Ein Beitrag zur rechnerischen Bestimmung von ...

Ein Beitrag zur rechnerischen Bestimmung von 

Erdungsimpedanzen, Erdungsströmen und 

Erdungsspannungen von elektrischen Anlagen in 

Netzen mit niederohmiger Sternpunktserdung 

Diplomarbeit 

Institut für 

Elektrische Anlagen und Hochspannungstechnik 

TU-Graz 

Institutsvorstand: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Hans Michael Muhr 

Betreuer: Dipl.-Ing. Dr. techn. Ernst Schmautzer 

Begutachter: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Lothar Fickert 

Vorgelegt von 

Gabbauer Anton 

Graz, September 2001

Diplomarbeit Inhaltsverzeichnis 

1. Einführung – Kurzfassung ..................................................1 

2. Grundlagen ...........................................................................2 

2.1. Erdungen und Erder ...................................................................................... 2 

2.1.1. Spezifischer Erdwiderstand ........................................................................2 

2.1.2. Stromausbreitung im Erdreich ....................................................................4 

2.1.3. Berechnung von Erdern..............................................................................5 

2.1.4. Ausführungen von Erdern (Tiefenerder, Oberflächenerder, 

Fundamenterder)........................................................................................6 

2.2. Begriffe nach ÖVE EN1, Teil1 und ÖVE EH1 bzw. ÖVE EH41 

(ersetzt durch ÖVE/ON E8001-1 und ÖVE/ÖNORM E 8383) ........................ 9 

2.3. Schutzmaßnahmen .......................................................................................11 

2.4. Netzsysteme und deren Eigenschaften ......................................................12 

2.4.1. IT-System .................................................................................................12 

2.4.2. TT-System................................................................................................13 

2.4.3. TN-System ...............................................................................................15 

2.4.3.1. Erste Nullungsbedingung – Ausschaltbedingung...............................17 

2.4.3.2. Zweite Nullungsbedingung – Erdungsbedingung...............................17 

2.4.3.3. Dritte Nullungsbedingung – Verlegebedingung..................................18 

2.4.3.4. Vierte Nullungsbedingung – Zusatzbestimmung................................19 

2.4.3.5. Nullungsverordnung lt. BGBl. 322/1998.............................................19 

2.5. Zusammenschluss von HS- und NS-Erdung 

(in Anlehnung an ÖVE EH41-§23)................................................................19 

2.5.1. Begriffsdefinitionen...................................................................................19 

2.5.2. Versorgung von NS-Anlagen innerhalb einer HS-Erdungsanlage ...........20 

2.5.3. Versorgung von NS-Anlagen außerhalb einer HS-Erdungsanlage..........20 

2.5.3.1. Legende zu den Abbildungen in 2.5.3.2 bis 2.5.3.5 ...........................21 

2.5.3.2. HS-Netz: niederohmige Sternpunkterdung; NS-Netz: TT-System; 

gesamte HS-Anlage in sonstigen Gebieten........................................22 

2.5.3.3. HS-Netz: niederohmige Sternpunkterdung; NS-Netz: TN-System; 


2.5.3.4. HS-Netz: isolierter Sternpunkt; NS-Netz: TT-System; 


2.5.3.5. HS-Netz: isolierter Sternpunkt; NS-Netz: TN-System; 


Gabbauer Anton Seite I


3. Kettenleiter..........................................................................35 

3.1. Grundlagen....................................................................................................35 

3.1.1. Allgemein..................................................................................................35 

3.1.2. Parameter.................................................................................................36 

3.1.3. Kettenleiter nach Stand der Technik.........................................................37 

3.1.4. Reduktionsfaktor.......................................................................................38 

3.2. Kettenleitermodell bei Messverhältnissen..................................................38 

3.2.1. Allgemein..................................................................................................38 

3.2.2. Simulationsergebnisse .............................................................................41 

3.2.2.1. Ausgangssimulationswerte der zu variierenden Parameter ...............41 

3.2.2.2. Variation des Mast-Ausbreitungswiderstands Rmast ...........................42 

3.2.2.3. Variation der Fehlerimpedanz Zfehler...................................................42 

3.2.2.4. Variation des Abschlusswiderstands RUW ..........................................43 

3.2.2.5. Variation des ohmschen Erseilwiderstands R2...................................44 

3.2.2.6. Variation der Permeabilität µ2 bzw. der Induktivität des Erdseils L2. ..45 

3.2.2.7. Variation des spezifischen Bodenwiderstands ρ ................................46 

3.3. Kettenleitermodell im Fehlerfall...................................................................47 

3.3.1. Allgemein..................................................................................................47 

3.3.2. Simulationsergebnisse .............................................................................51 

3.3.2.1. Ausgangssimulationswerte der zu variierenden Parameter ...............51 

3.3.2.2. Kettenimpedanzen bei einseitiger Speisung 

(eine Freileitung zum Fehlerort) des Fehlerortes, 

unter Variation verschiedener Parameter...........................................52 

3.3.2.3. Kettenimpedanzen bei zweiseitiger Speisung des Fehlerortes, 

unter Variation der Freileitungslängen 

bzw. Zfehler bei Rmast = 30 Ω ................................................................62 

3.3.3. Vergleich mit ZKette∞-Diagramm aus der Literatur (siehe Literatur [7]).........67 

4. Simulationsmodell..............................................................69 

4.1. MATLAB Modell.............................................................................................69 

4.1.1. Module für den Messkettenleiter...............................................................69 

4.1.1.1. messmastenlinks ...............................................................................69 

4.1.1.2. messmastenrechts.............................................................................71 

4.1.1.3. messmastenmitte...............................................................................71 

4.1.1.4. messmastenmodul.............................................................................72 

Gabbauer Anton Seite II


4.1.2. Module für den Kettenleiter unter realen Fehlerbedingungen...................73 

4.1.2.1. klfehlerlinks ........................................................................................73 

4.1.2.2. klfehlerrechts......................................................................................74 

4.1.2.3. klfehlermitte........................................................................................75 

4.1.2.4. klmastenmodul...................................................................................75 

4.1.3. Effektivwertmodul .....................................................................................76 

4.1.4. Simulationsbeispiel...................................................................................77 

4.2. Kettenleiterinitialisierungsprogramm .........................................................78 

4.2.1. Programmoberfläche / Programmbeschreibung.......................................78 

4.2.2. Programmcode zu ini.m............................................................................81 

5. Anhang ................................................................................87 

5.1. Standardmasten............................................................................................87 

5.1.1. 110-kV-Mast .............................................................................................87 

5.1.2. 220-kV-Mast .............................................................................................88 

5.1.3. 380-kV-Mast .............................................................................................89 

5.2. Kenngrößen typischer Leiterseile ...............................................................90 

5.3. ÖVE EH-41/1987 Erdungen in Wechselstromanlagen 

mit Nennspannungen über 1 kV ..................................................................91 

5.3.1. Tabelle 12-1 .............................................................................................91 

5.3.2. Tabelle 15-1 .............................................................................................92 

5.3.3. Tabelle 23-1 .............................................................................................93 

5.3.4. Abbildung 18-1 .........................................................................................93 

5.4. Änderungen betreffend ÖVE/ÖNORM E 8383.............................................94 

6. Verzeichnisse .....................................................................97 

6.1. Literaturverzeichnis......................................................................................97 

6.2. Abbildungsverzeichnis.................................................................................98 

6.3. Diagrammverzeichnis...................................................................................99 

6.4. Tabellenverzeichnis....................................................................................100 

Gabbauer Anton Seite III

Diplomarbeit Einführung – Kurzfassung 

1. Einführung – Kurzfassung 

Spätestens bis 31. Dezember 2008 sind neu zu errichtende öffentliche Stromnetze 

so auszuführen, dass sie die technischen Voraussetzungen für die Anwendung der 

Schutzmaßnahme Nullung in den Verbraucheranlagen erfüllen 

(„Nullungsverordnung“). 

Durch diese Maßnahme wird die Sicherheit (Schutz gegen elektrischen Schlag für 

Menschen und Tiere) vor allem in den unmittelbar an diese Netze 

angeschlossenen Verbraucheranlagen erhöht. Durch das zunehmende 

Umweltbewusstsein und die immer geringer werdenden freien Bauflächen werden 

zwangsläufig immer mehr neue Bauwerke teilweise innerhalb des Einflussbereichs 

von Hochspannungsanlagen errichtet. Beim Zusammenschluss von 

Hochspannungs-Schutzerdung (HS-Erdung) und Niederspannungs- 

Betriebserdung (NS-Erdung) können nun jedoch kritische Bereiche durch die 

Ausführung der Schutzmaßnahme „Nullung“ entstehen. 

Um die kritischen Bereiche festzustellen zu können ist die Kenntnis der 

Stromverläufe in den Erdungsanlagen im Falle eines Erdfehlers notwendig. 

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit den Grundlagen von 

Erdungsanlagen, Schutzmaßnahmen und Netzsystemen. Ein Schwerpunkt der 

Arbeit liegt in der Veranschaulichung der Kriterien unter denen ein 

Zusammenschluss von HS- und NS-Erdung laut ÖVE EH41 (ersetzt und integriert 

in ÖVE/ON E8383) gestattet ist. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die 

Modellbildung der Stromverläufe in HS-Erdungsanlagen (Freileitungs-Kettenleiter). 

Mit den in der Modellbildung erhaltenen Ersatzimpedanzen ist es dann möglich ein 

Gesamtmodell aller involvierten Erdungsanlagen zu erstellen, wodurch die Ströme 

über die und Spannungen an den einzelnen Erdungsanlagen berechenbar sind. 

Damit ist in weiterer Folge eine systematische Bewertung hinsichtlich 

Gefährdungsspannungen nach den vorliegenden österreichischen Normen und 

Vorschriften möglich (siehe [8]). 

Gabbauer Anton Seite 1

Diplomarbeit Grundlagen 

2. Grundlagen 

2.1. Erdungen und Erder 1 

Erder sind metallische Leiter, die in Erdreich (bzw. anderen Bodenverhältnissen) 

oder Beton (bzw. anderen Baustoffen) eingebettet sind und mit der Erde 

großflächig in Berührung stehen. Werden elektrisch leitfähige Teile mit einem 

Erder verbunden, so spricht man von „erden“. 

Der Ausbreitungswiderstand hängt ab 

• vom spezifischen Erdwiderstand ρE, 

• von den Abmessungen, der Anordnung und dem Material der Erder. 

2.1.1. Spezifischer Erdwiderstand 

Der spezifische Widerstand von Erdreich wird im allgemeinen mit Hilfe eines 

Einheitswürfels (Kantenlänge 1 m) definiert. Der spezifische Widerstand ist der 

Widerstand eines Würfel von einer Kantenlänge von 1 m, wenn dieser Würfel von 

einer Kantenfläche zur gegenüberliegenden durchströmt wird (Abbildung 1). 

Die gebräuchliche Einheit für den spezifische Erdwiderstand ist: 

R ⋅ A 

l 

[ Ωm] 

ρ E = 

siehe [1] Seite 3-1 

1A 

Abbildung 1: Erläuterung des Begriffes „spezifischer Erdwiderstand“ 

1 Siehe [1],[2] und [3] 

Gabbauer Anton Seite 2 

1m 

1m 

1m 

1A


Art des Bodens oder 

Baustoffes 

spezifischer Widerstand ρE 

Bereich Durchschnittswerte 

[Ωm] 

[Ωm] 

Moorboden 5 ... 40 30 

Lehm, Ton, Humus, 

Gartenboden 

20 ... 200 100 

Sand 200 ... 2.500 

Kies 500 ... 3.000 

verwittertes Gestein meist unter 1.000 

Granit 2.000 ... 50.000 

Fels Über 10.000 

Beton 50 ... 500 

reines Leitungswasser 

(13 – 42 °C) 

56 ... 32,5 

Regenwasser 3 ... 33 

Meerwasser 1,5 ... 10 

Schwimmbeckenwasser 10 ... 300 

Kupfer 0,018 . 10 -6 

Aluminium 0,029 . 10 -6 

Eisen 0,1 . 10 -6 

200 (feucht) 

2.500 (trocken) 

500 (feucht) 

3.000 (trocken) 

50 (reiner Zement) 

150 (1 x Zement, 3 x Kies) 



Tabelle 1 2 : Spezifischer Widerstand ρE verschiedener Bodenarten 

bzw. Medien im Vergleich zu den spezifischen Widerständen 

gebräuchlicher Leiterwerkstoffe und Wasser 

Der spezifische Erdwiderstand von Ackerboden beträgt z.B. 100 Ωm. Dies 

bedeutet, dass bei einem Stromfluss von 1 A (von einer Würfelfläche zur 

gegenüberliegenden) die Spannung zwischen den Flächen 100 V beträgt. 

Vergleicht man nun die Werte des spezifischen Widerstandes von Leitungen mit 

denen des Erdreichs, erkennt man, dass das Erdreich im Mittel den elektrischen 

Strom 5,6 . 10 9 Mal schlechter leitet als gebräuchliche Leiterwerkstoffe. 

Der spezifische Widerstand des Erdreiches ist stark von Temperatur und 

Feuchtigkeit abhängig. Trockenes Erdreich leitet den elektrischen Strom 

wesentlich schlechter als feuchtes; im gefrorenen Zustand ist die Erde fast als 

Isolator zu betrachten. 

