Erdung, Schirmung und Blitzschutz von Messgeräten: Eine unterschätzte Fehlerquelle

Erdung, Schirmung und Blitzschutz von Messgeräten: Eine unterschätzte Fehlerquelle

Zeitweise auftretende Messabweichungen oder Kommunikationsfehler können durch Verdrahtung, Potenzialausgleich, Versorgungsqualität oder Überspannungen entstehen. Prüfen Sie die gesamte Installation, bevor Sie den Messumformer austauschen. Unterscheiden Sie dabei Schutzerdung, Signalbezug und Kabelschirmung.

Schutzpotenzialausgleich und Signalbezug getrennt betrachten

Der Schutzpotenzialausgleich begrenzt gefährliche Berührungsspannungen und stellt den erforderlichen Fehlerstrompfad bereit. Signalbezug und Kabelschirm erfüllen andere Aufgaben. Unterschiede zwischen Bezugspotenzialen können ein Signal stören, wenn unerwünschter Strom in seinen Stromkreis gelangt oder die Schnittstelle ihre Gleichtaktgrenze überschreitet.

Manche niederfrequenten Analogschaltungen verwenden eine einzige definierte Verbindung des Signalbezugspotenzials. Das bedeutet nicht, die Schutzerdung im Feld abzuklemmen oder das vermaschte Potenzialausgleichsnetz einer Anlage durch einen einzigen isolierten Erdungspunkt zu ersetzen. Beachten Sie Gerätehandbücher, Elektroplanung und geltende Sicherheitsanforderungen.

Schirmanschluss: Einseitig oder beidseitig?

Ein Kabelschirm bietet einen Ableitpfad für Störströme. Seine Wirksamkeit hängt von Frequenz, Anschlussimpedanz und Potenzialausgleichssystem ab. Bei manchen niederfrequenten Analogschaltungen ist ein einseitiger Anschluss üblich. Andere Schaltungen können einen beidseitigen oder umlaufenden Schirmanschluss erfordern, insbesondere bei höheren Frequenzen.

Legen Sie den Schirmanschluss anhand der Handbücher beider Anschlussseiten und des EMC-Konzepts des Standorts fest. Könnte eine beidseitige Verbindung unerwünschte niederfrequente Ströme führen, sind Potenzialausgleich, galvanische Trennung oder eine freigegebene kapazitive Anschaltung zu bewerten. Klemmen Sie keinen Schutzleiter ab und improvisieren Sie keinen Feldanschluss, um Störungen zu beseitigen.

Wie Blitzüberspannungen tatsächlich in ein Messgerät gelangen

Überspannungen können nach direkten oder nahen Blitzeinschlägen über Versorgung, Signal- und Kommunikationsleitungen sowie Erdpotenzialunterschiede eindringen. Platzieren und koordinieren Sie SPDs an exponierten Kabelstrecken oder Grenzen von Schutzzonen; dafür kann ein Schutz an beiden Enden erforderlich sein. Ein einzelnes SPD an einem Messumformer ist noch kein vollständiges Blitzschutzkonzept.

Ein Überspannungsschutzgerät (SPD) begrenzt die transiente Spannung gegen Erde und benötigt deshalb eine kurze, direkte und niederimpedante Erdverbindung. Ein auf eine lackierte Tafel geschraubtes SPD mit einem Meter dünnem Anschlussdraht ist praktisch wirkungslos. Ein direkt mit einer sauberen Erdungsschiene verbundenes SPD erfüllt seine Schutzaufgabe.

Praktische Prüfliste zur Erdung

Prüfen Sie das Schutzpotenzialausgleichsnetz und die vorgesehenen Signalbezugsverbindungen. Entfernen Sie Erdverbindungen im Feld nicht als pauschale Abhilfe gegen Erdschleifen.

Prüfen Sie jeden Schirm anhand des freigegebenen Anschlussplans, einschließlich Durchgängigkeit, freigelegter Länge, Kabelverschraubungen und gegebenenfalls erforderlicher beidseitiger Anschlüsse.

Trennen Sie die Kabeltrassen. Verlegen Sie 4–20 mA- und Digitalkabel nicht auf derselben Trasse wie Motor- und Leistungskabel. Unvermeidliche Kreuzungen sind rechtwinklig auszuführen.

Verbinden Sie das SPD ordnungsgemäß mit Erde. Überspannungsschutz ist nur so gut wie seine Erdverbindung: kurz, breit und direkt.

Prüfen Sie das Erdungsnetz der Anlage. Eine Messgeräteerdung an einem korrodierten oder unterbrochenen Netz ist keine wirksame Erdung.

Fragen aus der Instandhaltung

F1. Warum driftet mein Messwert beim Start einer Pumpe?

Mögliche Ursachen sind Versorgungseinbrüche, induktive Einkopplung, Bezugspotenzialunterschiede, Schnittstellengrenzen und tatsächliche Prozessänderungen. Zeichnen Sie Versorgung und Signal unter sicheren Bedingungen auf, prüfen Sie die Leitungsführung und vergleichen Sie das Ereignis, bevor Sie eine Potenzialausgleichsverbindung ändern. Das Symptom beweist keinen zweiten Erdpfad.

F2. Soll ich den Schirm am Messumformer oder im Schaltschrank erden?

Maßgeblich sind die EMC-Anforderungen der Geräte und des Standorts. Bei manchen Analogschleifen ist ein Anschluss nur im Schaltschrank üblich. Digitale Schnittstellen, Überspannungsschutz und Potenzialausgleich können jedoch eine andere Anordnung verlangen.

F3. Brauche ich Überspannungsschutz an jeder Schleife?

Ziehen Sie die Blitz- und Überspannungsrisikobewertung des Standorts, die Kabelgefährdung, Schutzzonengrenzen und die Stoßspannungsfestigkeit der Geräte heran. Berücksichtigen Sie gegebenenfalls die Kompatibilität mit Signal, Spannung, HART und Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche. Ein Außenstandort allein legt noch keine vollständige SPD-Auslegung fest.

F4. Kann ich den Schirm als zusätzlichen Leiter verwenden?

Niemals. Der Schirm dient der Abschirmung, nicht als Betriebsleiter. Wird er zur Stromübertragung verwendet, verliert er seine Wirkung und koppelt Störungen direkt in das Signal ein.

Weiterführende technische Leitfäden

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Technische Quellen

• Schirmanschluss und Potenzialausgleich