Praktische Umsetzung der DIN 18014

Aufgaben der Erdungs­anlage

Eine funktionsfähige Erdungsanlage ist bei bestehenden Bauwerken und bei Neubauten ein elementarer Bestandteil der elektrotechnischen Installationen. Sie ist eine wichtige Basis für Sicherheit und Funktionalität von Installationen wie z. B. für den Personenschutz (Erreichen der Abschalt­bedingungen und Schutzpotentialausgleich), die elektrischen Systeme (Energieversorgung), die elektronischen Systeme (Datentechnik), den Blitzschutz, den Überspannungsschutz, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), die Antennenerdung und die Funktionserdung.

Diese Installationen unterliegen hinsichtlich des Personen­schut­zes und des sicheren Be­triebs bestimmten Anforde­run­gen, die in den einzelnen Re­gel­werken der jeweilig ins­tal­lier­ten Sys­teme genauer defi­niert sind.

Normative Forderungen

Für jeden Neubau ist der Fundamenterder durch die technischen Anschlussbedingungen (TAB) der Versorgungs­netzbetreiber (VNB) unter Berücksichtigung der DIN 18 014 gefordert. Grundsätzlich regelt die DIN 18 014 „Fundamenterder – Allgemeine Planungsgrundlagen“ die Ausführung und die Installation der Erdungsanlage bei Neu­bauten.

Dieser Fundamenterder erfüllt in der Regel auch die nachfolgen­den Anforderungen:

• die Abschaltbedingungen im Niederspannungsnetz der jeweiligen Systeme (TN-, TT-, IT-Systeme) nach der VDE 0100-410 sowie den
• Potentialausgleich nach der VDE 0100-540.
• Bei Antennenanlagen ist die Erdung nach der VDE 0855 zu berücksichtigen.

Wird für die bauliche Anlage ein Blitzschutzsystem errichtet, gelten die erweiterten Anforderungen der EN 62 305-3 (VDE 0185-305-3) „Blitzschutz –Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen“ oder unter dem Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) die Vorgaben in EN 62 305-4 (VDE 0185-305-4) „Blitzschutz – Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen“. Weiterführend sind bei Antennenanlagen die Teile der DIN VDE 0855 zu berücksichtigen. Bei Vorhandensein umfangreicher informationstechnischer Anlagen in einem Gebäude, wird eine reduzierte Maschenweite des Fundamenterders gefordert. Auch die Vorgaben von Systemanbietern (z. B. Datentechnik) für den Erdausbreitungswiderstand sind zu beachten und bereits bei der Planung der Erdungsanlage zu berücksichtigen.

Errichtung der Erdungsanlage

Der Fundamenterder erfüllt wesentliche Sicherheitsfunktionen und gilt daher als Bestandteil der elektrischen Anlage. In der Ver­­gangenheit wurden Erdungsanlagen vielfach von der Baufir­ma „mitgemacht“. Da aber nach dem „Fließen“ vom Beton die Arbeiten weder kontrolliert noch nachgebessert werden können, sind bei diesen sicherheitsrelevanten Aufgaben qualifizierte Facharbeiter gefragt. Deshalb wird in der DIN 18 014 ebenso gefordert, dass die Errichtung und Installation der Erdungsanla­ge durch eine Elektro-/Blitzschutzfachkraft oder unter deren Auf­sicht durchzuführen ist. Dies ist in der Dokumentation der An­lage nachweislich festzuhalten.

Arten von Erdern und Werkstoffe von Erdungsanlagen

Fundamenterder

Ein Erder, der aus einem geschlossenen Ring besteht und in Beton eingebettet ist. Die erdfühlige Oberfläche des Betonkörpers stellt die elektrisch leitfähige Verbindung zum Erdreich her. Ist eine elek­trisch leitfähige Verbindung des Betonkörpers zum Erdreich nicht gegeben, z. B. bei „Voll-Perimeterdämmung” oder „Weißer Wanne”, wird ein Ringerder außer­halb des Fund­a­mentes errichtet, der die Funktion des Erders über­nimmt.

Ringerder

Ein Erder, der erdfühlig in das Erdreich verlegt wird und einen geschlossenen Ring um die bauliche Anlage bildet. Gegebenenfalls ist bei bestimmten baulichen Anlagen eine Maschenbildung not­wendig.

Tiefenerder

Ein Erder, der im Allgemeinen lotrecht in größere Tiefen ein­gebracht wird. Er besteht aus Rundmaterial.

Natürlicher Erder

Dieser ist ein mit der Erde unmittelbar oder über Beton in Verbindung stehendes Metallteil, dessen ursprünglicher Zweck nicht die Erdung ist, aber als Erder wirkt (Bewehrungen von Betonfundamenten, Rohrleitungen, usw.).