Der spezifische Widerstand von Wasser hängt stark von dessen chemischer 

Zusammensetzung, dem Grad der Verschmutzung, dem pH-Wert und der 

Temperatur ab. 

2 siehe [1] Seite 3-1 f 



2.1.2. Stromausbreitung im Erdreich 

Der Verlauf des Stromes im Erdreich kann am einfachsten an einem 

Halbkugelerder erklärt werden. Tritt über einen solchen Halbkugelerder ein Strom 

in das homogene Erdreich über, so breitet sich der Strom vom Kugelmittelpunkt 

aus gesehen radialsymetrisch ins Erdreich aus. Beim Austritt aus der Halbkugel 

steht dem Strom zunächst eine relativ kleine Fläche (Halbkugeloberfläche) zur 

Verfügung. Mit zunehmender Entfernung vom Erder steht dem Strom eine immer 

größer werdende Fläche zur Verfügung, wenn man sich das den Erder 

umgebende Erdreich aus lauter Halbkugelschalen zusammengesetzt vorstellt. 

i 

I E 

Teilstrom i 

i 

i 

Abbildung 2: Stromausbreitung bei einem (idealen) Halbkugelerder 

Man sieht: Die Fläche der Halbkugelschale, die in unmittelbarer Umgebung des 

Erders etwa gleich der Oberfläche des Erders ist, nimmt also mit größerer 

werdender Entfernung zu. Dementsprechend findet der Strom mit wachsender 

Entfernung vom Erder immer größerer Flächen, das heißt immer kleinere 

Widerstände je Halbkugelschale vor. Daher muss der Spannungsabfall in den 

Halbkugelschalen in der Nähe des Erders am Größten sein und in den folgenden 

mit der Entfernung vom Erder abnehmen. Trägt man nun von einzelnen Punkten 

der Erdoberfläche die Spannungen gegen den Erder auf, so entsteht ein Bild, das 

wegen seiner Ähnlichkeit mit einem Trichter „Spannungstrichter“ genannt wird. 


R 

i


bei : R=0,5m 

ρ= 100 Ωm 

I =1A 

E 

ergibt sich für 

R =31,8 Ω 

A 

U(r ) 

x 

35.0 

30.0 

25.0 

20.0 

15.0 

10.0 

5.0 

0.0 

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 

r x 

V 

Spannung gegen Bezugserde (ferne Erde) 


R 

Abbildung 3: Spannungstrichter eines Halbkugelerders 

2.1.3. Berechnung von Erdern 

Am Beispiel Halbkugelerder (siehe Abbildung 2): 

Formeln siehe [2] Seite 380 f. 

Die Stromaustrittsfläche q(r) in [m 2 ] einer 

Halbkugelschale mit unendlich kleiner Dicke 

im Abstand r (Radius r in [m]) berechnet sich 

aus: 

Für die konstante Stromdichte J(r) in [A/m 2 ] 

auf einer Halbkugelschale ergibt sich bei 

gegebenem Erdungsstrom IE in [A]: 

I E 

J ( r) 

= = 

q( 

r) 

m 

q( r) 

= 2 ⋅π 

⋅ r 

I E 

2 ⋅π 

⋅ r 

Aus der Gleichung geht hervor, dass die Stromdichte proportional mit dem 

Quadrat der Entfernung vom Erder geringer wird. 

Für die elektrische Feldstärke E(r) in [V/m] 

der Schale r gilt: 

I E 

E( 

r) 

= J ( r) 

⋅ ρ = ⋅ ρ 2 

2 ⋅π 

⋅ r 

2 

2


Für die Spannung U(rx) in [V] zwischen der 

Halbkugeloberfläche (Radius R) und einer 

Schale mit dem Radius rx erhält man: dU = E( 

r) 

⋅ dr 

rx 

rx 

rx 

I 

I 

E 

E ⎛ 1⎞ 

I E ⎛ 1 1 ⎞ 

U( rx) 

= E r dr 

dr 

⎜ ⎟ = IE 

⋅ RE 

∫ ( ) ⋅ = ∫ ⋅ ρ ⋅ = ⋅ ⋅ − = ⋅ ⋅ − 

2 ρ 

R rx 

R 

R ⋅ ⋅ r 

⎜ ⎟ ρ 

2 π 

2⋅ 

π 

2⋅π 

r 

⎝ ⎠ 

⎝ ⎠ R 

Somit ergibt sich für den Erdungswiderstand 

RE (rx) in [Ω]: 

Den Ausbreitungswiderstand RA in [Ω] erhält 

RE( 

rx) 

= 

ρ ⎛ 1 1 ⎞ 

⋅⎜ 

− ⎟ 

2⋅ 

π ⎝ R rx 

⎠ 

RA = 

man wenn man rx nach ∞ gehen lässt : 2⋅ 

π ⋅ R 

Die Spannung eines Erders gegen einen 

unendlich weit entfernten Punkt 

(Bezugserde) nennt man Erdungsspannung 

UE in [V] (siehe Abbildung 3) : E E A 

2.1.4. Ausführungen von Erdern (Tiefenerder, 

Oberflächenerder, Fundamenterder) 


ρ 

U = I ⋅ R 

Die geforderten Materialien für Erder werden in erster Linie durch die Beständigkeit 

gegen Korrosionen bestimmt. Die geometrischen Abmessungen hingegen, 

werden durch die Stromtragfähigkeit bestimmt (siehe ÖVE EH41-§10/11). Es wird 

vor allem feuerverzinkter Band- oder Rundstahl verwendet. 

Laut ÖVE/ON E8001-1 ist Stahl (in der neuen Vorschrift ist auch Edelstahl 

V4A in der Tabelle angeführt) oder Kupfer als Material zu verwenden, soweit 

nicht örtlliche Verhältnisse (z.B. in chemischen Betrieben) einen anderen 

Werkstoff bedingen. 

Korrosion: Ein Erder ist dann ausreichend korrosionsbeständig, wenn er für 

mindestens 10 Jahre eine zuverlässige Erdung sicherstellen kann. Besonders 

große Probleme treten für einen feuerverzinkten Stahlerder in Verbindung mit 

Kupfererdern auf. In dieser Kombination wird der verzinkte Stahlerder in kürzester 

Zeit (3-5 Jahre) „aufgefressen“. Abhilfe für dieses Problem, das speziell in Städten 

mit Gleichstrombahnen (U-Bahn, Straßenbahn) auftritt, können nur Erder aus 

rostfreiem Stahl (Nirosta), Kupfererder oder ordnungsgemäß verlegte 

Fundamenterder (Verlegung in Beton B225) bieten.


Tiefenerder (TE): TE sind Staberder, Rohrerder und Kreuzprofilerder mit 1-2 cm 

Durchmesser, die bis zu einigen 10 Metern in die Tiefe des Erdreichs getrieben 

werden. Sie werden besonders dort verwendet, wo zB. durch Grundwasser in 

tieferen Bodenschichten gut leitendes Erdreich vorhanden ist. Auch in dicht 

bebauten Gebieten finden TE auf Grund Platzmangels ihre Anwendung. Durch 

Feuchtigkeit und Temperatur schwankt der spezifische Erdwiderstand in der Nähe 

der Erdoberfläche mehr als in tieferen Schichten. Deshalb unterliegt der 

Ausbreitungswiderstand eines TE geringeren Schwankungen als der von 

Oberflächenerdern. 

Oberflächenerder (OE): OE kommen als Banderder (BE) oder als 

Rundmaterialerder aus Stahl oder Kupfer zur Anwendung. Die Mindesttiefe in der 

OE eingegraben werden ist abhängig von der Frosttiefe (0,5–1m). Sie werden 

bevorzugt dort eingesetzt, wo an der Oberfläche gut leitende Bodenschichten 

vorhanden sind. 

Fundamenterder (FE): FE sind Erder, welche bei Neubau eines Gebäudes ins 

Fundament (unterhalb der Feuchtigkeitsisolierung) eingebettet werden. Als 

Material für den FE wird Rundstahl mit mindestens 10 mm Durchmesser oder 

Bandstahl mit mindestens 25x4 mm 2 verwendet. Das Ziel eines FE ist es, einen 

kostengünstigen Schutz durch Potentialausgleich und Absenkung der 

Fehlerspannung zu schaffen. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass kein Punkt 

innerhalb des Grundrisses mehr als ca. 5 m von einem Erder entfernt ist. 

Generell ist bei der Erder-Verlegung darauf zu achten, dass sich Erder gegenseitig 

beeinflussen und daher ein getrenntes Betrachten der Ausbreitungswiderstände 

nicht möglich ist. Ein Verlegen von zusätzlichen Erdern im Einflussbereich anderer 

Erder bringt eine Gesamtausbreitungswiderstandveränderung, bei der das 

Verhältnis Aufwand zu Wirkung erst im Detail betrachtet werden muss. 

Eine Verlegung von mehreren Erdern außerhalb ihres gegenseitigen 

Beeinflussungsbereiches bringt dabei die größte Wirkung in Bezug auf 

Verbesserung des Gesamtausbreitungswiderstandes. 



Erderform Skizze Ausbreitungswiderstand 

Tiefenerder 

Oberflächenerder 

Auf der 

Oberfläche 

oder in 

geringer 

Tiefe 

Im 

Erdreich in 

größerer 

Tiefe 

Fundamenterder 

6 Strahlen 60° 

Gittererder 

Formeln siehe [1] Seite 3-5 

RA in [Ω] 

D, L, B, d, l, s, t in [m] 

ρE in [Ωm] 

L 

d 

t 

l 

60° 

D 

b 

B 

( b + s) 

⋅ 

d = 

π 

2 

oder 

1 

d = ⋅b 

2 

⋅ ( b + s) 

d = 

π 

2 

oder 

1 

d = ⋅b 

2 

⋅ L ⋅ B 

D = 

π 

4 

ρ E ⎛ l ⎞ 

= ⋅ ln ⎜4 

⋅ ⎟ 

2 ⋅π 

⋅l 

⎝ d ⎠ 


R 

A 

R 

A 

ρ E 2l 

RA 

= ⋅ ln 

π ⋅ l d 

⎧ 

⎪ 

ρ E ⎪ 2l 

= ⋅ ⎨2 

⋅ ln + ln 

4 ⋅ π ⋅ l ⎪ d 

⎪ 

⎩ 

2 ρ E RA 

= 

π ⋅ D 

2 

ρ E l 

RA 

= ⋅ln 

2 ⋅π 

⋅l 

0, 

009 ⋅t 

⋅ d 

näherungsweise 

( 2t 

) 

2 

⎛ l ⎞ 

+ ⎜ ⎟ 

⎝ 2 ⎠ 

l 

⎜ ⎟ 

⎝ 2 ⎠ 

⎫ 

⎛ l ⎞ 

+ ⎜ ⎟ ⎪ 

⎝ 2 ⎠ ⎪ 

⎬ 

l 

⎜ ⎟ 

⎝ 2 ⎠ ⎭ 

( ) ⎪ ⎪ 

2 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ 

2t 

+ − 

ρ E RA 

= 

2 ⋅ D 

Tabelle 2: Formeln zur Berechnung des Ausbreitungswiderstandes RA von Erdern 

2 

2


2.2. Begriffe nach ÖVE EN1, Teil1 und ÖVE EH1 

bzw. ÖVE EH41 (ersetzt durch ÖVE/ON E8001-1 

und ÖVE/ÖNORM E 8383) 

(Auf Änderungen die Begriffsbestimmungen betreffend laut ÖVE/ON E8001-1 

wird gesondert hingewiesen. Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 

werden im Anhang beschrieben) 

s = 1m 

U PT 

I E 


ρ E 

s = 1m bzw. 1,5m 

U s 

. 

U= E I E RA 

Abbildung 4: Prospektive Berührungsspannung UPT, Erdungsspannung UE, 

Schrittspannung US 

Spezifischer Erdwiderstand ρE: ist der spezifische elektrische Widerstand der 

Erde. 

Bezugserde: (neutrale Erde) ist der Teil der Erde, insbesondere der 

Erdoberfläche, außerhalb des Einflussbereiches eines Erders bzw. einer 

Erdungsanlage, in welchem zwischen zwei beliebigen Punkten keine merklichen 

vom Erdungsstrom herrührenden Spannungen auftreten. 

Ausbreitungswiderstand RA: eines Erders ist der Widerstand zwischen dem 

Erder und der Bezugserde. 

Erdungsimpedanz ZE: ist der Wechselstromwiderstand zwischen der 

Erdungsanlage und Bezugserde bei Betriebsfrequenz der Erdungsanlage. Die 

Erdungsimpedanz ergibt sich aus der Parallelschaltung der 

Ausbreitungswiderstände der zusammengeschlossenen Erder (die nicht im 

gegenseitigen Einflussbereich bzw. Wirkungsbereich liegen) und der Impedanzen 

angeschlossener Kettenleiter (z.B. der Erdseile von Freileitungen und der 

Metallmäntel von Kabeln).


In der ÖVE/ON E8001-1 wird der Begriff Erdungsimpedanz nicht gesondert 

definiert, obwohl er als Begriff weiterhin verwendet wird (siehe Definition der 

Erdungsspannung UE unter ÖVE/ON E8001-1 Punkt 3.7.18). 

