Die Begriffe Blitzschutz, Erdung und Potentialausgleich begegnen einem im Zusammenhang mit der fachgerechten Errichtung einer Satellitenschüssel immer wieder. Fälschlicherweise werden diese Begriffe häufig synonym verwendet oder durcheinander gebracht. Wir möchten deshalb kurz auf die Unterschiede dieser Begrifflichkeiten eingehen und folgende Fragen diskutieren:

  • Was ist der Unterschied zwischen Erdung und Potentialausgleich?
  • Worin unterscheidet sich der innere und äußerer Blitzschutz?

Auf die konkrete Umsetzung der Erdung und des Potentialausgleichs, wird im Artikel Erdung und Potentialausgleich von Satellitenanlagen näher eingegangen.

Wichtiger Hinweis

Diese Artikel stellt keine Anleitung dar und ist keine Aufforderung, Installationen bezüglich Erdung, Potentialausgleich, Überspannungsschutz oder Blitzschutz selbst durchzuführen! Solche Installationen dürfen nur von speziell geschultem Fachpersonal übernommen werden! Elektrische Ströme sind lebensgefährlich! Für die Korrektheit der hier bereitgestellten Informationen können wir nicht garantieren! Wir übernehmen keine Haftung für Schäden!

Dieser Artikel soll lediglich für die Themen Potentialausgleich, Erdung, Blitzschutz und Überspannungsschutz sensibilisieren, da sie häufig bei der Installation einer Satellitenanlage vernachlässigt werden.

Unterschied zwischen Potentialausgleich und Erdung

Ursache für elektrische Ströme

Die Ursache für elektrische Ströme sind elektrische Spannungen. Solche Spannungen entstehen, wenn ein Potentialunterschied zwischen zwei Punkten besteht (Spannung und Potentialunterschied sind letztlich synonyme Begriffe). Gefährlich kann es immer dann werden, wenn der Mensch Teil eines Stromkreises wird, der durch einen solchen Potentialunterschied gebildet wird.

Dies kann der Fall sein, wenn sich Gegenstände elektrisch aufladen oder wenn spannungsführende Leitungen in Kontakt mit metallischen Gegenständen kommen. Häufig handelt es sich bei diesen metallischen Gegenständen um Gehäuse von Bauteilen. Solche Gehäuse bauen dann ein elektrisches Potential auf, das sich von anderen Gegenständen. Auf diese Weise kommt es zu einem Potentialunterschied zwischen diesen Gegenständen, d.h. zu einer Spannung. Ein Strom bildet sich aber erst dann aus, wenn eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen unterschiedlichen Potentialen besteht, d.h. der Stromkreis geschlossen wird.

Gefährliche Potentialdifferenzen (Spannungen) zwischen metallischen Gegenständen
Abbildung: Gefährliche Potentialdifferenzen (Spannungen) zwischen metallischen Gegenständen

An dieser Stelle kommt nun der Mensch ins Spiel. Er ist nämlich in der Lage eine solche leitende Verbindung herzustellen. Hierzu muss er nur in Berührung mit zwei unterschiedlichen elektrischen Potentialen kommen. Der Mensch ist zwar ein relativ schlechter Stromleiter, aber er leitete über seine feucht-salzige Haut den elektrischen Strom! Dies kann sehr gefährlich werden, da der Herzmuskel nämlich seinerseits durch elektrische Ströme gesteuert wird. Durch den zusätzlichen Strom kann das Herz schließlich aus dem Rhythmus kommen. Zudem kann ein großer Strom durch die damit verbundene Wärmeentwicklung Verbrennungen hervorrufen.

Aber nicht nur für Menschen ist ein Potentialunterschied gefährlich, sondern auch für elektrische Bauteile selbst und umliegende brennbare Materialien. Wird die Spannung zwischen zwei Punkten nämlich zu groß, dann können Ladungen von einem Punkt zum anderen überspringen. Das große elektrische Feld, reißt dann sozusagen Elektronen von dem Gegenstand heraus. Dies zeigt sich in der Bildung von Funken, die letztlich nichts anderes darstellen als elektrische Ströme, die durch Luft hindurch strömen (Lichtbogen)! Nicht nur eine empfindliche Elektronik kann hiervon Schaden nehmen, Funken oder Lichtbögen können auch Auslöser für Brände sein! Solche Funkenbildungen können Sie im Dunkeln auch selbst beobachten, wenn Sie bspw. mit Ihrer Hand ein einem Tuch aus Baumwolle oder Seide reiben. Die elektrostatische Aufladung führt zu Potentialdifferenzen und schließlich zu Funken.