Werkstoffe für Erdungsanlagen

Der Fundamenterder wird aus

• Rundstahl (Durchmesser min. 10 mm) oder
• Bandstahl (Abmessung min. 30 mm x 3,5 mm)

errichtet und ist je nach Art der Verlegung im Beton aus verzinktem Stahl, im Erdreich aus Edelstahl (V4A, z. B. Werk­stoff-Nr. 1.4571) oder aber mindestens gleichwertig ausgeführt. Die Leitungsmaterialien sollten entsprechend DIN EN 50 164-2 ausgewählt werden, damit eine spätere Einbeziehung eines Blitzschutzsystems einfach möglich ist. Für bauliche Anlagen mit integrierten Transformatorstationen können größere Querschnitte des Erders notwendig sein (50 Hz-Kurzschlussströme).

Weiße Wanne

Wasserundurchlässiger Beton (WU-Beton) ist eine Betonart mit hohem Wassereindringungswiderstand. Im Tiefbau werden „Geschlossene Wannen“ eingesetzt. Diese werden umgangssprachlich „Weiße Wannen” genannt. Bauwerke aus Beton mit hohem Wassereindringwiderstand sind Konstruktionen, die ohne zusätzliche äußere, flächige Abdichtung erstellt werden und allein aufgrund des Betons und konstruktiver Maßnahmen wie Fugenabdichtung und Rissbreitenbegrenzung einen Wasserdurchtritt in flüssiger Form verhindern. Bei der Errichtung dieser WU-Bauwerke ist besondere Sorgfalt notwendig, da alle Bestandteile des Bauwerks wie z. B. Fugenabdichtungen, Einführung für Wasser, Gas, Strom, Telefon (in Form von Mehrspartenhauseinführungen), Abwasserleitungen, sonstige Kabel oder Leitungen, Anschlüsse für den Fundamenterder oder Potentialausgleich, dauerhaft wasserdicht oder druckwasserdicht ausgeführt werden müssen. Der Er­richter steht für die Wasserdichtheit des Bauwerks in der Ver­antwortung.

Der Begriff WU-Beton ist durch die aktuelle Normung im Bereich der Betonherstellung nicht mehr definiert. Die Betongüte z. B. mit der Bezeichnung C20/25 definiert die Druckfestigkeit (Zylinder / Würfel in N/mm²) des Betons. Ausschlaggebend für die Wasserundurchlässigkeit von Betonmischungen ist der Zementanteil. Dieser liegt bei 1 m³ WU-Beton bei mindestens 320 kg Zement (mit niedriger Hy­dratationswärme). Wichtig sind auch ein geringes Schwindmaß des Betons, die empfohlene Mindestbetondruckfestigkeit C25/30 und der so genannte Was­ser-Zement-Wert (WZ-Wert), der unter 0,6 liegen muss.

Im Gegensatz zu früheren Jahren ist das Eindringen von Feuchtigkeit im Bereich von einigen Zenti­metern in die Weiße Wanne nicht mehr gegeben. Heute kann der verwendete Beton mit einem hohem Wasser-eindringwiderstand nur noch im Bereich von ca. 1,5 cm Wasser aufnehmen. Da der Fundamenterder aber von min. 5 cm Beton umschlossen sein muss (Korrosion), ist der Beton nach dem Eindringbereich des Wassers als quasi elektrischer Isolator zu betrachten. Somit ist keine elektrisch leitfähige Verbindung des Betonkörpers zum Erdreich mehr gegeben.

Wasserdichte Wanddurchführung für Weiße Wanne

Der elektrische Anschluss an den Ringerder ist wasserundurchlässig auszuführen. Bei der Entwicklung der wasserdichten Wanddurchführung für den Schalungseinbau wurden die Anforderungen, die an Weiße Wannen gestellt werden, auch auf das Produkt übertragen. So wurde explizit darauf geachtet, dass möglichst reale Bauteileanforderungen abgebildet werden (Bild 2.1). Die Prüflinge wurden in einem Betonkörper einbetoniert und anschließend einer Druckwasserprüfung unterzogen. In der regulären Bautechnik sind Einbausituationen bis zu einer Tiefe von 10 m üblich (z. B. Tiefgaragen). Diese Ein­bausituation wurde auf die Prüf­linge übertragen indem sie mit einem Wasserdruck von 1 bar beaufschlagt wurden (Bild 2.2).

Nach dem Aushärtevorgang des verwendeten Betons erfolgte die Prüfung mit Wasserdruck. Durch eine Langzeitprüfung über 65 h erfolgte die Kontrolle auf Wasserdichtheit.