Neu ist der Begriff Erdungswiderstand, der die Summe von 

Ausbreitungswiderstand des Erders und Widerstand der Erdungsleitung 

darstellt. 

Erdungsstrom IE: ist jener Teil des Fehlerstromes IF, der in die betrachtete 

Erdungsanlage hineinfließt und durch den die Potentialanhebung der 

Erdungsanlage verursacht wird. 

In der ÖVE/ON E8001-1 spricht man nur mehr allgemein vom Fehlerstrom, 

als jenen Strom der bei einem Isolationsfehler über eine Fehlerstelle fließt. 

Erdungsspannung UE (Fehlerspannung UF): ist die zwischen einer 

Erdungsanlage und Bezugserde auftretende Spannung, wenn ein Strom (IF) durch 

die Erdungsimpedanz der Erdungsanlage fließt 

U E = I F ⋅ Z E bzw. U E = I E ⋅ RA 

In ÖVE/ON E8001-1 gilt als Fehlerspannung UF jene Spannung, die bei 

einem Isolationsfehler an Körpern oder fremden leitfähigen Teilen in einer 

elektrischen Anlage gegen die Bezugserde auftritt. 

Zusätzlich ist eine Grenzfehlerspannung UFL definiert: höchstzulässiger Wert 

einer dauernd auftretenden Fehlerspannung UF, für den unter vereinbarten 

Bedingungen das Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages vertretbar 

ist. Diese beträgt gemäß ÖVE/ON E8001-1 Punkt 5.3 65 V für 

Wechselspannungen mit Nennspannungen von 3N~230/400 V (mit 

zusätzlichen Bestimmungen auch 3N~400/690 V) und 120 V für 

Gleichspannungen mit Nennspannungen bis 400 V. 

ANMERKUNG: In Zukunft wird die Berührungsspannung nicht mehr als 

Kriterium für den Schutz bei indirektem Berühren herangezogen. An ihre Stelle 

tritt die Grenzfehlerspannung UFL (lt. ÖVE/ON E8001-1 Seite 25: „dadurch 

werden auch bei vertretbarem Grenzrisiko die internationalen Bestimmungen 

erfüllt, die eine Berührungsspannungsgrenze von 50 V für Wechselspannung 

nennen, aus der eine elektropathologisch gleichwertige Berührungsspannungsgrenze 

von 90 V für Gleichspannung abgeleitet werden kann“). 

Weiters wird in der ÖVE/ON E8001-1 die Wirkfehlerspannung UFA definiert: 

„Fehlerspannung UF die unter gegebenen Bedingungen auftritt, bis die 

Stromversorgung durch eine Schutzeinrichtung ausgeschaltet worden ist. Sie 

ist bestimmend für die elektropathologische Wirkung eines elektrischen 

Schlages und in der Regel höher als UFL". 

ANMERKUNG: In ÖVE EH41 Tab.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung 

in Abhängigkeit von der Dauer des Fehlerstromes dargestellt (mit dem 

Gesichtspunkt der Schnellausschaltung bewertet), innerhalb der das Risiko 

eines schädlichen elektrischen Schlages vertretbar ist. 

Schrittspannung US: ist der Teil der Erdungsspannung, der vom Menschen mit 

einem Schritt von 1 m überbrückt werde kann, wobei der Stromweg über den 

menschlichen Körper von Fuß zu Fuß verläuft (eine Ausnahme für Freibäder bildet 

EH-41 §19.3.4, wo die Schrittweite auf einen Wert von 1,5 m erhöht wird). 



Prospektive Berührungsspannung UPT: 

ist jener Teil von UE (UF), der von einem 

Menschen überbrückt werden kann 

(waagrechter Abstand 1m vom 

berührbaren Teil). Die prospektive 

Berührungsspannung teilt sich im Falle 

einer Berührung (Stromfluss über den 

Körper) in die Berührungsspannung UT 

und den Standortspannungsabfall UST 

auf. 

Z ..Körperimpedanz 

T 

I ..Körperstrom 

B 

R ..Standortwiderstand 

ST 

In ÖVE/ON E8001-1 wird die zu erwartende (prospektive) Berührungsspannung 

UPT unbeeinflusste Berührungspannung UTP genannt. Der 

Standortwiderstand setzt sich dabei aus dem Widerstand der Schuhwerks und 

dem Widerstand des Bodens zusammen. 

2.3. Schutzmaßnahmen 

Schutzkleinspannung 

Funktionskleinspannung 

Schutzmaßnahmen 

gegen direktes und bei 

indirektem Berühren 

Isolierung 

Umhüllung 

Abdeckung 

Hindernis 

Abstand 

hochempfindl. 

FI-Schutzeinrichtung 

Vollständiger 

Schutz 

Teilweiser 

Schutz 

Zusätzlicher 

Schutz 

Schutz gegen 

gefährliche 

Körperströme 

Schutzmaßnahmen 

gegen direktes 

Berühren 

Schutzisolierung 

Schutzmaßnahmen bei 

indirektem Berühren 

Schutztrennung 

Abschaltung / 

Meldung 

TN-System TT-System 

Überstrom- 

Schutzeinrichtung 

Fehlerstrom- 



I B 

I B 

Z T 

R ST 

Potentialausgleich 

Überstrom- 


Fehlerstrom- 


Fehlerspannungs- 


Abbildung 5: Schutz gegen gefährliche Körperströme 

IT-System 

U T 

U ST 

Überstrom- 


Fehlerstrom- 


Fehlerspannungs- 


Isolations- 

Überwachungs- 

Einrichtungen 

U PT


2.4. Netzsysteme und deren Eigenschaften 

2.4.1. IT-System 

C E 

C E 

C E 

Z Zul 

CE.....Erdkapazität 

RA.....Ausbreitungswiderstand am fehlerbehafteten Betriebsmittel 

ZÜF....Fehlerübergangswiderstand 

ZZul....Widerstand der Zuleitung zum Fehlerort 

Z ÜF 

R A 

Abbildung 6: Fehlerstromkreis bei sattem Körperschluss 

(Fehlerübergangswiderstand ZÜF≈0) im IT-System mit Ersatzschaltung 


L 1 

L 2 

L 3 

N 

- j 

U n 

3 

X CE 

3 

I F 

ZF ≈ RA 

Bei oberflächlicher Betrachtung erscheint ein Berühren spannungsführender Teile 

ungefährlich, da sich kein geschlossener Stromkreis ausbilden kann. Bei großen 

Netzen kann jedoch bei Erdschluss ein Stromfluss über die Erdkapazitäten der 

gesunden Phasen entstehen, der gefährliche Höhen erreichen kann. 

Die Höhe des einpoligen Kurzschlussstromes hängt im wesentlichen von der Höhe 

der Erdkapazitäten ab, da XCE hochohmig ist und damit der Einfluss der 

Längsimpedanzen (ZZUL) des Netzes vernachlässigt werden kann. 

6 

( 

10 

X CE = in [Ω]; CE...Erdkapazität in [µF/km]; l...Länge der Leitung in [km]) 

ω ⋅ C E ⋅ l 

Damit berechnet sich der nahezu rein kapazitive Fehlerstrom IF aus: 

3 ⋅U 

n ( verk.) 

I F = (Berechnung siehe [2] Seite 357ff.) 

3⋅ 

Z − jX 

F 

CE 

Man sieht, dass bei ausgedehnteren Netzen (große Leiterlängen l) XCE 

niederohmiger wird und damit die Höhe des Fehlerstromes gefährliche Werte 

annehmen kann. Dieser Fehlerstrom ruft am Erdungswiderstand des 

fehlerbehafteten Körpers eine Fehlerspannung UF (UPT) hervor. Da aber die Höhe 

des Fehlerstromes nicht ausreicht das vorgeschaltete Überstromschutzorgan zum 

Auslösen zu bringen, kann die Fehlerspannung unbemerkt am Körper (Gehäuse) 

stehen bleiben. Aus diesem Grund muss beim IT-System zum Schutz bei 

indirektem Berühren folgende Bedingung erfüllt sein: RA ⋅ I F ≤ U T max (dauernd 

zulässige Berührungsspannung). 

U F


Weitere Eigenschaften: 

Beim Erdschluss eines Außenleiters steigt die Spannung der gesunden Phasen 

gegen Erde nahezu auf die verkettete Spannung an. Das bedeutet z.B. in einem 

4-Leitersystem, dass die Isolation von Betriebsmitteln, die zwischen Außenleiter 

und Neutralleiter betrieben werden, für die Dauer des Erdschlusses einer höheren 

Beanspruchung ausgesetzt sind und dementsprechend isoliert werden müssen 

(Isolationsüberwachungseinrichtungen). 

Ein einfacher Fehler im IT-System macht sich nicht bemerkbar, wodurch die 

Anlage bei richtiger Schutzerdung gefahrlos und sicher weiterbetrieben werden 

kann. Ein solcher Fehler ist schwer zu lokalisieren, weshalb das IT-System 

möglichst einfache Strukturen aufweisen sollte. 

Da der Erdschluss („Erstfehler“) bestehen bleiben kann, ist die Gefahr eines 

weiteren gleichzeitigen Fehlers (z.B. durch Überspannung) groß. Je nach Erdung 

der fehlerbehafteten Geräte bildet sich ein Stromfluß über Erde oder über einen 

gemeinsamen Schutzleiter aus, wodurch hohe Fehlerspannungen und –ströme 

auftreten können. 

2.4.2. TT-System 

R B 

Z Zul 


RB.....Betriebserdung (Ausbreitungswiderstand der Trafo-Sternpunkterdung) 



Z ÜF 

R A 


(Fehlerübergangswiderstand ZÜF≈0) im TT-System mit Ersatzschaltung 

Durch die niederohmige Sternpunkterdung des Netztransformators und die Erdung 

der Betriebsmittel wird erreicht, dass im Fehlerfall ein Strom fließt, dessen Höhe 

ausreicht, die vorgeschaltete Überstromschutzeinrichtung zum Abschalten zu 

bringen (mind. 1,6 . IN der Sicherung). Dabei können die einzelnen Betriebsmittel 

auch über einen Schutzleiter an eine gemeinsame Erdungsanlage angeschlossen 

werden. 


L 1 

L 2 

L 3 

N 

R B 

U n 

3 

I F 

R A 

U F


Unter der Annahme, dass im Fehlerfall die Längsimpedanzen der Leitungen, 

sowie die Transformatorimpedanzen sehr klein gegenüber den 

Erdausbreitungswiderständen des fehlerbehafteten Betriebsmittels und der Trafo- 

Station sind, ergibt sich für den Fehlerstrom IF: 

I 

F 

= 

3 ⋅ 

( R + R ) 

Damit die entstehende Fehlerspannung UF (= UPT) die maximale dauernd 

zulässige Berührungsspannung UTmax (65 V) nicht überschreitet, muss im 

TT-System 

U T max 

folgende Abschaltbedingung gelten: RA 

≤ 

I 

(Ia........Ausschaltstrom der Leitungsschutzeinrichtungen entsprechend Nennstromstärke 

und Ausschaltzeit) 

Man sieht, dass schon bei einem Ausschaltstrom von 65 A eine Betriebsmittelerdung 

RA von 1Ω nötig wäre und eine derartig niedrige Erdungsimpedanz kaum 

wirtschaftlich realisierbar ist. Die Schutzmaßnahme „Schutzerdung“ allein eignet 

sich daher nur für Hilfsstromkreise, die eine geringe Nennstromstärke (und damit 

auch Ia der Sicherungen) haben. 

TT-Systeme werden daher hauptsächlich mit Fehlerstromschutzeinrichtungen 

betrieben. Die Auslösezeit von FI-Schutzschaltern ist abhängig von der Höhe des 

auftretenden Fehlerstroms. Erreicht der Fehlerstrom den am Typenschild des 

FI-Schutzschalters angeführten Nennfehlerstrom I ∆ N (genormte Werte z.B. 30mA, 

100mA, 300mA), muss der Schalter innerhalb von 0,5 s auslösen. 

Die Berechnung der zulässigen Erdungswiderstände erfolgt auf der Basis von 

z.B. 0,5s Ausschaltzeit. Damit wird die obige Bedingung relativ einfach erfüllbar: 

R 

A 

U 

≤ 

I 

T max 

...z.B. bei N 

∆N 


U 

A 

I ∆ = 300 mA ergibt sich R ≤ 

65 

A = 216 Ω ; 

0, 

3 

In der neuen Vorschrift ÖVE/ON E8001-1 gilt für den Betriebsmittel- 

Ausbreitungswiderstand: 

R 

A 

U T max 

≤ und R A ≤100 Ω , je nachdem, welcher Wert kleiner ist. 

I 

∆N 

n 

a 

B


2.4.3. TN-System 

R B 

Z Zul 

Z PEN 

Z ÜF 

R A 


L 1 

L 2 

L3 PEN 





ZPEN..Widerstand des PEN-Leiters 


(Fehlerübergangswiderstand ZÜF≈0) im TN-C-System mit Ersatzschaltung 

Das Prinzip des TN-Systems besteht darin, den Neutralleiter (Sternpunktleiter) 

auch als Rückleiter für einen etwaigen Fehlerstrom zu benutzen. Das bedeutet, 

dass alle Körper der Betriebsmittel zwar weiterhin direkt geerdet werden können, 

jedoch zusätzlich mit diesem Neutralleiter, der dadurch die Bezeichnung „PEN- 

Leiter“ erhält, verbunden werden. 

