Erdung, Potentialausgleich und Bonding: Wichtige Unterschiede erklärt

Was ist der Unterschied zwischen Erdung, Grounding und Bonding?

Es gibt ungewöhnliche Verwirrung, das grundlegende Konzept und den Hauptunterschied zwischen Grounding, Erdung und Bonding zu verstehen – sogar einige Fachleute vertauschen die Begriffe für Erdung, Grounding und Bonding wie Erdungsbond, Bonding-Ground etc. Zusätzlich ist elektrisches Bonding etwas völlig anderes als Grounding und Erdung.

Kurz gesagt: Grounding und Erdung sind dasselbe Konzept, ausgedrückt durch unterschiedliche Begriffe, die dafür verwendet werden. Es gibt einen kleinen Unterschied zwischen Erdung und Grounding, den wir im Detail wie folgt besprechen werden.

• Der Begriff Grounding wird synonym für Erdung in den USA und Kanada verwendet, basierend auf NEC, CEC, IEEE, UL & ANSI Standards.
• Der Begriff Erdung wird in EU, UK und anderen Ländern verwendet, die IEC und IS Standards folgen.
• Der Begriff Bonding oder elektrisches Bonding wird in US, UK & EU (NEC & IEC) gleich verwendet für das Verbinden und dauerhafte Verbinden von zwei Leitern (Drähten, Pumpen, Maschinen, Rohren etc.) und metallischen Körpern (nicht-stromführend während des normalen Betriebs), um den Potenzialunterschied auf beiden Maschinen oder Systemen, die durch Bonding-Draht verbunden sind, auszugleichen.

Kurz gesagt: Grounding und Erdung sind die lokalen Begriffsversionen, die in den USA und UK verwendet werden. Zum Beispiel wird „Protective Ground“ „PG“ in den USA verwendet, während „Protective Earth“ „PE“ in UK und EG verwendet wird. Ebenso werden Ground Potential Rise „GPR“ oder Earth Potential Rise „EPR“ in den USA und UK entsprechend verwendet. In anderen einfachen Worten: Die Begriffe „Zweiwegschalter“ und „Dreiwegschalter“ werden für dieselbe Sache verwendet, die für dieselben Zwecke in den USA und UK jeweils genutzt wird.

• Weiterführender Beitrag: Elektrische Erdung – Methoden und Arten der Erdung & Grounding

Nun besprechen wir sie einzeln im Detail.

Was ist Grounding?

Grounding ist die Verbindung zwischen stromführenden Teilen einer Maschine (die im normalen Betrieb Strom führen) und Erde, wie z. B. der Neutralleiter eines Generators oder der Sternpunkt eines sternverbundenen Leistungstransformators. Dieses Grounding bietet einen effektiven Weg für Fehlerströme von der Ausrüstung zur Stromquelle, was zum Schutz der Stromversorgungsinstallationen und Geräte führt.

Grounding wird auch verwendet, um unsymmetrische Systeme auszugleichen. Zum Beispiel werden alle drei Phasen (Leiter) unsymmetrisch, wenn ein Fehler im System auftritt; daher leitet das Grounding den Fehlerstrom zur Erde ab und macht das System wieder symmetrisch, mit dem Gesamtnullleiterstrom als „0“ (es ist nicht möglich, diesen Wert in spezifischen Fällen zu erreichen, aber er reduziert sich auf den fast idealen Fall, d. h. den nächstmöglichen Wert).

Zudem bietet Grounding Schutz gegen Überspannung (Blitz, Leitungsfehler und Überspannungen) und leitet die Überspannung zur Erde ab, was das System stabil und zuverlässig mit maximaler Transformatorwirksamkeit macht.

• Sowohl AC- als auch DC-Schaltungen in der Elektro- und Elektroniktechnik benötigen ein „0V“ als Referenzpotenzial, bekannt als Ground, was den Stromfluss von der Erzeugerquelle zur Lastseite ermöglicht.
• Es ist nicht zwingend, den Ground immer mit der Erde zu verbinden, wie in Fahrzeugen und Automobilen, wo der Ground mit dem metallischen Körper und Fahrgestell verbunden ist, das weiter durch Gummiräder von der Erde isoliert ist. Der Ground wird am Verbraucherende oder Stromverteilerpunkt in einem Stromverteilungssystem geerdet.
• Es ist nicht notwendig, den Neutralleiter zu erden, da eine Neutral-zu-Erde-Spannung aufgrund des Spannungsabfalls in der elektrischen Verdrahtung oder weil diese beiden Drähte in anderen Systemen verwendet werden, existieren kann.