Einen erhöhten Schwierigkeitsgrad bei Wanddurchführungen stellt die Kapillarwirkung dar. Darunter ist zu verstehen, dass sich Flüssigkeiten (z. B. Wasser) in engen Spalten oder Röhren des Betons verschieden gut ausbreiten und sich somit förm­lich in das Gebäudeinnere ziehen oder saugen. Diese mög­lichen engen Spalten oder Röhren können durch den Aus­härte­vorgang und das damit verbundene Schwundverhalten des Betons verursacht werden. Auch während des Einbaus der Wanddurchführung in die Schalung ist es daher wichtig, fachgerecht und korrekt zu arbeiten.

Die genannten Prüfanforderun­gen wurden auf die Erder-Wanddurchführung zum nachträglichen Einbau über­tra­gen (Bild 2.3). Diese Aus­führung kann mit einer nachträglichen Bohrung oder durch die Fertig­spreize der Schalung druck­was­ser­dicht eingebaut werden. Die Abdichtung erfolgt durch Auspressung der Neoprenscheiben gegen die Mauer/Wand (Fest- und Losflansch).

Schwarze Wanne

Der Name „Schwarze Wanne” ergibt sich aus der außen im Erdreich auf das Gebäude aufgebrachten mehrlagigen, schwarzen Bitumenbeschichtung zur Abdichtung des Gebäudes. Der Gebäudekörper wird mit Bitumen- /Teermasse angestrichen, auf die dann in der Regel bis zu drei Lagen Bitumenbahnen aufgebracht werden. Ein in die Fundamentplatte oberhalb der Abdichtung eingebrachter Ringleiter kann zur Potentialsteuerung in dem Gebäude dienen. Durch die hochohmige Isolation nach außen ist jedoch eine Erder­wirkung nicht gegeben.

Wird für das Gebäude ein Blitz­schutzsystem errichtet oder gelten EMV-Anforderungen, muss zusätzlich in der Fundamentplatte ein Potentialausgleichsleiter mit der Maschenweite 20 m x 20 m und unterhalb im Erdreich oder in der Sauberkeitsschicht ein Ringerder mit der Maschenweite 10 m x 10 m entsprechend der DIN EN 62 305-3 (VDE 0185-305-3) errichtet wer­den. Das Einführen des äußeren Ring­erders in das Gebäudeinne­re sollte nach Möglichkeit oberhalb der Gebäudeabdichtung erfolgen, also über dem höchsten Grund­wasserstand, um lang­fristig eine dichte Gebäude­wanne sicherzustellen. Eine druck­wasserdichte Durchdringung ist nur mit speziellen Bautei­len möglich.

Braune Wanne

Neuerdings gewinnt eine weitere Bauweise, die „Braune Wanne“ immer mehr an Bedeutung. Der Grund liegt in der hohen Sicherheit und Wirtschaftlichkeit dieser Abdichtungsvariante.

Braune Wanne bezeichnet die Bauweise eines wasserundurchlässigen (Beton-)Baukörpers, der aus einer Wannen-Wand (wasserseitig mit Bentonitdichtschicht) und einer Wannen-Sohle (wasserseitig mit Bentonitdichtschicht) besteht. Der Großteil der Baukörper, die als braune Wanne ausgeführt werden, sind Untergeschosse im Grundwasser bzw. Stauwasser oder aber Bauwerke, die zum Aufbewahren von Flüssigkeiten dienen. Die braune Wanne wird aus WU-Beton hergestellt und erreicht ihre Dichtigkeit durch die Kombination WU-Beton und die wasserseitig angeordnete Bentonitdichtschicht. Auf die teure Rissbewehrung im Vergleich zur „Weißen Wanne“ kann bei dieser Ausführung weit­gehend verzichtet werden. Alle Bentonitdichtmatten enthal­ten als dichtendes Material Bentonit. Bentonite sind Tone, die größten­teils durch Verwitterung vulkanischer Aschen oder gleichartiger Ablagerungen entstanden sind. Die Fugenabdichtung bei braunen Wannen spielt eine untergeordnete Rolle gegenüber der Fugenausbildung von weißen Wannen.

Perimeterdämmung

In der heutigen Bautechnik werden die verschiedenartigen Fundamente in den unterschiedlichsten Ausführungsformen und Abdichtungsvarianten errichtet. Auf die Ausführungen der Streifenfundamente und der Fundamentplatten haben die Wärmeschutzverordnungen ebenfalls Einfluss genommen. Im Bezug auf die Fundamenterder, die bei Neubauten auf Basis der DIN 18 014 errichtet werden, hat die Abdichtung / Isolierung Auswirkung auf deren Einbringung und Anordnung.