3 Varianten: 

TN-C-System: Neutralleiter und Schutzleiter sind im PEN-Leiter vereinigt; 

TN-S-System: Neutralleiter und Schutzleiter sind separate Leiter, die mit dem 

Trafo-Sternpunkt verbunden sind; 

TN-C-S-System: Kombination der beiden Varianten 

Eigenschaften: 

Durch den Zusammenschluss der Erdungsanlagen über den PEN-Leiter wird der 

Ausbreitungswiderstand der Gesamtanlage erheblich verringert, wodurch höhere 

Fehlerströme erreicht werden. Dies ermöglicht kürzere Abschaltzeiten der 

Überstromschutzorgane und damit ein kürzeres Anstehen der Fehlerspannung am 

Betriebsmittel. 

Durch den, im Verhältnis zum Ausbreitungswiderstand des fehlerhaften 

Betriebsmittels und der Betriebserdung der Trafo-Station, sehr niederohmigen 

PEN-Leiter fließt der größte Teil des Fehlerstroms. Dadurch fließt trotz höherem 

Gesamtfehlerstrom im Vergleich zu TT-Systemen ein kleinerer Strom über die 

Erdung des Betriebsmittels selbst und bewirkt damit eine kleinere Fehlerspannung 

UF (bzw. UPT). 

R B 

U n 

3 

I F 

R A 

U F


U n 

3 

U PEN 

I F 

R A 

R B 

U F 

Annahme: Z ÜF = 0 ; RA 

+ RB 

>> Z PEN 

→ Z PEN // RA 

+ RB 

≈ Z PEN 

→ 

U PEN 

= 

U Z 

Z PEN 

+ Z 


n 

L1 

PEN 

3 

Annahme: Z PEN ≈ Z L1 

→ 

1 U n 

U PEN = ⋅ 

2 3 

U 

mit F 

U 

R A 

= 

R + R 

erhält man weiter 

PEN 

→ 

A 

U 

F 

B 

= 

1 U n R A 

⋅ ⋅ 

2 3 RA 

+ RB 

Man sieht, dass, selbst wenn das Betriebsmittel keine direkte Erdung besitzt, nur 

ungefähr die Hälfte der Phasenspannung als maximale Fehlerspannung anliegen 

kann (UE). Bei einer zusätzlichen direkten Erdung des Betriebsmittels teilt sich die 

Spannung UPEN noch entsprechend obigem Verhältnis der Ausbreitungs- 

widerstände auf (bei RA = RB 

⎯⎯→ 

= 

1 U n 

U F ⋅ ⋅ ) 

4 3 

Gefahren: 

Beim Körperschluss an einem Betriebsmittel tritt durch den anteiligen Fehlerstrom 

im PEN-Leiter auch eine Fehlerspannung entlang dieses Leiters auf, die größer 

als 65 V sein kann. Dadurch nehmen alle an den PEN-Leiter angeschlossenen 

Betriebsmittelgehäuse, die sich von der Einspeisung her gesehen hinter der 

Fehlerstelle befinden, die volle Fehlerspannung an. 

R B 

U’ 

F 

U F 

U’ 

F 

Bezugserde 0 V 

U F=U /2 

ph 

U F 

L 1 

L 2 

L 3 

PEN 

R B 

U’ F =U ph/4 



UF.....Fehlerspannung 

UF´....Teil-Fehlerspannung 

Abbildung 9: Fehlerspannungsverteilung 

bei sattem Körperschluss 

ohne zusätzliche PEN-Erdung 

(aus [2] Seite 371) 

Bezugserde 0 V 

R A 

U=U /4 

F ph 

Abbildung 10: Fehlerspannungsverteilung 

b. sattem Körperschluss mit 

zusätzlicher PEN-Erdung und RA = RB 

(aus [2] Seite 372) 

L 1 

L 2 

L3 PEN


Wie schon vorher gezeigt wurde, kann man durch Erdung des PEN-Leiters an 

mehreren Stellen (od. durch zusätzliche Erdung der Betriebsmittel) die Höhe der 

Fehlerspannung reduzieren und damit diese Gefahr beheben. Je häufiger der 

PEN-Leiter geerdet wird, desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit, dass die 

maximal zulässige dauerhafte Fehlerspannung ansteht. 

In komplexen Systemen ist eine rechnerische Voraussage über die Höhe der 

Fehler- bzw. Berührungsspannung nur schwer möglich. Daher muss als 

zusätzlicher Schutz die Zeit des Anstehens der Fehlerspannung durch Einhaltung 

der 1. Nullungsbedingung begrenzt werden. 

2.4.3.1. Erste Nullungsbedingung – Ausschaltbedingung 

Die Schutzorgane und Leiterquerschnitte sind so aufeinander abzustimmen, dass 

im Fehlerfall (Kurzschluss oder Körperschluss) eine Abschaltung innerhalb der 

festgelegten Zeit (ÖVE/ON E 8001, ÖVE/ÖNORM E 8383) erfolgt. Dies gilt als 

erfüllt, wenn 

Z S ⋅ I a ≤ U N (Phase) 

ZS......Schleifenimpedanz der Fehlerschleife 

Ia........Ausschaltstrom der Überstromschutzorgane 

entsprechend Nennstrom und Ausschaltstromfaktor 

( I a = m ⋅ I N ) 

Für Verteilungsnetze gilt: m........1,6 

(lt. ÖVE/ON E8001-1: 

für Nennspannungen bis 230/400 V...1,6; 

für höhere Nennspannungen...2,5) 

eingehalten wird. 

Probleme können hier lange Leitungen zu einzelnen Verbrauchern bereiten, wo 

die Fehlerschleifenimpedanz aufgrund der Länge des Außenleiters und des 

PEN-Leiters zu groß wird und damit der Fehlerstrom nicht mehr die nötige Höhe 

erreicht. In diesem Fall ist der Einbau von Fehlerstromschutzschaltern (I∆N) zur 

Einhaltung der Nullungsbedingung erforderlich (separater Neutralleiter und 

PE-Leiter!!). 

2.4.3.2. Zweite Nullungsbedingung – Erdungsbedingung 

Der PEN-Leiter ist in der Nähe der Stromquelle (meist Trafosternpunkterdung = 

Betriebserdung) und nahe den Enden der Netzausläufer (für Abzweige von mehr 

als 100m Länge) zu erden. Damit kann ein etwaiger Fehlerstrom bei 

Unterbrechung des PEN-Leiters immer zumindest über diese Erdungen 

„ausweichen“. Ansonsten würde die volle Phasenspannung an den, hinter der 

Fehlerstelle an den PEN-Leiter angeschlossenen Betriebsmittelgehäuse anstehen 

und vor allem unbemerkt anstehen bleiben. 



R B 

I F 



UPEN..Fehlerspannung am PEN-Leiter 

R A 

U PEN 

Abbildung 11: Fehlerspannung bei sattem Körperschluss und 

PEN-Leiter-Unterbrechung 

Bei Erdschluss eines Außenleiters gegen Erde kommt es zu einer 

Potentialanhebung des PEN-Leiters gegen Bezugserde in Abhängigkeit vom 

Verhältnis Ausbreitungswiderstand (RA) zu Betriebserdung (RB). 

R 

A 

U PEN = ⋅ 

RA 

+ RB 

n(Phase) 

Aus dieser Gleichung sieht man, dass der Ausbreitungswiderstand am 

fehlerbehafteten Betriebsmittel möglichst klein sein soll, damit die durch den 

Erdschluss entstehende Fehlerspannung am PEN-Leiter die maximal zulässige 

dauernde Berührungsspannung von 65V nicht übersteigt. 

Berechnungsbeispiel: RB = 2 Ω, Un = 230 V, UPEN = 65 V max.; 

aus obiger Formel erhält man damit für RA = ca. 0.78 Ω 

2.4.3.3. Dritte Nullungsbedingung – Verlegebedingung 

Bei der Dimensionierung und Verlegung des PEN-Leiters müssen die gleichen 

Kriterien angewandt werden, wie bei den Außenleitern ( Z PEN ≤ Z L ). Der PEN- 

Leiter darf weder unterbrochen werden, noch dürfen in ihm 

Überstromschutzeinrichtungen installiert werden. Ab einem Querschnitt 

(Schutzleiter der zu schützenden Betriebsmittel) von 10mm 2 ist eine direkte 

Verbindung mit dem PEN-Leiter (TN-C-System) erlaubt. Anderenfalls müssen 

diese über einen getrennten Schutzleiter (TN-S-System) an den PEN-Leiter 

angeschlossen werden. 


U 

L 1 

L 2 

L 3 

PEN


2.4.3.4. Vierte Nullungsbedingung – Zusatzbestimmung 

Um auch eine mögliche Gefährdung durch sehr kleine Erdschlussübergangswiderstände 

bei Erdschluss eines Außenleiters gegen Erde (wie bei der 2. 

Nullungsbedingung beschrieben) zu vermeiden, schreibt die 4. Bedingung vor, alle 

guten Erder im Netzbereich mit dem PEN-Leiter zu verbinden 

(Hauptpotentialausgleich). 

In der ÖVE/ON E8001-1 entfällt diese Zusatzbestimmung durch die generelle 

Forderung eines Hauptpotentialausgleichs (ÖVE/ON E8001-1 Punkt 15.1). 

2.4.3.5. Nullungsverordnung lt. BGBl. 322/1998 

Gegenstand dieser Verordnung ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit von 

Schutzmaßnahmen bei indirektem Berühren in elektrischen Anlagen und die 

längerfristige Vereinheitlichung der diesbezüglichen Vorgangsweise in den 

öffentlichen Verteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU) mit 

der Nennspannung 400/230 V und in den daran unmittelbar angeschlossenen 

elektrischen Verbraucheranlagen bis zum 31.12.2008. Ausgenommen sind 

Restbereiche, wo die Umstellung auf Nullung technisch praktisch nicht oder nur 

schwer möglich ist (Beeinflussungsprobleme, extreme Netzausläufer). 

2.5. Zusammenschluss von HS- und NS-Erdung 

(in Anlehnung an ÖVE EH41-§23) 

(siehe Anhang: ÖVE EH41 Tabelle 23-1) 

Bestimmungen der ÖVE EH41 für den Zusammenschluss werden auch in 

der ÖVE/ON E8001-1 übernommen. 

Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben. 

2.5.1. Begriffsdefinitionen 

Gebiete mit geschlossener Bebauung und Industrie: sind Gebiete, in denen durch 

die Dichte der Bebauung (Fundamenterder) oder durch Versorgungseinrichtungen 

mit Erderwirkung (z.B. metallenes Wasserrohrsystem) die Gesamtheit der 

vorhandenen Erder wie ein Maschenerder wirkt. Unter dieser Voraussetzung ist 

eine einwandfreie Trennung der Erdungen (Beeinflussung) nicht möglich. 

Sonstige Gebiete: sind alle Gebiete, die nicht in den Bereich „Gebiete mit 

geschlossener Bebauung“ fallen. 



2.5.2. Versorgung von NS-Anlagen innerhalb einer 

HS-Erdungsanlage 

Liegt eine Niederspannungsanlage innerhalb der Hochspannungsanlage, von der 

aus sie versorgt wird, dann sind alle Schutz- und Betriebserdungen an eine 

gemeinsame Erdungsanlage anzuschließen. 

2.5.3. Versorgung von NS-Anlagen außerhalb einer 

HS-Erdungsanlage 

In diesem Fall kann ein Zusammenschluss aller Schutz- und Betriebserdungen an 

eine gemeinsame Erdungsanlage erst nach genauer Betrachtung der genauen 

Verhältnisse erfolgen. 

Ausnahmen: 

• In Industrieanlagen mit einem IT-NS-System (mit Potentialsteuerung) sind, 

unabhängig von der Sternpunktbehandlung im HS-Netz, HS-Erdung und 

NS-Schutzerdung zusammenzuschließen. 

• Liegt die NS-Anlage (TT-, TN-System) und die betrachtete HS-Anlage im 

gleichen Gebiet mit geschlossener Bebauung, ist ein Zusammenschluss ohne 

Bedingung möglich. 

In der Folge werden weitere Varianten (entsprechend ÖVE EH41,Tab 23-1) bei 

einem HS-seitigen einpoligen Erdschluss anhand von vereinfachten 

Prinzipskizzen (keine Leitungs- oder Trafo-Impedanzen, keine quantitative Strom- 

bzw. Spannungsdarstellung) erörtert: 

Um von einer getrennten Erdungsanlage zwischen HS-Betriebserdung (RBHS) und 

NS-Betriebserdung (RBNS) sprechen zu können, muss lt. ÖVE EH41-§23.2.2 der 

Abstand zwischen RBHS und RBNS mindestens 10 m betragen 3 . 

3 Eigene rechnerische Untersuchungen im Rahmen der Diplomarbeit haben ergeben, dass der 

Abstand mind. 20m sein muss, um eine gegenseitige Beeinflussung nahezu ausschließen zu 

können. 