Potentialausgleich

Man sollte also stets das ungewollte Entstehen eines Potentialunterschieds zwischen unterschiedlichen Bauteilen untereinander und auch dem Gebäude verhindern. Die Idee hierzu ist recht einfach: Befinden sich zwei Punkte auf demselben elektrischen Potential, dann gibt es zwischen diesen Punkten keine Potentialdifferenz, d.h. keine Spannung. Ohne Spannung wird auch kein Strom hervorgerufen. Dies ist im Übrigen auch der Grund weshalb Vögel auf Hochspannungsleitungen sitzen können, ohne einen tödlichen Stromschlag zu bekommen. Sie befinden sich mit ihren beiden Berührpunkten (d.h. mit ihren beiden Füßen) auf demselben elektrischen Potential.

Was man in der Praxis also machen muss, ist lediglich dafür zu sorgen, dass sich alle möglichen metallischen Gegenstände und das Gebäude stets auf demselben elektrischen Potential befinden. Deshalb gibt es in einem Haushalt eine sogenannte Potentialausgleichsschiene. Alle metallischen Gehäuse von elektrischen Geräten (und auch Wasserleitungen, Rohrleitungen, Gasleitungen, etc.) sind mit dieser Potentialausgleichsschiene zu verbinden.

Potentialausgleichsschiene zur Verhinderung von Potentialdifferenzen zwischen metallischen Gegenständen
Abbildung: Potentialausgleichsschiene zur Verhinderung von Potentialdifferenzen zwischen metallischen Gegenständen

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich alle angeschlossenen Gegenstände sowie das Gebäude auf einem gemeinsamen elektrischen Potential befinden. Hierdurch sollen ungewollte Spannungen und Funkenbildungen (“Blitze”) zwischen den unterschiedlichsten Punkten im inneren eines Hauses vermeiden werden. Deshalb leistet dieser Schutzpotentialausgleich einen wichtigen Beitrag zum sogenannten inneren Blitzschutz.

Potentialausgleichsschiene
Abbildung: Potentialausgleichsschiene

Der Schutzpotentialausgleich soll die Entstehung von ungewollten Spannungen zwischen unterschiedlichen Punkten im inneren eines Gebäudes verhindern und auf diese Weise einen wirksamen Schutz gegen einen elektrischen Schlag bieten (“innerer Blitzschutz”)!

Erdung

Was ist aber nun, wenn eine spannungsführende Leitung durch einen Defekt in Berührung mit einem metallischen Gehäuse kommt? Durch das unterschiedliche elektrische Potential dieser Leitung im Vergleich zum Gehäuse werden unweigerlich elektrische Ströme hervorgerufen. Auch das Einschlagen eines Blitzes in eine Rohrleitung verursacht Ströme. Diese Ströme müssen letztlich gezielt abgeleitet werden, damit sie bei Berührung unter keinen Umständen durch uns Menschen oder durch andere Bauteile fließen. Dies erreicht man durch ein gezieltes Ableiten der Ströme ins Erdreich. Ein solches Ableiten ins Erdreich wird auch als Erdung bezeichnet.

Die leitende Verbindung bis ans Erdreich wird über einen speziellen Erdungsleiter erreicht. Dieser muss bestimmte Anforderungen erfüllen. Hierzu zählen bspw. Material und Querschnittsfläche. Es müssen aber auch bestimmte Vorgaben beim Verlegen eines Erdungsleiters eingehalten werden. Jener Teil der Erdung, der tatsächlich ins Erdreich ragt, wird Erder genannt. Hierfür gibt es verschiedene Arten von Erdern wie bspw. Tiefenerder, Oberflächenerder, Ringerder oder Fundamenterder. Auch solche Erder müssen bestimmte Anforderungen erfüllen, damit sie zum Einsatz kommen dürfen.