Gut zu wissen:

• Grounding kann als Neutralleiter verwendet werden, aber Neutralleiter kann nicht als Ground verwendet werden. Aus diesem Grund sollte man den Neutralleiter niemals doppelt erden (d. h. Neutralleiter sollte am Ende der Verbrauchereinheit oder des Verteiltransformators im Kraftwerk oder an Versorgungsmasten geerdet werden).
• Mehr als ein Ground wird Probleme für den ordnungsgemäßen Betrieb der OCPD (Überstromschutzeinrichtungen) verursachen, da der Strombetrag nicht ausreicht, um diese Schutzeinrichtungen zu betätigen. In einigen Fällen werden ungeerdete Y-Schaltungen (Schutz-Erdung der Ausrüstung ist dennoch verbunden) verwendet, um den Betrieb von OCPDs (einphasiger Erdfehler) zu verhindern.
• Der FI-Schutzschalter (Ground-Fault Circuit Interrupter) ist ein Schutzgerät, das verwendet wird, um Stromungleichgewichte zwischen dem Heißen (ungeerdeten) und Neutralleiter (Geerdeten) zu erkennen und den Stromkreis im Fehlerfall zu unterbrechen, um Leben zu schützen (Diese Schutzgeräte werden in Krankenhaus-Intensivstationen und anderen sensiblen Bereichen, die eine kontinuierliche und unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigen, nicht empfohlen. Erfahren Sie mehr über FI- & AFCI-Verdrahtungsinstallationen).

Weiterführender Beitrag: Wie man die Größe des Erdleiters, der Erdungsleitung & der Erdelelektroden findet?

Was ist Erdung?

Erdung ist die Verbindung zwischen den metallischen (leitfähigen) Teilen (wie Körperrahmen, metallisches Gehäuse, das im normalen Betrieb nicht stromführend ist) eines elektrischen Geräts oder einer Installation und Erde (Ground). Elektrische Erdung ist auch als Grounding in den USA bekannt.

Wenn der stromführende Leiter (Phase, heiß oder Leiter) den metallischen Körperrahmen einer Maschine oder eines Schaltschrankgehäuses berührt und jemand in Kontakt kommt (durch Berühren) mit dem Maschinenrahmen oder metallischen Gehäuse, erhält er einen starken elektrischen Schlag (aufgrund des hohen Potenzials zwischen Erde und Körperrahmen), sogar ein tödlicher Stromschlag kann durch den Fehlerstrom auftreten, der durch den Körper des Opfers zur Erde fließt.

Aus diesem Grund wird ein blanker oder grüner oder grün-gelb gestreifter Draht zwischen dem metallischen Körper und den Erdelektroden (oder Erdenplatten, die im Boden vergraben sind) über den Erderleiter angeschlossen. Auf diese Weise wird der Fehlerstrom zur Erde abgeleitet, weshalb das Erdungssystem die Person vor gefährlichem elektrischen Schlag schützt.

Es wird sowohl Erdung (Grounding in den USA) als auch Bonding zwischen den äußeren Oberflächen und metallischen Teilen der Maschinen und Erde für zusätzlichen und perfekten Schutz empfohlen. Zudem sollten Hochspannungsmaschinen wie Motoren, Transformatoren und Generatoren doppelt geerdet (gegrounded) werden, d. h. von zwei verschiedenen und getrennten Standorten (mit getrennten Erdleitern und Erdelelektrodenplatten).

Erdung bietet auch einen sicheren Ableitweg für Blitzschläge durch Funkenstrecken, Überspannungsableiter und Blitzableiter, wodurch das System zuverlässig mit reibungslosem Betrieb wird.

• Weiterführender Beitrag: Unterschied zwischen Neutralleiter, Ground und Erde

Was ist Bonding?

Bonding oder elektrisches Bonding ist der Prozess des Verbindens und dauerhaften Verbindens von zwei elektrischen Leitern, Maschinen, Rohren, Geräten und allen metallischen Teilen in den Strominstallationen. In diesem Prozess werden alle toten metallischen Teile (nicht-stromführend unter normalen Bedingungen) der Installationen über einen Leiterdraht verbunden, der den beabsichtigten Potenzialunterschied zwischen ihnen ausgleicht.

Auf diese Weise ist eine Person immer noch geschützt (vor elektrischem Schlag), selbst wenn sie zwei (verbundene) Maschinen gleichzeitig berührt, die an verschiedene Quellen angeschlossen sind. Mit anderen Worten: Der Bonding-Stab gleicht aus und stellt sicher, dass dieselben elektrischen Potenzialniveaus auf beiden Oberflächen herrschen. Auf diese Weise gibt es keine Chance für Stromfluss aufgrund des Fehlens von Potenzialunterschied, weshalb das System und das Personal gut geschützt sind.