2.5.3.1. Legende zu den Abbildungen in 2.5.3.2 bis 2.5.3.5 

HS Hochspannungsseite 

NS Niederspannungsseite 

HPA Hauptpotentialausgleichsschiene 

RBHS 

RBNS 

RA 

RM 

CE 

Betriebserdung der Hochspannungsseite 

Betriebserdung der Niederspannungsseite 

Ausbreitungswiderstand der NS-Anlage (NS-Betriebsmittel) 

Ausbreitungswiderstand des Masten (HS-Schutzerdung) 

Erdkapazität 

IF Fehlerstrom 

UHS 

UNS 

URHS 

URNS 

URA 

URM 

Phasenspannung der Hochspannungsseite 

Phasenspannung der Niederspannungsseite 

Spannungsabfall an RBHS 

Spannungsabfall an RBNS 

Spannungsabfall an RA 

Spannungsabfall an RM 

B Hinweis auf örtliche Überprüfung der Berührungsspannung (bzw. der 

Grenzfehlerspannung/ Wirkfehlerspannung nach ÖVE/ON E8001-1). 

I Hinweis auf Überprüfung einer möglichen Überschreitung der örtlichen 

Isolationsfestigkeit. 

Hinweis auf den Ort des Zusammenschluss-Hauptkriteriums nach 

ÖVE EH41 Tabelle 23-1 

In Kapitel 2.5.3.2 erfolgt eine detaillierte Beschreibung und Erläuterung der 

Grafiken und der nachfolgenden Tabellen. 



2.5.3.2. HS-Netz: niederohmige Sternpunkterdung; NS-Netz: TT-System; 

gesamte HS-Anlage in sonstigen Gebieten 

Spannungstrichter 

U RHS 

U RHS 

U HS 

R BHS 

R BNS 

U NS 

Phasenseil 

Erdseil 

Erdrückleiter 

L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 12: Ausgangssituation; HS-niederohmig; NS-TT-System 

Die Grundlage für diese und alle weiteren Betrachtungen im Kapitel 2.5 ist Tabelle 

23-1, ÖVE EH41 (siehe 5.3.3). 

In Abbildung 12 wird die Ausgangssituation (HS-Erdung und NS-Erdung sind 

vollkommen getrennt) für eine Netzkonstellation mit niederohmig geerdetem 

HS-Netz und einem NS-Netz mit TT-System dargestellt (entspricht Zeile 5 von 

ÖVE EH41 Tabelle 23-1). Ein 1-pol. Fehler auf der HS-Seite (z.B. Erdschluss auf 

einer Freileitung) hat in diesem Fall nur Auswirkungen auf die HS-Erdungen. 

In weiterer Folge werden die 2 Möglichkeiten eines Zusammenschlusses von 

HS- und NS-Erdung diskutiert: 

In der Variante 1 befindet sich jeweils die Betriebserdungen von Hoch- und 

Niederspannungsseite in „Gebieten mit geschlossener Bebauung“ 4 , die 

HS-Schutzerde RM und NS-Betriebsmittelerde RA in „sonstigen Gebieten“ 5 . 

In der Variante 2 befindet sich jeweils die Betriebserdungen von Hoch- und 

Niederspannungsseite in „sonstigen Gebieten“ 5 , die HS-Schutzerde RM und 

NS-Betriebsmittelerde RA in „Gebieten mit geschlossener Bebauung“ 4 . 

4 siehe 2.5.1 (entspricht Spalte 3 von ÖVE EH41 Tabelle 23-1) 

5 siehe 2.5.1 (entspricht Spalte 4 von ÖVE EH41 Tabelle 23-1) 


R M 

U RM 

U RM 

R A 

U NS 

HPA


Variante 1: Zusammenschluss von HS-Betriebserdung und NS-Betriebserdung 


B 

U RHS 

U RHS 

U HS 

R BHS 

R BNS 

U NS 

U RNS 

U RNS 

B 

Phasenseil 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 13: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TT-System 


R M 

U RM 

U RM 

R A 

B 

U +U 

NS RNS 

Unter der Stromverlaufsskizze wird der Potentialverlauf der jeweiligen Erdungen 

schematisch dargestellt. Es sei hier noch einmal darauf hingewiesen, dass die Art 

der Darstellung (relative Höhe der Spannungen, Stromverteilung gemäß der 

Anzahl der Strompfeile) nicht mit realen Werten übereinstimmen muss. 

in der Stromverlaufsskizze bedeutet, dass das in ÖVE EH41 Tabelle 23-1 

angeführte Kriterium (Hauptkriterium) für den Zusammenschluss von HS- und 

NS-Erdungsanlagen an dieser Stelle zu überprüfen ist. In Tabelle 3 ist nun das 

Hauptkriterium selbst angeführt. 

Da ein Fehlerfall auch Auswirkungen auf andere angeschlossene Anlagenteile 

haben kann, müssen diese trotz Einhaltung des Hauptkriteriums zusätzlich 

überprüft werden, um einen sicheren Zusammenschluss gewährleisten zu können. 

B in der Stromverlaufsskizze zeigt die Anlagenteile, an denen eine zusätzliche 

Überprüfung der Berührungsspannung (bzw. der Grenzfehlerspannung nach 

ÖVE/ON E8001-1) erfolgen muss. 

I in der Stromverlaufsskizze zeigt die Anlagenteile, an denen eine mögliche 

Überschreitung der örtlichen Isolationsfestigkeit zusätzlich überprüft werden muss. 

HPA


In Tabelle 3 werden die Auswirkungen eines Fehlers in der HS-Anlage auf alle 

beteiligten Anlagenteile aufgeführt. Der Pfeil nach oben (↑) in der Tabelle bedeutet 

eine Änderung des Potentialverlaufs an der jeweiligen Erdungsanlage. Die 

Spannungen in der Tabelle stellen "komplexe Zeiger" dar, weshalb die 

mathematischen Operationen in der Tabelle vektorieller Natur sind. Daher ergibt 

sich bei der Addition ein Spannungsmaximum für Spannungszeiger in gleicher 

Richtung, bei der Subtraktion hingegen ein Maximum für Spannungszeiger in 

entgegengesetzter Richtung. 

Einfluss auf Potential 

der Betriebserdung 


der Schutzerdung 

Einfluss auf 

Phasenspannung zur 

Bezugserde 

Spannung zwischen 

Phase und Schutzleiter 

am Betriebsmittel 

In der 

HS - Anlage 

In der 

NS - Anlage 

Zusammenschlussbedingungen 

nach 

ÖVE EH41 Tab. 23-1 

↑ URHS ↑ URNS (≈URHS) B 

↑ URM --- B 

↑ URHS ↑ URNS (≈URHS) 

↑ ... Anhebung um.. 

*) U E ... Unter den getroffenen Vereinfachungen ist U E=U RNS 

ad. 1200 V: Isolationsfestigkeit alter Niederspannungsbetriebsmittel 

UNS + URNS 

UE ≤ 1200 V *) 

oder § 15.3(3.2) 

Tabelle 3: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TT-System 



Variante 2: Zusammenschluss von HS-Schutzerdung und NS-Schutzerdung 


B 

U RHS 

U RHS 

U HS 

R BHS 

R BNS 

U NS 

Phasenseil 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 


R M 

U RM 

R A 

U RM URA 

Abbildung 14: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TT-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

In der 

NS - Anlage 

B 

U -U 

NS RA 

U RA 


nach 


↑ URHS --- B 

↑ URM ↑ URA (≈URM) B 

↑ URHS --- 


*) U E ... Unter den getroffenen Vereinfachungen ist U E=U RA 

ad. 1200 V: Isolationsfestigkeit alter Niederspannungsbetriebsmittel 

UNS - URA 

UE ≤ 1200 V *) 

oder § 15.3(3.2) 

Tabelle 4: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TT-System 

HPA 

B


2.5.3.3. HS-Netz: niederohmige Sternpunkterdung; NS-Netz: TN-System; 



U RHS 

U HS 

U RHS 

R BHS 

R BNS 

U NS 

Phasenseil 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 15: Ausgangssituation; HS-niederohmig; NS-TN-System 

Hier ergibt sich aufgrund der einwandfreien Trennung der Erdungsanlagen (keine 

Beeinflussung) keine Auswirkung des Fehlerstromes IF (einpoliger 

Kurzschlusswechselstrom IK“1pol) auf die NS-Anlage. Die Erdungsanlagen der HS- 

Seite werden angehoben. 


R M 

U RM 

U RM 

R A 

U NS 

HPA


Variante 1: Zusammenschluss von HS-Betriebserdung und 

NS-Betriebserdung 


U RHS 

U HS 

U RHS 

R BHS 

R BNS 

U NS 

U RNS 

U RNS 

Phasenseil 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 16: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TN-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

↑ URHS 

In der 

NS - Anlage 

↑ URNS (≈URHS) 


R M 

U RM 

U RM 

B 

R A 

U NS 

U RA 

URA 


nach 


UE ≤ Werte *) gemäß 

ÖVE EH41 Abb.18-1 

oder § 15.3(3.2) 

↑ URM ↑ URA (≈URNS) B 

↑ URHS ↑ URNS (≈URHS) 

≈UNS 


*) U E ... Unter den getroffenen Vereinfachungen ist U E=U RNS=U RHS 

ad. Abb. 18-1: erlaubte Berührungsspannungen in Abhängigkeit von der Ausschaltzeit der HS-Netz-Schutzorgane 

Tabelle 5: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TN-System 

B 

HPA




B 

U RHS 

U RHS 

U HS 

R BHS 

R BNS 

U NS 

U RNS 

U RNS 

B 

Phasenseil 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 17: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TN-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

In der 

NS - Anlage 


R M 

U RM 

U RM 

R A 

U NS 

URA 

U RA 


nach 


↑ URHS ↑ URNS B 

↑ URM 

↑ URA (≈URM) 

↑ URHS ↑ URNS 

≈UNS 

UE ≤ Werte *) gemäß 

ÖVE EH41 Abb.18-1 

oder § 15.3(3.2) 


*) U E ... Unter den getroffenen Vereinfachungen ist U E=U RM 

ad. Abb. 18-1: erlaubte Berührungsspannungen in Abhängigkeit von der Ausschaltzeit der HS-Netz-Schutzorgane 

Tabelle 6: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TN-System 

HPA


2.5.3.4. HS-Netz: isolierter Sternpunkt; NS-Netz: TT-System; gesamte HS- 

Anlage in sonstigen Gebieten 


U HS 

U RHS 

R HNS 

U RHS 

R BNS 

U NS 

Phasenseile 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 18: Ausgangssituation; HS-isoliert; NS-TT-System 


Beeinflussung) keine Auswirkung des Fehlerstromes IF (kapazitiver 

Erdschlussstrom IC) auf die NS-Anlage. Die Erdungsanlagen der HS-Seite werden 

angehoben. 


C E 

R M 

U RM 

U RM 

R A 

U NS 

HPA





U HS 

R HNS 

R BNS 

U NS 

U RHS U RNS 

U RHS URNS 

Phasenseile 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 19: Variante-1; HS-isoliert; NS-TT-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

↑ URHS 


C E 

In der 

NS - Anlage 


R M 

U RM 

U RM 

B 

R A 


nach 


UE ≤ 125 V *) 

oder § 15.3(3.1) 

oder § 15.3(3.2) 

↑ URM --- B 

--- ↑ URNS (≈URHS) 

UNS+URNS I 



ad. 125 V: Abschaltung der HS-Netz-Schutzorgane nach 0,5 s (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1) 

Tabelle 7: Variante-1; HS-isoliert; NS-TT-System 

U +U 

NS RNS 

HPA 

I




B 

U HS 

U RHS 

R HNS 

U RHS 

R BNS 

U NS 

Phasenseile 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 


R M 

U RM 

R A 

U RM URA 

Abbildung 20: Variante-2; HS-isoliert; NS-TT-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

C E 

In der 

NS - Anlage 

U -U 

NS RA 

U RA 


nach 


↑ URHS --- B 

↑ URM 


--- --- 

UE ≤ 125 V *) 

oder § 15.3(3.1) 

oder § 15.3(3.2) 

UNS-URA I 


*) U E ... Unter den getroffenen Vereinfachungen ist U E=U RA=U RM 

ad. 125 V: Abschaltung der HS-Netz-Schutzorgane nach 0,5 s (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1) 

Tabelle 8: Variante-2; HS-isoliert; NS-TT-System 

I 

HPA


2.5.3.5. HS-Netz: isolierter Sternpunkt; NS-Netz: TN-System; 



U HS 

U RHS 

R HNS 

U RHS 

R BNS 

U NS 

Phasenseile 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 21: Ausgangssituation; HS-isoliert; NS-TN-System 


Beeinflussung) keine Auswirkung des Fehlerstromes IF (kapazitiver 

Erdschlussstrom IC) auf die NS-Anlage. Die Erdungsanlagen der HS-Seite werden 

angehoben. 