Haupterdungsschiene verbunden mit dem Fundament des Hauses (Fundamenterder)
Abbildung: Haupterdungsschiene verbunden mit dem Fundament des Hauses (Fundamenterder)

Die Hauptpotentialausgleichsschiene ist über einen solchen Erdungsleiter bzw. Erder mit dem Erdreich verbunden. Die Potentialausgleichsschiene wird dann auch als Haupterdungsschiene (HES) bezeichnet. Der Erdungsleiter ist häufig ein Metallstreifen (Anschlussfahne genannt), der mit einem geschlossenen Ringsystem aus Bandstahl das gesamte Fundament durchzieht und somit in elektrischem Kontakt mit dem feuchten Erdreich steht. Man spricht in diesem Fall von einem sogenannten Fundamenterder. Der Erdungsleiter bzw. die Anschlussfahne befindet sich im Hausanschlussraum des Gebäudes.

Haupterdungsschiene (HES) im Hausanschlussraum (HAR) eines Gebäudes
Abbildung: Haupterdungsschiene (HES) im Hausanschlussraum eines Gebäudes

Sie sehen also, dass Potentialausgleich und Erdung zwei unterschiedliche Dinge sind. Im Prinzip könnten Sie in einem Gebäude einen Potentialausgleich durchführen, aber die Hauptpotentialausgleichsschiene nicht mit dem Erdreich verbinden (was natürlich nicht erlaubt ist). Sie hätten dann zwar einen Schutzpotentialausgleich zur Vermeidung eines elektrischen Schlages innerhalb des Gebäudes, aber keine Erdung! Jedoch benötigen Sie aber beides zusammen für einen wirksamen Schutz!

Der Potentialausgleich dient dem Herstellen eines gemeinsamen elektrischen Potentials zur Vermeidung von elektrischen Überschlägen. Die Erdung dient dem Ableiten von Strömen ins Erdreich.

Blitzschutz

Während ein Potentialausgleich und eine Erdung für ein Gebäude zwingend vorgeschrieben sind, ist die Errichtung einer Blitzschutzeinrichtung in der Regel nicht unbedingt nötig. Blitzschutzeinrichtungen sollen die Auswirkungen von Blitzeinschlägen auf das Gebäude und die darin befindlichen Gegenstände möglichst gering halten. Im Bereich des Blitzschutzes wird unterschieden zwischen dem sogenannten äußeren Blitzschutz und dem inneren Blitzschutz.

Äußerer Blitzschutz

Der äußere Blitzschutz wird umgangssprachlich auch als Blitzableiter bezeichnet und umfasst im Wesentlichen die drei folgenden Punkte:

  • Fangeinrichtung
  • Ableitungseinrichtung
  • Erdungseinrichtung

Der äußere Blitzschutz dient dem “Auffangen” der Blitze durch speziell dafür vorgesehene Metallstangen, sogenannte Fangeinrichtungen. Dies soll verhindern, dass der Blitz eben nicht direkt in das Gebäude einschlägt, sondern in die Fangstange.

Fangeinrichtung einer äußeren Blitzschutzanlage
Abbildung: Fangeinrichtung einer äußeren Blitzschutzanlage

Die entstehenden Ströme bei einem Blitzeinschlag müssen anschließend über elektrische Leitungen gezielt ins Erdreich abgeleitet werden. Bei solchen Ableitungseinrichtungen handelt es sich meist um massive Metallleitungen mit einem Durchmesser von mindestens 8 mm bei Kupfer (50 mm²). Diese führen auf kürzestem Wege nahe der Hauswand senkrecht über eine sogenannte Erdeinführungsstange ins Erdreich (Tiefenerder). Diese Erder müssen für den Potentialausgleich laut VDE mit der Haupterdungsschiene des Gebäudes verbunden sein. Dies soll gefährliche Potentialdifferenzen zwischen dem Blitzschutzerder und dem Gebäudeerder verhindern.