Aus dem oben genannten Grund wird ein gut geerdetes Bonding-System verwendet, um Personen, Geräte, Ausrüstungen und andere Installationen zu schützen, da das geerdete Bonding-System sicherstellt, dass alle angeschlossenen Geräte auf demselben Spannungsniveau sind, weshalb keine Chance für Entladung & Stromfluss besteht.

Bonding an elektrische Erde wird umfassend verwendet, um sicherzustellen, dass alle Leiter (Person, Oberfläche und Produkt) auf demselben elektrischen Potenzial sind. Wenn alle Leiter auf demselben Potenzial sind, kann keine Entladung auftreten.

Bonding stellt sicher, dass diese beiden Dinge, die verbunden sind, auf demselben elektrischen Potenzial sind. Das bedeutet, wir würden keine Elektrizitätsansammlung in einem Gerät oder zwischen zwei verschiedenen Geräten bekommen. Kein Stromfluss kann zwischen zwei verbundenen Körpern stattfinden, weil sie dasselbe Potenzial haben.

Wenn eine einzelne Maschine oder ein Schaltschrank ordnungsgemäß geerdet (gegrounded) und mit einem anderen Kasten verbunden ist, gibt es keine Chancen für Stromfluss aufgrund des Nullpotenzials (geerdeten) zwischen den verbundenen Kästen oder Maschinen.

Bonding selbst schützt nicht, bietet aber den niederohmigen Rückweg zur Stromquelle. Auf diese Weise beginnt ein hoher Strom zu fließen, was zum Auslösen des Schutzschalters und zur Beseitigung des Fehlers führt.

Bonding ist aus folgenden zwei sicherheitsrelevanten Gründen notwendig..

• Wenn kein Bonding vorhanden ist, wird eine Person, die zwei verschiedene Geräte gleichzeitig berührt (beide Geräte mit unterschiedlichen Spannungsniveaus), als Ausgleicher wirken und einen elektrischen Schlag aufgrund der Energieaufbau zwischen Potenzialunterschieden an beiden Enden erhalten.
• Wenn ein stromführender Draht den metallischen Körper der Maschine berührt und in Kontakt mit einer Person kommt (die daran arbeitet), kann diese einen gefährlichen, sogar tödlichen elektrischen Schlag erhalten.

Das ordnungsgemäß verbundene sowie geerdete (erddete) System bietet Schutz gegen beide oben genannten Szenarien.

• Weiterführender Beitrag: Unterschied zwischen Real Ground und Virtual Ground?

Hauptunterschied zwischen Grounding und Erdung

Sowohl Grounding als auch Erdung sind fast dasselbe, d. h. das Anschließen eines elektrischen Geräts an die Erde (Erdplatte oder Erdelektrode über Kontinuitätsleiter oder Schutzstab). Dieses System bietet eine unverzichtbare Referenzspannung im Stromkreis, um Installationen vor Blitzeinschlägen zu schützen, und leitet den Fehlerstrom zur Erde ab, weshalb das System Leben schützt.

Für Nicht-US-Bewohner gibt es einen kleinen (fast vernachlässigbaren) Unterschied zwischen Ground und Erde wie folgt.

• Zwei Begriffe werden für dieselbe Sache verwendet, d. h. Grounding wird in den USA (NEC) und Erdung in UK (IEC) verwendet, genauso wie Dreiwegschalter (in den USA) während Zweiwegschalter (in UK) während beide für dieselben Zwecke verwendet werden.
• Grounding ist ein einziger niederohmiger Pfad, um den Fehlerstrom zur Erde abzuleiten, während Ground ein doppelter Pfad ist (manchmal ein Rückweg für Hauptstrom und Quelle für unerwünschte Ströme).
• Wenn der Neutralleiter der dreiphasigen unsymmetrischen Verbindung mit der Erde verbunden wird (um das System auszugleichen), ist dies als „Grounding“ bekannt. Andererseits ist „Erdung“ die Verbindung zwischen den Geräten/Installationen und Erde zum Schutz vor Schäden an Geräten und Ausrüstungen und zur Verringerung des Risikos von elektrischem Schlag.
• Ground ist der gemeinsame Punkt im Stromkreis, um Spannungsniveaus aufrechtzuerhalten und unsymmetrische Phasen auszugleichen, während Erdung das System vor Hochspannungsüberspannungen schützt.
• Ground als Neutral-Erde wird für Installationssysteme und Geräteschutz verwendet, während Erdung Schutz vor elektrischem Schlag bietet und (um Menschen-/Tierleben zu retten) als Sicherheitsmaßnahme verwendet wird.

Weiterführender Beitrag: Der Zweck von Erd- oder Ground-Draht in Freileitungen.