C E 

R M 

U RM 

U RM 

R A 

U NS 

HPA





U HS 

R HNS 

R BNS 

U NS 

U RHS U RNS 

U RHS URNS 

Phasenseile 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 

Abbildung 22: Variante-1; HS-isoliert; NS-TN-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

↑ URHS 


C E 

In der 

NS - Anlage 


R M 

U RM 

U RM 

B 

R A 

U NS 

U RA 

URA 


nach 


UE ≤ 65 V *) 

oder § 15.3(3.1) 

oder § 15.3(3.2) 

↑ URM ↑ URA B 

--- ↑ URNS (≈URHS) 



ad. 65 V: max. zulässige dauernd anstehende Berührungsspannung 

≈UNS 

Tabelle 9: Variante-1; HS-isoliert; NS-TN-System 

B 

HPA




U HS 

R BNS 

U NS 

B 

URHS URNS B 

R HNS 

U RHS URNS 

Phasenseile 

Erdseil 


L, L, L 

1 2 3 


R M 

U RM 

R A 

U NS 

U RM URA 

Abbildung 23: Variante-2; HS-isoliert; NS-TN-System 







Bezugserde 




In der 

HS - Anlage 

C E 

In der 

NS - Anlage 

U RA 


nach 


↑ URHS ↑ URNS B 

↑ URM 


--- ↑ URNS 


*) U E ... Unter den getroffenen Vereinfachungen ist U E=U RA=U RM 

ad. 65 V: max. zulässige dauernd anstehende Berührungsspannung 

≈UNS 

UE ≤ 65 V *) 

oder § 15.3(3.1) 

oder § 15.3(3.2) 

Tabelle 10: Variante-2; HS-isoliert; NS-TN-System 

HPA

Diplomarbeit Kettenleiter 

3. Kettenleiter 

3.1. Grundlagen 

3.1.1. Allgemein 

Die über die Erdseile verbundenen metallischen Masten mit ihren Masterdungen 

bilden einen zusammengesetzten Erder, genannt Erdseilkettenleiter. Im 

Gegensatz zu den verhältnismäßig eng beieinander liegenden Erdern einer 

Stationserdungsanlage, ist beim Erdseilkettenleiter auch der ohmsche und 

induktive Anteil der Erdseile nicht zu vernachlässigen. Ein weiterer Einfluss 

entsteht durch die induktive Kopplung zwischen Phasenseil und Erdseil. 

Die Freileitung kann dabei in Abschnitte (Spannfelder) aufgeteilt werden, für die 

folgendes Ersatzschaltbild gilt 6 : 

c’ 

2 

l 

g’ 

2 

l 

l’ l r’ l 

Abbildung 24: Ersatzschaltbild eines Leitungsabschnittes 

l... Leitungslänge (Spannfeldlänge) 

l‘... Längsinduktivitätsbelag: Formeln zur Berechnung der Induktivitäten siehe 

3.1.2 Parameter. 

r‘... Längswiderstandsbelag 

c‘... Querkapazitätsbelag: Die Querkapazitäten bei Freileitungssystemen liegen im 

pF/km Bereich und können für die weitere Betrachtung 

vernachlässigt werden. 

g‘... Querableitungsbelag: Die Beträge der Querableitungsleitwerte liegen im 

Bereich unter 1 µS/km und können für die weiteren 

Berechnungen ebenfalls als vernachlässigbar 

betrachtet werden. 

6 Siehe [5] Kapitel 3: Induktive Beeinflussung 


g’ 

2 

l 

c’ 

2 

l


3.1.2. Parameter 

Parameter 

ρE 

dm 

d1 

Formel bzw. Wert Beschreibung 

Werte siehe Tabelle 1 

d m 

= 

3 

P E ⋅ P E ⋅ P E 

1 

Werte für Standardmasten siehe 

Anhang Standardmasten 

Werte für Standardmasten laut 


110-kV: 0,0322 

220-kV: 0,0277 

380-kV: 0,0360 

2 

3 

durchschnittlicher spezifischer 

Bodenwiderstand in [Ωm] 

mittlerer Abstand des Erdseiles zum 

Phasenseil in [m] 

mit P1 E ..Abstand Phasenseil 1 zum Erdseil 

P2 E ..Abstand Phasenseil 2 zum Erdseil 

P3 E ..Abstand Phasenseil 3 zum Erdseil 

Durchmesser des Phasenseiles in [m] 

d2 

Werte für Standardmasten laut 


110-kV: 0,0149 

220-kV: 0,0165 

380-kV: 0,0218 

Durchmesser des Erdseiles in [m] 

l 330 Spannfeldlänge in [m] 

R1 



ohmscher Widerstandswert des Phasenseils 

in [Ω pro Spannfeld] 

R2 



ohmscher Widerstandswert des Erdseils 

in [Ω pro Spannfeld] 

L1 

⎡ ⎛ h ⎞ ⎤ 

L1 = 0 , 2⋅ 

⎢ln 

⎜ 

⎜2 

⋅ + ⋅ ⎥ ⋅ l 

⎣ d ⎟ 0, 

25 µ 1 

⎝ 1 ⎠ ⎦ 

Längsinduktivität des Phasenseils 

in [H pro Spannfeld] 

L2 

⎡ ⎛ h ⎞ ⎤ 

L2 = 0 , 2⋅ 

⎢ln 

⎜ 

⎜2 

⋅ + ⋅ ⎥ ⋅ l 

⎣ d ⎟ 0, 

25 µ 2 

⎝ 2 ⎠ ⎦ 

Längsinduktivität des Erdseils 


Lm 

⎛ h ⎞ 

Lm 

= 0 , 2 ⋅ ln ⎜ ⋅ l 

d ⎟ 

⎝ m ⎠ 

Gegeninduktivität Phasenseil/Erdseil 


µ0 

−7 

4 ⋅π ⋅10 

Permeabilität von Luft in [H / m] 

µ1 

≈1 

Permeabilität des Phasenseil-Leitermaterials 

in [H / cm] 

µ2 

≈1 

Permeabilität des Erdseil-Leitermaterials 

in [H / cm] 

k 

k = 

1 

ρ E ⋅100 

spezifische Leitfähigkeit des Bodens 

in [1 . e -6 Siemens / cm] 

h 

h = 

0, 

0185 

µ 0 ⋅ k ⋅ 2 ⋅ π ⋅ f 

mit f = 50 Hz 

mittlere Eindringtiefe in [m] 

nach POLLACZEK 

Tabelle 11: Parameterbeschreibung 

ad L1, L2, Lm, k, h ... siehe [4] Seite 93 

ad µ1, µ2 ... Richtwerte sind: Kupfer-, Aluminiumseile: µ = 1 

Al/St-Seile mit einer Lage Al: µ ≈ 5..10 

Al/St-Seile mit Querschnittverhältnisszahl ≥ 6: µ ≈ 1 

Stahlseile: µ bis 25 



3.1.3. Kettenleiter nach Stand der Technik 

Abbildung 25: Ströme, Spannungen und Widerstände bei Erdschluss an einem 

Mast (aus ÖVE EH41 Abb. 5-1) 

Die Größe rE ist definiert durch das Verhältnis von Erdungsstrom IE (Strom über 

fehlerbehafteten Anlagenteil gegen Bezugserde) zum Fehlerstrom IF. Die 

Darstellung der Ersatzschaltung des obigen Bildes ist insofern irreführend, da der 

anteilige Strom über die Erdseile bereits durch die jeweiligen Z∞ (Impedanz der 

Erdseilkettenleiter für ∞ viele Masten) gegeben ist (Z∞ beinhaltet bereits Erdseile 

und Masterdungen für theoretisch ∞ viele Masten). In obiger Ersatzschaltung wird 

der Fehlerstrom IF zwei Mal auf die Erdseile aufgeteilt. Einmal mittels der 

Beziehung (1-rE) . 3 . I0A/B und ein weiteres Mal mittels der Impedanzen Z∞. Die 

Ersatzschaltung sollte also wie folgt aussehen: 



. (1-r E ) 3I0A 

I = 3I +3I 

F 0A 0B 

. I=r E E IF 

. (1-r E ) 3I0B 

Z∞A RM Z∞B 

Bezugserde 

Abbildung 26: Adaptierte Ersatzschaltung von Abbildung 25 

3.1.4. Reduktionsfaktor 

In der allgemeinen Literatur und in den geltenden Vorschriften ist die Betrachtung 

des Reduktionsfaktors simplifiziert und sollte in der praktischen Anwendung genau 

überlegt werden. Die in den folgende Punkten (Kettenleitermodell bei 

Messverhältnissen und Kettenleiter) erläuterten theoretischen und mittels 

simulationstechnischen Hilfsmitteln erzielten Ergebnisse, sollen die komplexe 

Problematik des Kettenleiters für die Berechnung von Stromaufteilungen im Falle 

eines Erdschlusses aufzeigen und Lösungen bereitstellen. 

3.2. Kettenleitermodell bei Messverhältnissen 


Der Kettenleiter bei Messverhältnissen, in Folge „Messkettenleiter“ genannt, ist 

der bei einer Messung 7 (im Gegensatz zum Fehlerfall) wirksame 

Schaltungsaufbau von Freileitungsmasten (siehe Abbildung 27 und Abbildung 28). 

Aufgrund dieses Impedanzennetzwerkes ergibt sich eine wirksame 

Ersatzimpedanz (Messkettenimpedanz) aus dem Verhältnis von Spannung am 

Messmasten (hier Rmast) und dem eingespeisten Messstrom Imess. Die Wirkungen 

der Gegeninduktivitäten Lm der einzelnen Spannfelder, hervorgerufen durch den in 

den Phasenseilen fließenden Strom, sind hier vernachlässigbar klein, da die 

Phasenseile nur den Betriebsstrom führen und nicht den um ein Vielfaches 

größeren Fehlerstrom (Erdschlussstrom). 

7 Meist mittels Schwebungsmethode gemessen 



weitere 

Masten 

Mess - 

spannung 

Messstrom 

Betriebsstrom 

Z fehler Rmast R mast R mast R mast R mast R UWrechts 

Zfehler ... Impedanz des Fehlerortes (bei Messung an einem Masten mit abgehobenem 

Erdseil ist Zfehler = Rmast) 

Rmast ... Ausbreitungswiderstand eines Freileitungsmastens. 

RUWrechts ... Ausbreitungswiderstand der Erdungsanlage des (rechten) Umspannwerks 

Abbildung 27: Nachbildung der Messanordnung 

Dieser Messkettenleiter ist in der Praxis für zwei Fälle anwendbar: 

• Zur rechnerischen Nachbildung einer „Vor-Ort-Messung“. 

• Wenn ein Freileitungsübertragungssystem so in ein Erdungssytem integriert 

ist, dass es einen Fehlerstromanteil über sein Kettenleiternetzwerk führt, ohne 

den Fehlerstrom selbst zu „verursachen“ (ihn im Phasenseil zu führen). Wirkt 

also nur als „Erdungsunterstützung“. 

R UWlinks 

R mast 

Spannfeld 

der Länge l 

R 2 

L 2 

R mast 

U Messspannung 

R UWrechts 


Z fehler 

R2 ... ohmscher Widerstand des Erdseils pro Spannfeld 

L2 ... induktiver Widerstand des Erdseils pro Spannfeld 

Rmast 

R 2 

L 2 

R mast 

Abbildung 28: Ersatzschaltung eines Messkettenleiterabschnittes


Im Folgenden wird nun anhand der Netzwerkcharakteristik dieser 

Messnachbildung die Existenz einer realen Ersatzimpedanz ersichtlich. 

Eine Ersatzimpedanz von Punkt A nach B wird gesucht. Durch geeignetes 

Umformen und Zusammenfassen der einzelnen Impedanzen ist es möglich eine 

Ersatzimpedanz Zersatz (siehe Abbildung 29) zu finden und in der Ersatzschaltung 

darzustellen. Diese Impedanz ist unabhängig von der Impedanz des Fehlerortes 

(Zfehler) und kann für weitere Betrachtungen bzw. Simulationen als eine konstante 

Ersatzimpedanz (in weitere Folge ZKetteMess genannt) gesehen werden. 

U 

I mess 

Z fehler 

A 

U 

I ES 

I mast 

R mast 

I mess 

Z fehler 

Z 1 

A 

I ES 

I mast 

R mast 

B 

Z 1 


⇒ 

Z 2 

U 

B 

Z 4 

A 

I+I 

ES mast 

Z1 – Z4 ... Ersatzimpedanzen für ein Freileitungsnetz ohne ersten Masten nach der 

Messspannungsquelle 

Abbildung 29: Veranschaulichung der Ersatzimpedanznachbildung für 

Messkettenleiter 

I mess 

Z fehler 

B


3.2.2. Simulationsergebnisse 

Um die Auswirkungen der einzelnen Parameter auf den Wert der 

Messkettenimpedanz abschätzen zu können, wurden Berechnungen unter 

Variation der Parameter 

• Mast-Ausbreitungswiderstand (Rmast) 

• mittlerer spezifischer Bodenwiderstand (ρ) 

• Abschlusswiderstand (z.B.: Betriebserdung des Umspannwerkes) 

• Erdseilkenngrößen (R2, L2) 

durchgeführt. 

Es wurde dabei immer von den Ausgangssimulationswerten (siehe Kapitel 3.2.2.1 

Tabelle 12) ausgegangen und jeweils einer der beeinflussenden Parameter 

verändert und eine erneute Berechnung durchgeführt. 

U mess 

Z fehler 

R mast 

Z KetteMess 

R UWrechts 

Abbildung 30: ZKetteMess 

Die Simulationen wurden mit der unter 

Kapitel 4 Simulationsmodell erklärten 

Modellbildung (für eine Freileitung zur 

Mess- bzw. Fehlerstelle) realisiert. 

