentieren. Zu beachten ist, dass der gemessene Wert den Schleifenwiderstand des gesamten Erdungskreises darstellt und nicht den Widerstand eines einzelnen Erders.

Welche Grenzwerte gelten für den Erdungswiderstand in Industrieanlagen?

Für den Erdungswiderstand in Industrieanlagen schreibt die DIN VDE 0100-540 keinen universellen Grenzwert vor, sondern fordert, dass der Erdungswiderstand so niedrig sein muss, dass Schutzeinrichtungen im Fehlerfall sicher und schnell auslösen. Als Richtwert gilt in der Praxis ein Erdungswiderstand von maximal 2 Ohm für Anlagen mit zentraler Erdungsanlage in der Industrie.

Die konkret einzuhaltenden Werte hängen von der Art des Netzsystems und der verwendeten Schutzmaßnahme ab:

TN-Systeme: Der Erdungswiderstand des Betriebserders muss so niedrig sein, dass die Netzspannung geteilt durch den Widerstand einen ausreichenden Fehlerstrom ergibt, um die Schutzeinrichtung innerhalb der vorgeschriebenen Zeit auszulösen.
TT-Systeme: Hier gilt die Bedingung, dass das Produkt aus Erdungswiderstand und Auslösestrom der Schutzeinrichtung kleiner als 50 Volt sein muss (R x I ≤ 50 V).
IT-Systeme: Der Erdungswiderstand muss so dimensioniert sein, dass im ersten Fehlerfall keine gefährliche Berührungsspannung entstehen kann.

Für Blitzschutzerdungsanlagen nach DIN EN 62305 wird ein Erdungswiderstand von unter 10 Ohm angestrebt, um eine wirksame Ableitung von Blitzströmen zu gewährleisten. Bei Hochspannungsanlagen und Umspannwerken gelten noch strengere Anforderungen, die individuell berechnet werden müssen. Ältere Anlagen, die noch mit einem Erdungswiderstand über 2 Ohm betrieben werden, sollten im Rahmen der nächsten Prüfung einer Bewertung unterzogen werden.

Was passiert bei Überschreitung der Höchstwerte?

Ein zu hoher Erdungswiderstand hat unmittelbare sicherheitstechnische Konsequenzen. Überschreitet der gemessene Wert den zulässigen Höchstwert des Erdungswiderstands, kann im Fehlerfall der erforderliche Fehlerstrom nicht mehr sicher fließen. Schutzeinrichtungen wie Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter lösen dann nicht oder zu langsam aus, was gefährliche Berührungsspannungen entstehen lässt und sowohl Personen als auch Betriebsmittel erheblich gefährdet.

Neben der unmittelbaren Gefährdung entstehen bei einer festgestellten Grenzwertüberschreitung Erdung auch rechtliche und betriebliche Konsequenzen. Es besteht eine Dokumentationspflicht gegenüber der zuständigen Behörde und dem Versicherer. Der Betrieb der betroffenen Anlagenteile kann bis zur Mängelbeseitigung eingeschränkt oder eingestellt werden müssen. Verantwortliche, die trotz bekannter Grenzwertüberschreitung nicht handeln, tragen haftungsrechtliche Konsequenzen, insbesondere wenn es infolge des Mangels zu einem Schadensereignis kommt.

Typische Sanierungsmaßnahmen bei Überschreitung des Höchstwerts umfassen:

Nachbessern der Erdungsanlage durch zusätzliche Tiefenerder oder Ringerder
Erneuerung korrodierter Verbindungsleiter und Anschlussklemmen
Einsatz von Erdungsverbesserungsmitteln bei ungünstigen Bodenverhältnissen
Abschließende Kontrollmessung zur Bestätigung der Normkonformität nach DIN VDE 0100-540

Was sind häufige Fehlerquellen bei der Erdungswiderstandsmessung?