Äußerer Blitzschutz mit Fangeinrichtung, Ableiter und Erdung
Abbildung: Äußerer Blitzschutz mit Fangeinrichtung, Ableiter und Erdung

Der äußere Blitzschutz dient dem Ableiten von Blitzströmen außerhalb von Gebäuden ins Erdreich. Insofern stellt der äußere Blitzschutz eine Erdung dar.

Innerer Blitzschutz

Ein äußerer Blitzschutz kann letztlich nicht verhindern, dass sich bei einem Blitzeinschlag hohe Spannungen aufbauen, insbesondere zwischen der Blitzschutzeinrichtung und den metallischen Gegenständen im Inneren des Gebäudes. Auf diese Weise kann es beim Ableiten eines Blitzes auch im Inneren des Gebäudes zu gefährlichen Spannungen und somit zur Funkenbildung kommen. Dies muss durch den inneren Blitzschutz verhindert werden. Hierzu zählt nicht nur der bereits erläuterte Potentialausgleich (sog. Blitzschutzpotentialausgleich), sondern auch das Installieren spezieller Überspannungsschutzeinrichtungen.

Überspannungsschutz
Abbildung: Überspannungsschutz an Koaxialkabeln

Ein wirksamer Überspannungsschutz ist mittlerweile auch selbst dann vorgeschrieben, wenn kein äußerer Blitzschutz vorhanden ist. Denn ein gefährlicher Potentialunterschied zwischen Gebäude und Umgebung kann sich auch dann bilden, wenn der Blitz in die Zuleitungen oder in die unmittelbare Umgebung des Gebäudes einschlägt.

Der innere Blitzschutz dient der Vermeidung eines elektrischen Schlages innerhalb des Gebäudes. Insofern stellt der innere Blitzschutz ein Potentialausgleich dar.

Grundsätzlich gilt: Immer, wenn ein äußerer Blitzschutz durch eine Blitzschutzanlage vorhanden ist, muss auch zwingend ein innerer Blitzschutz gewährleistet sein.

Anschauliches Beispiel zum Potentialausgleich, Erdung und Blitzschutz

Da sich dieser Artikel vor allem auch an Laien richten soll, die kein Fachwissen auf diesem Gebiet mitbringen, möchten wir an dieser Stelle ein anschauliches Beispiel geben, an dem die Begriffe Potentialausgleich, Erdung und Blitzschutz illustrativ erläutert werden (elektrotechnische Fachkräfte mögen an dieser Stelle bitte nachsichtig sein für diese starke didaktische Reduktion).

Flüssigkeitsstände in Gefäßen als Analogie zum elektrischen Potential

Man kann sich das elektrische Potential wie den Flüssigkeitsstand in Gefäßen vorstellen. Je höher der Füllstand in einem Gefäß ist, desto größer das Potential. Die Spannung entspricht in dieser Analogie somit dem Unterschied in den Füllhöhen. Diese Unterschiede sind dann in der Lage einen Strom hervorzurufen, in diesem Fall ein Wasserstrom.

Höhenunterschied von Wasserständen in Analogie zum elektrischen Potentialausgleich
Abbildung: Höhenunterschied von Wasserständen in Analogie zum elektrischen Potentialausgleich

Verbindet man zwei unterschiedlich gefüllte Gefäße mit einem dünnen Schlauch, dann strömt Wasser vom Gefäß mit dem höheren Füllstand zum Gefäß mit den geringeren Füllstand. Haben sich beide Füllstände angeglichen, dann kommt auch der Wasserstrom zum Erliegen. Sie finden an dieser Stelle also die analoge Situation vor wie im Falle von elektrischen Strömen. Nur wenn ein Potentialunterschied besteht, kann sich ein Strom ausbilden. Es kommt also gar nicht auf das Potential an sich an (d.h. im übertragenen Sinne auf die Füllstandshöhe) sondern nur auf die Potentialdifferenz (d.h. auf die Differenz in den Füllständen zweier Gefäße).