3.2.2.1. Ausgangssimulationswerte der zu variierenden Parameter 

Parameter Default-Wert 

Rmast 30 Ω 

Zfehler 30 Ω 

RUW 0,2 Ω 

R2 0,276 Ω/km 

L2 

0,0026 H/km 

ρ 1000 Ωm 

Zfehler ... Erdausbreitungsimpedanz des Mess- bzw. Fehlerortes 

RUW ... Betriebserdungswiderstand des Umspannwerkes 

Tabelle 12: Ausgangsparameter der 

Messkettenimpedanzberechnung 

Die schwarze Linie mit der größten Strichstärke in Diagramm 1 bis Diagramm 5 

beschreibt jeweils den Messkettenimpedanzverlauf bei Default-Werten. 



3.2.2.2. Variation des Mast-Ausbreitungswiderstands Rmast 

ZKetteMess in Ohm 

4.5 

4 

3.5 

3 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

0 

ZKetteMess = f(Rmast) 

0 20 40 

Anzahl der Masten 

60 

Rmast ... Ausbreitungswiderstand der Masten 

Diagramm 1: ZKetteMess = f(Rmast) 

ZKetteMess bei 

Rmast = 1 Ohm 


Rmast = 5 Ohm 


Rmast = 10 Ohm 









Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass eine Änderung von Rmast eine erhebliche 

Auswirkung auf die Größe der Messkettenimpedanz zeigt. 

Der genaue Wert für den Mast-Ausbreitungswiderstand Rmast kann in der Praxis 

durch verschiedene Einflussfaktoren wie z.B. variierende Bodenverhältnisse, 

wechselnde Umweltbedingungen, schlecht ausgeführte Masterdung oder 

Verschlechterung der bestehenden Masterdung durch Abrosten, sehr schwer 

abgeschätzt werden. 

3.2.2.3. Variation der Fehlerimpedanz Zfehler 

Zfehler hat keinen Einfluss auf die Höhe von ZKetteMess. Durch Variation von Zfehler 

ändert sich lediglich die Höhe des Mess- bzw. Fehlerstromes. 



3.2.2.4. Variation des Abschlusswiderstands RUW 


16.00 

14.00 

12.00 

10.00 

8.00 

6.00 

4.00 

2.00 

0.00 

ZKetteMess = f(RUW) 

Rmast=30 Ω 

0 10 20 30 40 50 


RUW ... Ausbreitungswiderstand der Erdungsanlage des Umspannwerkes 

Diagramm 2: ZKetteMess = f(RUW) 


RUW = 0.1 Ohm 


RUW = 0.2 Ohm 


RUW = 0.5 Ohm 


RUW = 1 Ohm 


RUW = 10 Ohm 


RUW = 30 Ohm 

Ein Einfluss von RUW ist nur bis zu einer Mastanzahl von ca. 10 Masten gegeben. 

Bei mehr als 10 Masten zeigen Änderungen von RUW praktisch keine 

Auswirkungen auf ZKetteMess. Die verwendeten Werte für RUW sind Annahmen, die 

nur zur prinzipiellen Darstellung dienen sollen. 



3.2.2.5. Variation des ohmschen Erseilwiderstands R2 


8.00 

7.00 

6.00 

5.00 

4.00 

3.00 

2.00 

1.00 

ZKetteMess = f(R2) 

Rmast = 30 Ω 

0.00 

0 10 20 30 40 50 


R2 ... ohmscher Widerstand des Erdseils 

Diagramm 3: ZKetteMess = f(R2) 

ZKetteMess bei R2 = 0.1 Ohm/km 




ZKetteMess bei R2 = 1 Ohm/km 





Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass eine Änderung von R2 (ohmscher 

Erdseilwiderstand) erhebliche Auswirkung auf die Größe der Messkettenimpedanz 

zeigt. D.h. die Kenntnis des verwendeten Erdseiltyps ist von großer Bedeutung. 

Bei hochleitfähigen Erdseilen (0,1 - 0,5 Ω/km) pendelt sich der Messkettenleiter 

auf einen Wert ein, der um den Faktor 2-3 kleiner ist als jener bei Erdseilen aus 

Stahl. 



3.2.2.6. Variation der Permeabilität µ2 bzw. der Induktivität des Erdseils L2. 


4.00 

3.50 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

ZKetteMess = f(L2 bzw.µ 2) 

0.00 

0 10 20 30 40 50 60 70 


L2 ... Induktivität des Erdseils 

Diagramm 4: ZKetteMess = f(L2 bzw. µ2) 

ZketteMess bei L2=0,0026 H/km 

(mue2=1) 


(mue2=5) 


(mue2=10) 


(mue2=15) 

Grundsätzlich haben hochleitfähige Erdseile (Cu, Aldrey, Al/St) eine Permeabilität 

µ2 von ca. 1. Eine Variation dieses Parameters auf bis zu 15 (da einige Al/St- 

Erdseiltypen diesen Wert erreichen können) zeigt nur kleine Auswirkungen auf 

ZKetteMess. 



3.2.2.7. Variation des spezifischen Bodenwiderstands ρ 


3.50 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

ZKetteMess = f(ro) 

Rmast=30 Ω 

0 10 20 30 40 50 


ρ ... durchschnittlicher spezifischer Bodenwiderstand 

Diagramm 5: ZKetteMess = f(ρ) 


ro = 100 Ohmm 


ro = 1000 Ohmm 


ro = 2000 Ohmm 

Die Variation des durchschnittlichen spezifischen Bodenwiderstandes ρ, bei fixem 

Wert von Rmast, hat nur Auswirkungen auf die Induktivitätsbeläge und zeigt keine 

merkliche Änderung von ZKetteMess. 



3.3. Kettenleitermodell im Fehlerfall 


Der Kettenleiter ist der bei einem Fehler (Erdschluss) wirksame Aufbau von 

Freileitungsmasten, Erdseilen und Betriebserdungsanlagen von Umspannwerken. 

In weiterer Folge wird hier auf die Schwierigkeit, eine Ersatzimpedanz zu finden, 

genauer eingegangen und ein Lösungsmodell präsentiert. 

weitere 

Masten 

IF Fehlerstrom 

Iphaselinks Z fehler 

R mast 

Er d seil 

Phasenseil 

Fehlerstrom 

I phaserechts 

Betriebs - 

Spannung 

Erdungsanlage 

Umspannwerk 

R mast R mast R mast RUWrechts 

Zfehler ... Impedanz des Fehlerorts (bei Fehler an einem Masten ist Zfehler = Rmast) 



IF ... Gesamtfehlerstrom 

Iphaserechts ... anteiliger Fehlerstrom vom rechten Spannfeld 

Iphaselinks ... anteiliger Fehlerstrom vom linken Spannfeld 

Da die genaue Phasenlage eines Fehlerstromes nicht vorhersehbar ist, wird der Strom in 

diesen Abschnitten durch „ “ dargestellt. 

Abbildung 31: Nachbildung des realen Fehlerfalls 



U Spg.ebene 

R TRlinks 

R UWlinks 

Leitungsabschnitt der Länge l 

Rmast 

R 1 

R 2 

L 1 

L 2 

L m 

R mast 

Zfehler ... Impedanz des Fehlerortes (bei Fehler an einem Masten ist (Zfehler = Rmast) 



RUWlinks ... Ausbreitungswiderstand der Erdungsanlage des (linken) Umspannwerks 

RTRrechts ... ohmscher Transformatorwiderstand (Umspannwerk rechts) 

RTRlinks ... ohmscher Transformatorwiderstand (Umspannwerk links) 

R1 ... ohmscher Widerstand des Phasenseils 

L1 ... Induktivität des Phasenseils 

R2 ... ohmscher Widerstand des Erdseils 

L2 ... Induktivität des Erdseils 

Lm ... Gegeninduktivität Phasenseil / Erdseil 

USpg.ebne ... Spannungsebene der Freileitung 

IF ... Gesamtfehlerstrom 

Abbildung 32: Ersatzschaltung eines Kettenleiterabschnittes 


I F 

Z fehler 

Rmast 

R 1 

R 2 

L 1 

L 2 

L m 

R mast 

U Spg.ebene 

R TRrechts 

R UWrechts 

Aus obiger Schaltung ist ersichtlich, dass im realen Fehlerfall der Fehlerstrom 

auch im Phasenseil fließt und damit die Wirkung der Gegeninduktivität Lm auf das 

Erdseil, im Gegensatz zum Messkettenleiter, sehr wohl zu berücksichtigen ist. 

Das linke Bild in Abbildung 33 stellt ein Ersatzschaltbild für ein sehr einfaches 

Netz (vom Fehlerort zum Umspannwerk befindet sich nur ein Mast; außerdem wird 

der Fehlerort nur einseitig angespeist) dar. Ziel der folgenden Ausführungen ist es, 

ähnlich wie beim Messkettenleiter, eine Ersatzimpedanz, die die Wirkung des 

übrigen Netzes (ohne Zfehler) entsprechend der realen Stromaufteilung des 

Fehlerstromes darstellen soll, zu finden (siehe rechtes Bild in Abbildung 33). 

Z phase 

Z erdseil 

Z phase 

Z erdseil 

A B 

Z fehler R mast R UWrechts 

I F 

U 

⇒ 

A B 

I E 

Z fehler 

I erdseil 

U fehler 

2Z . phase 

Z ersatz 

U ersatz 

Zphase ... Phasenseillängsimpedanz pro Spannfeld 

Zerdseil ... Erdseillängsimpedanz pro Spannfeld 

IE ... anteiliger Fehlerstrom IF, der über den Fehlerort fließt (Erdstrom) 

Ierdseil ... anteiliger Fehlerstrom IF, der über das Erdseil fließt 

Abbildung 33: Veranschaulichung der Kettenleiterersatznachbildung im Fehlerfall 

(Bild a) 

I F 

U


Beim Versuch der Netzwerkumwandlung (siehe Abbildung 34) auf das rechte Bild 

in Abbildung 33, stößt man sehr schnell auf das Ergebnis, dass eine reale 

Ersatzimpedanz zwischen Punkt A und B ohne Einfluss des Fehlerortes Zfehler nicht 

möglich ist. 

Z phase 

Z erdseil 

Z phase 

Z erdseil 

A B 

Z fehler R mast R UWrechts 

I F 

U 

⇒ 

A B 

Z fehler 

Z 13 

2Z . phase 


Z 12 

Z 23 

I F 

R UWrechts 

U 

⇒ 

Z 12 

A B 

Z fehler 

Z 13 

2Z . phase 

I F 

Z 23UWrechts 

Abbildung 34: Veranschaulichung der Kettenleiterersatznachbildung im Fehlerfall 

(Bild b) 

Ein Ausweg und somit Lösung für dieses Problem bringt die Bildung einer fiktiven 

Kettenleiterersatzimpedanz (Kettenleiter) von Punkt A nach B. 

Wie funktioniert nun die Bildung dieser Ersatzimpedanz ? 

Die in Abbildung 33 dargestellte Ersatzimpedanz kann mit 

Z ersatz 

U 

= 

I 

beschrieben werden, wobei Uersatz = Ufehler (siehe Abbildung 33) gilt. Die 

Ersatzimpedanz kann somit über die bei einer Simulation berechneten 

Stromaufteilung ermittelt werden. Da der Strom Ierdseil jedoch von der Höhe der 

Fehlerortimpedanz Zfehler abhängt, ist die Ersatzimpedanz Zersatz immer nur 

für einen bestimmten Fall errechenbar. Zusätzlich zum Einfluss des Fehlerortes 

können im realen Fehlerfall noch die Einflüsse etwaiger angeschlossener Ketten- 

bzw. Messkettenleiter und/oder parallel zum Fehlerort hängender 

Erdungsimpedanzen hinzukommen. Es gibt also immer nur eine fiktive 

Ersatzimpedanz für die fehlerführende Freileitung eines bestimmten 

Erdungsersatznetzwerkes, die über die Stromaufteilung errechnet werden kann. 

ersatz 

erdseil 

U


Wird zum Beispiel eine Fehlerstelle (siehe Abbildung 35) von zwei Seiten 

gespeist, ist eine Ersatzimpedanzrechnung mit der Stromaufteilung ebenfalls 

möglich, sofern alle in dem Netzwerk inkludierten Erdungsimpedanzen in der 

Fehlerstellengesamtimpedanz berücksichtigt wurden. 

U 

I phaselinks 

Zphaselinks Zphaserechts Iphaserechts 

Z ersatzlinks 

I erdseillinks 

I erdseilrechts 

Z ersatzrechts 

Zfehler 

Fehlerstellengesamtimpedanz 

Abbildung 35: Zweiseitig gespeister Fehlerort 

Die so ermittelten Kettenleiterersatzimpedanzen (Kettenimpedanz) können dann 

z.B. für eine weitere Betrachtung der Stromaufteilung in einer Erdungsanlagen- 

Simulation verwendet werden. 