Die häufigsten Fehlerquellen bei der Erdungsmessung sind zu geringe Elektrodenabstände, störende Parallelerdungen, die nicht vor der Messung getrennt wurden, sowie schlechte Bodenkontakte der Hilfselektroden bei trockenem oder gefrorenem Boden. Diese Fehler können dazu führen, dass der gemessene Wert deutlich vom tatsächlichen Erdungswiderstand abweicht.

Fehler bei der Elektrodenpositionierung

Wenn die Hilfselektroden zu nah am Messerder gesetzt werden, überlappen sich die Einflussgebiete der Spannungstrichter. Das Messgerät erfasst dann nicht den tatsächlichen Übergangswiderstand, sondern einen verfälschten Mischwert. Als Faustregel gilt: Der Abstand der Stromelektrode zum Messerder sollte mindestens das Fünffache der größten Erderausdehnung betragen. Bei ausgedehnten Fundamenterdern kann das Abstände von 50 Metern und mehr bedeuten.

Fehler durch nicht getrennte Parallelerdungen

In industriellen Anlagen sind häufig mehrere Erder miteinander verbunden, etwa Fundamenterder, Blitzschutzerder und Betriebserder. Wird vor der Messung nicht sichergestellt, dass alle Parallelverbindungen aufgetrennt sind, misst das Gerät den Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Erder. Das Ergebnis ist dann deutlich niedriger als der Widerstand des einzelnen Erders und täuscht eine bessere Erdungsqualität vor, als tatsächlich vorhanden ist. Erfahrene Fachbetriebe aus dem Bereich Steuerungs- und Automatisierungstechnik kennen diese Zusammenhänge und stellen durch systematische Vorgehensweise sicher, dass Parallelerdungen korrekt identifiziert und vor der Messung getrennt werden.

Wann sollte die Erdungsmessung einer Industrieanlage wiederholt werden?

Die Erdungswiderstandsmessung einer Industrieanlage sollte mindestens alle vier Jahre im Rahmen der wiederkehrenden Prüfung nach DGUV Vorschrift 3 (früher BGV A3) wiederholt werden. Nach wesentlichen Änderungen an der Anlage, nach Erdarbeiten in der Nähe des Erders oder nach Ereignissen wie Blitzeinschlag ist eine außerordentliche Prüfung unmittelbar erforderlich.

Konkrete Anlässe für eine erneute Erdungsmessung sind:

Erweiterungen oder Umbauten der elektrischen Anlage
Tiefbauarbeiten oder Bodenverdichtungen in der Nähe des Erders
Korrosionsschäden an Erdungsleitern oder Verbindungsklemmen
Blitzeinschlag oder Überspannungsereignis
Auffälligkeiten bei der Sichtprüfung des Erdungssystems
Änderung der Netzstruktur oder des Schutzkonzepts

In besonders korrosiven Umgebungen, etwa in der chemischen Industrie oder in Bereichen mit aggressiven Böden, empfiehlt sich ein kürzeres Prüfintervall von zwei Jahren. Auch bei Anlagen, die sicherheitskritische Prozesse versorgen, ist eine häufigere Überprüfung sinnvoll. Die Ergebnisse jeder Messung sollten mit den Vorwerten verglichen werden, da ein kontinuierlicher Anstieg des Erdungswiderstands auf Korrosion oder Lockerung von Verbindungen hinweisen kann, bevor ein kritischer Grenzwert erreicht wird.

Welche Besonderheiten gelten bei der Erdungsprüfung von Bestandsanlagen?

Die Erdungsprüfung einer Bestandsanlage stellt Elektrofachkräfte und Betriebsverantwortliche vor spezifische Herausforderungen, die bei neu errichteten Anlagen in dieser Form nicht auftreten. Fehlende oder veraltete Dokumentation erschwert die Vorbereitung der Messung erheblich, da Erdertyp, Verlegetiefe und Leitungsführung häufig nicht mehr nachvollziehbar sind. Hinzu kommen veränderte Bodenbedingungen durch Jahrzehnte der Nutzung, mögliche Korrosion an Verbindungsleitern und Erdungsschienen sowie unbekannte Parallelerdungen, die vor der Messung identifiziert und getrennt werden müssen.