Man kann sich in dieser Analogie nun die unterschiedlichen elektrischen Geräte bzw. Gegenstände als Gefäße vorstellen. Jedem Gegenstand kann ein elektrisches Potential und im übertragenen Sinne somit ein bestimmter Füllstand zugeordnet werden. Im Idealfall haben natürlich alle Gegenstände identische Potentiale, d.h. alle Gefäße einen gemeinsamen Füllstand. Auf diese Wese lässt sich ein ungewollter Wasserstrom verhindern, wenn aus Versehen zwei unterschiedliche Gefäße miteinander verbunden werden (von der Tatsache abgesehen, dass sich der Schlauch mit Wasser füllen wird; aber es wird nicht zu einem dauerhaften Fließen des Wassers kommen).

Unterschiedliche Füllstände als Analogie zu unterschiedlichen elektrischen Potentialen
Abbildung: Unterschiedliche Füllstände als Analogie zu unterschiedlichen elektrischen Potentialen

Gemeinsames Rohrleitungssystem als “Potentialausgleich”

Elektrische Bauteile werden natürlich mit elektrischem Strom versorgt. Dies entspricht im übertragenen Sinne dem Anschließen zweier Wasserleitungen. Über die eine Leitung strömt Wasser dem Gefäß zu und über die andere wieder ab. Im Idealfall strömt dieselbe Menge zu wie auch wieder abfließt. Im elektrischen Fall ist dies im übertragenen Sinne nicht anders. Elektrische Ladungen fließen über die eine Leitung zu und im selben Maße über die andere angeschlossene Leitung wieder ab.

Durch Defekte kann sich das elektrische Potential von Gegenständen nun ändern, z.B. wenn ein Kabel ein Metallgehäuse berührt oder wenn ein Blitz in die Wasserleitung einschlägt. Im übertragen Sinne entspricht diesem dem Anstieg der Wasserspiegel in den Gefäßen, z.B. durch einen verstopften Abfluss oder durch örtlichen Regen. In diesem Fall bauen sich unterschiedliche Füllstandshöhen auf. Verbindet man nun zwei Gefäße miteinander, dann ruft dies einen (ungewollten) Wasserstrom hervor.

Möchte man verhindern, dass sich zwischen den Gefäßen unterschiedliche Wasserpegel einstellen, dann muss man letztlich alle Gefäße über ein gemeinsames Rohrleitungssystem miteinander verbinden. Auf diese Weise werden Füllstandsunterschiede stets sofort ausgeglichen. Dies entspricht im übertragenen Sinne dem elektrischen Potentialausgleich, bei dem alle elektrisch leitfähigen Gegenstände über eine gemeinsame Leitung miteinander verbunden sind!

Ausgleich von unterschiedlichen Wasserständen in Analogie zum elektrischen Potentialausgleich
Abbildung: Ausgleich von unterschiedlichen Wasserständen in Analogie zum elektrischen Potentialausgleich

Abflussventil als “Erdung”

Das gemeinsame Rohrleitungssystem verhindert zwar, dass sich zwischen den Gefäßen unterschiedliche Wasserpegel einstellen, der Füllstand lässt sich aber nicht konstant halten. Er wird bei einem defekten Abflussrohr permanent ansteigen. Um ein Überlaufen zu verhindern, muss an das Rohrleitungssystem ein Abflussventil angebracht werden, über das Wasser gezielt in die Kanalisation abgelassen werden kann. Dieses gezielte Ablassen des Wassers um den Wasserspiegel insgesamt konstant zu halten, entspricht im übertragenen Sinne der Erdung.

Abflussventil als Analogie zur Erdung
Abbildung: Abflussventil als Analogie zur Erdung

Blitzschutz als “Regenschirme”

Was aber tun, wenn plötzlich ein Starkregen über das Gefäßsystem hereinbricht? Dies käme einem “Blitzschlag” gleich. Man könnte die gesamten Gefäße unter einen Regenschirm stellen. Auf diese Weise wird das Wasser gezielt von den Gefäßen ferngehalten. Dies entspricht im übertragenen Sinne dem Installieren eines “Blitzschutzsystems”.

Regenschirm als Analogie zum Blitzschutz
Abbildung: Regenschirm als Analogie zum Blitzschutz

Quellen und weiterführende Informationen