Mit „Perimeter” wird der erdberührte Wand- und Bodenbereich eines Gebäudes bezeichnet. Die Perimeterdämmung ist die Wärme­dämmung, die das Bauwerk von außen umschließt. Die außen auf der Abdichtungsschicht liegende Perimeterdämmung kann den Baukörper wärmebrückenfrei umschließen und bildet zusätzlich Schutz der Abdichtung vor mechanischer Beschädigung.

Eine entscheidende Größe bei der Betrachtung der Auswirkungen von Perimeterdämmungen auf den Ausbreitungswiderstand von Fundamenterdern bei herkömmlicher Anordnung in der Fundament­platte stellt der spezifische Widerstand der Perimeterdämmplatten dar. So wird z. B. für einen Polyurethan-Hartschaum mit der Rohdichte 30 kg/m² ein spezifischer Widerstand von 5,4 x 1012 Ωm angegeben. Demgegenüber liegt der spezifische Widerstand von Beton zwischen 150 Ωm und 500 Ωm.

In der Vergangenheit wurden die Ausführungen der Perimeter­dämmungen fast ausschließlich aus Polyurethan-Hartschaum hergestellt. Seit einiger Zeit wird in der Praxis für Perimeterdämmun­gen Glasschaumgranulat, auch als Schaumglasschotter oder Glasschaumschotter bekannt, eingesetzt. Dies stellt eine öko­logische Alternative zu den üblichen, aus Erdöl hergestellten Polyurethan-Schaumplatten dar und erfüllt gleichzeitig die Aufgabe der so genannten Sauberkeitsschicht (Planums), die üblicherweise mit Schotter (Größe 16/32 mm) aufgebracht werden. Die Bezeich­nung Glasschaum (oder Schaumglas) bezieht sich auf den Rohstoff Alt­glas und dem nachfolgenden Produktionsprozess, in dem das Glasmehl aufgeschäumt wird. Üb­licherweise wird diese Art der Perimeterdämmungen unter­halb der Bodenplatte, wie vorher beschrieben, sowie seitlich an der Kellerwand angewendet. Neben dem wärmedämmenden Eigenschaften bringt Glasschaum noch die Vorteile mit sich, dass er dränierend, kapelarbrechend sowie lastabtragend und vor allen Dingen im Vergleich zu Schotter leicht zu transportieren ist. Dieses Material wird meist als Schüttgut oder in so genannten BigBags angeliefert. Bevor der Glasschaumschotter in die Baugrube eingebracht wer­den kann, wird diese mit z. B. Geotextilien ausgelegt.

Um bei dieser Art und Weise der Perimeterdämmungen eine normenkonforme Erdungsanlage errichten zu können, muss der Ring­erder unterhalb des ge­sam­ten Aufbaues (Glasschaumschot­ter und Geotextil) erdfüllig eingebracht werden. Die Installation des Erders erfolgt so, im Vergleich mit den üblichen Aufbauten, zeitlich früher. Es muss der ausführenden Firma bewusst sein, dass die Erderinstallation frühzeitiger in der Rohplanung, unmittelbar nach dem Aushub der Baugrube erfolgen muss. Der hierzu verwendende Werkstoff ist Niro V4A mit der Werkstoffnummer 1.4571 für den Rund- oder Flachleiter sowie auch für die notwendigen Klemmen und Verbinder, die direkt ins Erdreich eingebracht werden (Quelle: www.technopor.com). Bei einer gesamten Dämmung der Fundamentplatte und der Außenwände (Voll-Perimeterdämmung) ist der Ringerder unter­halb der Fundamentplatte in der Sauberkeitsschicht oder im Erd­reich mit der entsprechenden Masche einzubringen. Hierbei muss ein korrosionsbeständiger Erderwerkstoff aus NIRO (V4A), z. B. Werkstoff-Nr. 1.4571, verwen­det werden.

Dokumentation

Nach DIN 18 014 ist über die Er­dungs­anlage eine Dokumenta­tion anzufertigen. In der Doku­men­tation ist das Ergebnis der Durchgangsmessung einzutragen. Die Ausführungspläne und vorhandene Fotografien der Erdungsanlage sind beizulegen.

Fazit

Zuverlässige Erdungsanlagen sind bei bestehenden Bauwerken und bei Neubauten ein elementarer Bestandteil der elektrotechnischen Installation. Sie ist eine wichtige Basis für Sicherheit und Funktionalität von Installationen im Gebäude. So auch für die Blitz­schutzerdung die dafür sorgt, den Strom sicher von den Ableitungen zu übernehmen und in das Erdreich abzuleiten. Die Funktionserdung hat die Aufgabe, den sicheren und störungsfreien Betrieb von elektrischen und elektronischen Anlagen sicherzustellen. In der praktischen Ausführung gilt es die Grundsätze der DIN VDE-Normen, sowie die wichtigen Hinweise der örtlichen Versorgungsnetzbetreibers zu beachten.