Besonders kritisch ist der Zustand der Verbindungsmittel: Klemmen und Leiter, die über viele Jahre Feuchtigkeit, Chemikalien oder mechanischen Belastungen ausgesetzt waren, können einen erhöhten Übergangswiderstand aufweisen, der den Gesamterdungswiderstand der Anlage verschlechtert. Eine sorgfältige Sichtprüfung aller zugänglichen Erdungsleiter und Klemmen ist daher vor jeder Messung an einer Bestandsanlage zwingend erforderlich.

Normative Einordnung für Bestandsanlagen

Bestandsanlagen müssen nicht automatisch nach dem aktuellen Stand der Technik nachgerüstet werden, solange keine wesentliche Änderung an der Anlage vorgenommen wird. Maßgebliche Norm ist die DIN VDE 0100-540, die sowohl für Neu- als auch für Bestandsanlagen die grundlegenden Anforderungen an Erdungsanlagen definiert. Werden bei einer Erdungsprüfung der Bestandsanlage jedoch Grenzwertüberschreitungen festgestellt, kann daraus eine Sanierungspflicht entstehen, unabhängig vom Baujahr der Anlage. In diesem Fall sind die Verantwortlichen verpflichtet, die festgestellten Mängel zu beseitigen und die Normkonformität durch eine Kontrollmessung nachzuweisen.

Empfohlenes Vorgehen bei der Erdungsprüfung Bestandsanlage

Für eine strukturierte und aussagekräftige Erdungsprüfung an Bestandsanlagen empfiehlt sich folgendes Vorgehen:

Sichtprüfung: Alle zugänglichen Erdungsleiter, Klemmen und Verbindungsstellen auf Korrosion, mechanische Beschädigung und festen Sitz prüfen.
Dokumentationsabgleich: Vorhandene Unterlagen sichten und mit dem tatsächlichen Anlagenzustand vergleichen. Fehlende Angaben zu Erdertyp und Verlegetiefe festhalten.
Messverfahren wählen: Für Einzelerder und Anlagen mit bekannter Erdungsstruktur bevorzugt die Drei-Pol-Methode einsetzen. Bei Fundamenterdern in versiegelten Bereichen oder bei mehreren parallel geschalteten Erdern kann das Clamp-On-Verfahren eine praktikable Alternative sein.
Erstdokumentation erstellen: Den gemessenen Erdungswiderstand als Referenzwert dokumentieren. Diese Erstdokumentation bildet die Grundlage für alle künftigen Vergleichsmessungen und ermöglicht es, Veränderungen im Zeitverlauf frühzeitig zu erkennen.

Eine vollständige Erstdokumentation ist gerade bei Bestandsanlagen ohne vorhandene Messhistorie besonders wertvoll, da sie als Ausgangspunkt für die wiederkehrenden Prüfungen nach DGUV Vorschrift 3 dient und die Nachweispflicht gegenüber Behörden und Versicherern erfüllt.

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Planung und Auslegung von Erdungsanlagen nach DIN VDE 0100-540 und DIN EN 62305 für Neu- und Bestandsanlagen
Durchführung normkonformer Erdungswiderstandsmessungen mit vollständiger Dokumentation und Prüfnachweis
Wiederkehrende Prüfungen nach DGUV Vorschrift 3 mit strukturierter Befundaufnahme und Mängelbeseitigung
Integration von Erdungskonzepten in Gebäudeautomation und Energiemanagement für ganzheitliche Anlagensicherheit
Sanierung und Modernisierung bestehender Erdungsanlagen bei erhöhten Messwerten oder Korrosionsschäden

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