Vergleich zwischen Erdung, Grounding und Bonding

Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich und die Unterschiede zwischen Bonding, Erdung und Grounding.

Merkmal	Grounding	Erdung	Bonding
Terminologie	Grounding ist der in Nordamerika (USA) & kanadischen Standards wie NEC, CEC, IEEE, ANSI und UL verwendete Begriff.	Erdung wird in europäischen, Commonwealth-Ländern und Großbritannien (UK) Standards wie IS und IEC etc. verwendet, während Grounding etwas anders ist.	Elektrisches Bonding ist derselbe Begriff in NEC & IEC (USA & UK), aber völlig anders als Grounding und Erdung.
Symbol
Definition	Verbinden der stromführenden Teile des elektrischen Systems mit der im Boden vergrabenen Erdelektrode über Erderleiter.	Verbinden der metallischen (leitfähigen) Teile (wie Körper, Rahmen, die im normalen Betrieb nicht stromführend sind) eines elektrischen Geräts oder einer Installation mit der Erde (Ground) wird Erdung (und/oder Grounding in den USA) genannt.	Verbinden zweier elektrischer Systeme (wie Drähte, Geräte und Rohre etc.) zusammen, um sie auf dasselbe Potenzialniveau zu bringen, während sie im normalen Betrieb nicht stromführend sind.
Installationsort	Verbindung zwischen den stromführenden Teilen des Systems (wie Neutralleiter als Rückweg für Strom) zur Erde.	Verbindung zwischen dem metallischen Körperrahmen und der Erdenplatte im Boden über Erderleiter & Erdungsleitung.	Verbindung zwischen zwei Geräten, Drähten, Rohren etc. (die im normalen Betrieb nicht stromführend sind) über einen Leiter.
Typen	Festerdung, Widerstandserdung und Reaktanzerdung.	Rohrerdung, Plattenerdung, Wasserhaupt-Erdung, Staberderdung & Streifendraht-Erdung.	Haupt-Bonding und ergänzendes Bonding.
Leiterfarbe	Grün mit Gelbstreifen oder blanker Leiter.	Grün oder Grün mit Gelbstreifen oder blanker Leiter.	Grün mit Gelbstreifen.
Pfad	Bietet Rückweg für Strom bei abnormalen und Fehlerbedingungen.	Bietet Pfad zu großer Oberfläche zu Nullvolt-Potenzial.	Bietet Pfad zum Ausgleichen des Potenzialunterschieds auf zwei verschiedenen Oberflächen.
„0“ Potenzial	Neutralleiter an Ground angeschlossen kann Potenzial haben (Nullpotenzial, wo algebraischer Strom null ist, bekannt als „Virtual Grounding“).	Nullpotenzial aufgrund der physischen Verbindung zwischen Gerät und Erde.	Gleiches und null elektrisches Potenzial auf beiden verbundenen Geräten.
Schutz	Schützt elektrische Systeme und Leistungseinrichtungen bei Fehlerzustand, da es Rückweg für Phasenströme bietet.	Schützt Person vor gefährlichem elektrischem Schlag, da es präventive Maßnahme ist, unerwünschte elektrische Energie zur Erde abzuleiten.	Schützt Geräte und Personal, indem Stromfluss zwischen zwei Maschinen mit unterschiedlichem Potenzial reduziert wird. Bonding selbst schützt nichts ohne Erdung.
Beispiele	Sternpunkt eines sternverbundenen Transformators oder stromführender Teil als Neutralleiter im Generator an Ground angeschlossen.	Metallischer Körperrahmen und Gehäuse elektrischer Maschinen (Transformator, Motoren, Generatoren etc.) an Erdelelektrode (Erdenplatte) angeschlossen.	Jeder Leiterdraht, der zwischen zwei metallischen Körpern elektrischer Maschinen & Geräte verbunden ist, um Potenzialunterschied auszugleichen.
Verwendung	Wird verwendet, um unsymmetrische Last auszugleichen und System zu schützen.	Wird verwendet, um Schutz vor sowohl elektrischem Schlag als auch Fehlern im System zu bieten.	Wird verwendet, um Schutzschalter auszulösen, wenn hoher Strom aufgrund Existenz/Änderung des Potenzialunterschieds fließt.
Anwendungen	Grounding bietet effektiven Rückweg für Strom zwischen elektrischer Ausrüstung und Stromsystem.	Erdung leitet unerwünschte Energie zur Erde ab, um Person zu schützen, die metallischen Körper der Maschine bei Fehlern berührt.	Bonding stellt sicher, dass beide verbundenen Geräte auf demselben Spannungsniveau sind und bietet niederohmigen Pfad zurück zur Quelle, um Schutzschalter bei Fehlerströmen auszulösen.