I E 

I F 

U


3.3.2. Simulationsergebnisse 

Um die Auswirkungen der einzelnen Parameter auf den Wert der Kettenimpedanz 

abschätzen zu können, wurden, wie schon beim Messkettenleiter, Berechnungen 

unter Variation der Parameter 

• Fehlerimpedanz (Zfehler) 

• Mast-Ausbreitungswiderstand (Rmast) 

• mittlerer spezifischer Bodenwiderstand (ρ) 

• Abschlusswiderstand (z.B.: Betriebserdung des Umspannwerkes) 

• Erdseilkenngrößen (R2, L2) 

durchgeführt. 

Da sich die Kettenimpedanz im Gegensatz zur Messkettenimpedanz bei der 

Variation des Parameters Zfehler ändert, sind hier die Auswirkungen mehrerer 

Kombinationen von Parametervariationen ausgeführt. Die Simulationen wurden 

mit der unter Kapitel 4 Simulationsmodell erklärten Modellbildung (für eine und für 

zwei Freileitungen zur Mess- bzw. Fehlerstelle) realisiert. 

3.3.2.1. Ausgangssimulationswerte der zu variierenden Parameter 

Parameter Default-Wert 

Rmast 30 Ω 

Zfehler 30 Ω 

RUW 0,2 Ω 

R1 0,085 Ω/km 

R2 0,276 Ω/km 

L1 

0,0025H/km 

L2 

0,0026 H/km 

0,00105 H/km 

Lm 

ρ 1000 Ωm 

Zfehler ... Ausbreitungswiderstand des Mess- bzw. Fehlerortes 

RUW ... Betriebserdungswiderstand des Umspannwerkes 

Tabelle 13: Ausgangsparameter der 

Kettenimpedanzberechnung 


beschreibt jeweils den Kettenimpedanzverlauf bei Default-Werten. 



3.3.2.2. Kettenimpedanzen bei einseitiger Speisung (eine Freileitung zum 

Fehlerort) des Fehlerortes, unter Variation verschiedener Parameter 

Variation des Mast-Ausbreitungswiderstands Rmast 

ZKette in Ω 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

ZKette = f(Rmast) 

Zfehler = 30 Ω 

0 10 20 30 40 50 60 70 


Diagramm 6: ZKette = f(Rmast) für eine Freileitung 

ZKette bei Rmast = 1 Ohm 






Wenn die Fehlerortimpedanz Zfehler konstant gehalten wird und anschließend 

Berechnungen von ZKette unter Variation der Mastwiderstände Rmast vorgenommen 

werden, ist eine starke Änderung ersichtlich. Da die Masterdungen durchwegs fast 

nie über die gesamte Länge des Kettenleiters als homogen angesehen werden 

können und auch meist keine Masterdungswiderstandsmessungen aller Masten 

vorhanden sind, ist eine genaue Berechnung kaum möglich. Bei genauer 

Datenvorgabe (d.h.: Masterdungswiderstand jedes einzelnen Masten ist bekannt) 

beinhaltet die Berechnung in Bezug auf Rmast keinen Fehler. 



Variation des Mast-Ausbreitungswiderstands Rmast und der Fehlerortimpedanz 

Zfehler , für die gilt Rmast = Zfehler 

ZKette in Ohm 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

ZKette = f(Rmast = Zfehler) 

0 10 20 30 40 50 60 70 


Diagramm 7: ZKette = f(Rmast = Zfehler) für eine Freileitung 

Variation der Fehlerortimpedanz Zfehler 

Zkette bei Rmast = 

Zfehler = 1 Ohm 













Eine Variation von Zfehler zeigt bei verschiedenen Rmast-Werten unterschiedlich 

große Auswirkungen auf die Höhe der Kettenimpedanz. 


beschreibt jeweils den Kettenimpedanzverlauf bei Zfehler = Rmast (Ausgangsverlauf). 

Ist Zfehler < Rmast, liegt der entsprechende Verlauf unter dem Ausgangsverlauf, im 

anderen Fall über diesem. 

Grundsätzlich bewirkt die Variation der Fehlerortimpedanz eine große Änderung 

der wirksamen Kettenimpedanz. Bei einem kleinen Rmast (Diagramm 8) ist diese 

Auswirkung jedoch nicht so groß, wie bei hohem Rmast (Diagramm 11). 



Z Kette in Ω 

ZKette in Ω 

0.50 

0.45 

0.40 

0.35 

0.30 

0.25 

0.20 

0.15 

0.10 

0.05 

ZKette = f(Zfehler) Rmast = 1 Ω 

0.00 

0 10 20 30 40 50 60 70 


1.40 

1.20 

1.00 

0.80 

0.60 

0.40 

0.20 

0.00 

ZKette bei Zfehler = 0.5 Ohm 

ZKette bei Zfehler = 1 Ohm 



Diagramm 8: ZKette = f(Zfehler) bei Rmast = 1 Ω für eine Freileitung 

ZKette = f(Zfehler) 


0 10 20 30 40 50 60 70 












ZKette in Ω 

ZKette in Ω 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 



0.00 

0 10 20 30 40 50 60 70 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 












0 10 20 30 40 50 60 70 












Variation des ohmschen Erdseilwiderstands R2 

ZKette in Ω 

8.00 

7.00 

6.00 

5.00 

4.00 

3.00 

2.00 

1.00 

0.00 

ZKette = f(R2) 

Rmast = Zfehler = 30 Ω 

0 10 20 30 40 50 60 70 


Diagramm 12: ZKette = f(R2) für eine Freileitung 

ZKette bei R2 = 0.1 Ohm/km 




ZKette bei R2 = 1 Ohm/km 





Innerhalb des Bereiches für hochleitfähige Erdseile (R2 = 0,1 – 0,5 Ω/km) ergibt 

sich praktisch keine Änderung von ZKette. Sind die Erdseile hingegen nicht 

hochleitfähig (R2 = 1 – 4 Ω/km), ergeben sich wesentliche Änderungen von ZKette. 

Variation der Permeabilität µ2 bzw. der Induktivität des Erdseils L2. 

ZKette in Ohm 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

Z Kette = f(L 2 bzw.µ 2) 

0 10 20 30 40 50 60 70 


Diagramm 13: ZKette = f(L2 bzw. µ2) für eine Freileitung 

ZKette bei L2 = 0.0026 H/km 

(mue2 = 1) 


(mue2 = 5) 


(mue2 = 10) 


(mue2 = 15) 



Grundsätzlich haben hochleitfähige Erdseile (Cu, Aldrey, Al/St) eine Permeabilität 

µ2 von ca. 1. Eine Variation dieses Parameters auf bis zu 15 (da einige Al/St- 

Erdseiltypen diesen Wert erreichen können) zeigt nur kleine Auswirkungen auf 

ZKette. 

Variation des spezifischen Bodenwiderstands ρ 

ZKette in Ω 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

ZKette = f(ρ) 

Rmast=30 Ω 

0 10 20 30 40 50 60 70 


Diagramm 14: ZKette = f(ρ) für eine Freileitung 

ZKette bei ro = 

100 Ohmm 


1000 Ohmm 


2000 Ohmm 

Eine Variation des durchschnittlichen spezifischen Bodenwiderstandes ρ hat nur 

Einfluss auf die Werte der Induktivitäten L1, L2, Lm, und zeigt praktisch keine 

Auswirkung auf den Wert von ZKette. 



Variation des Abschlusswiderstands RUW 

ZKette in 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

ZKe tte = f(RUW) 

Rmast=30 Ω 

0 10 20 30 40 50 60 70 


Diagramm 15: ZKette = f(RUW) für eine Freileitung 

ZKette bei RUW 

= 0.1 Ohm 


= 0.2 Ohm 


= 0.5 Ohm 


= 1 Ohm 


= 10 Ohm 


= 30 Ohm 

Eine Variation der Betriebserdung RUW des Umspannwerkes zeigt bis zu einer 

Mastenanzahl von etwa 25 Masten kleine Abweichungen, ab 25 Masten bleibt 

ZKette jedoch so gut wie unbeeinflusst von RUW auf einem konstanten Wert. 

Wohl aber hat die Änderung von RUW starke Auswirkungen auf die Amplitude des 

Stromflusses in den einzelnen Masten bzw. der Umspannstation. Die verwendeten 

Werte für RUW sind Annahmen, die nur zur prinzipiellen Darstellung dienen sollen. 

Nachfolgend ist ein Kettenleiter schematisch dargestellt. Die Auswirkungen der 

RUW - Änderungen auf die Amplitude des Stromflusses sind in graphischer Form 

visualisiert. Es wird hier von einem Kettenleiter ausgegangen, der völlig 

symmetrisch aufgebaut ist, bei dem anschließend nur der Wert von RUW verändert 

wird. 



I mast 

U Z erdseil 

R UWlinks 

Z phase 

R mast 

R UWrechts 


R mast 

I mast 

I F 

Entfernung 

Z fehler 

I E 

Entfernung 

Entfernung 

R mast 

Z phase 

bei gleichen 

Erdungswid./-imp. 

R UWlinks = R mast = Zfehler 

Z erdseil 

bei verschiedenen 


R < R ; R = Z 

UWlinks mast mast fehler 

bei verschiedenen 


R > R ; R = Z 

UWlinks mast mast fehler 

Abbildung 36: Schematische Darstellung der Nullpunktverschiebung 

bei Variation von RUW 

Asymmetrie (Unsymmetrie) liegt vor, wenn RUW ≠ Rmast ist (was in der Realität 

durchwegs immer gegeben ist). Es ist hier deutlich ersichtlich, dass die Änderung 

von RUW keine großen Auswirkungen auf die Höhe des Stromes über den 

Fehlermasten zeigt, sehr wohl aber auf den im UW. Es verschiebt sich lediglich 

der Nullpunktsmasten (Strom im Masten ist null). 

U


Diagramm 16 zeigt die Ströme, die bei einem Fehler am Ende einer Freileitung mit 

25 Masten (einseitige Speisung des Fehlerortes) über die einzelnen 

Erdungswiderstände fließen. Zur Berechnung wurden die Standardwerte und 

Rmast = 30 Ω; Zfehler = 30 Ω verwendet. 

Der aufgetragene Strom über Mast Nr.: 0 beschreibt dabei den Strom der am 

Fehlerort auftritt, also jenen Strom, welcher über Zfehler abfließt. 

Über Position Mast Nr.: 26 ist der Strom aufgetragen, der über den 

Erdungswiderstand des Umpannwerkes im Fehlerfall zu fließen kommt. Bei 

RUWrechts = 0,1 bzw. 1 Ω liegt der Strom über 10.000 A und ist aus graphischen 

Gründen nicht mehr im Diagramm dargestellt. Die verwendeten Werte für RUW 

sind Annahmen, die nur zur prinzipiellen Darstellung dienen sollen. 

Strom in [A] 

2000 

1000 

0 

-1000 

-2000 

-3000 

-4000 

Rmast = Zfehler = 30 Ω = konstant 

0 5 10 15 20 25 

Masten Nr.: 

RUWrechts = 0.1 Ohm (unsym.) 

RUWrechts = 1 Ohm (unsym.) 

RUWrechts = 30 Ohm (sym.) 


Diagramm 16: Stromverlauf bei Variation von RUW bei 

einseitiger Speisung des Fehlerortes 



Diagramm 17 zeigt die Ströme, die bei einem Fehler in der Mitte einer Freileitung 

mit 23 Masten (zweiseitige Speisung des Fehlerortes), dh.: jeweils 11 Masten 

nach links und nach rechts, über die einzelnen Erdungswiderstände fließen. Zur 

Berechnung wurden die Standardwerte und Rmast = Zfehler = RUWlinks = 30 Ω 

verwendet. 

Der aufgetragene Strom über Mast Nr.: 0 beschreibt dabei den Strom der am 

Fehlerort auftritt, also jenen Strom, welcher über Zfehler abfließt. 

Über Position Mast Nr.: 12 bzw. -12 ist der Strom aufgetragen, der über den 

Erdungswiderstand des jeweiligen Umpannwerkes im Fehlerfall zu fließen kommt. 

Strom in [A] 

RUWlinks = Rmast = Zfehler = 30 Ω = konstant 

5000 

0 

-12 -8 -4 0 4 8 12 

Masten Nr.: 

-5000 

-10000 

-15000 

-20000 

RUWrechts = 0.1 Ohm (unsym.) 


RUWrechts = 30 Ohm (sym.) 


Diagramm 17: Stromverlauf bei Variation von RUwrechts bei 

zweiseitiger Speisung des Fehlerortes 



3.3.2.3. Kettenimpedanzen bei zweiseitiger Speisung des Fehlerortes, unter 

Variation der Freileitungslängen bzw. Zfehler bei Rmast = 30 Ω 

Zweiseitige Speisung des Fehlerorts bedeutet: 

• Fehler entlang einer Freileitung, d.h. es entstehen 2 Freileitungsabschnitte 

(Freileitungsabschnitt 1: vom Fehlerort zur „linken“ Einspeisung und 

Freileitungsabschnitt 2: vom Fehlerort zur „rechten“ Einspeisung). 

• Fehlerort (z.B. Sammelschiene) wird von 2 Freileitungen gespeist. 

In weiterer Folge wird von Freileitung Nr.: 1 (Freileitungsabschnitt 1) und 

Freileitung Nr.: 2 (Freileitungsabschnitt 2) gesprochen. 

Durch den Umstand, dass der Strom der jeweiligen anderen Freileitung auch das 

Erdseil (bzw. Masten) der zweiten Freileitung für dessen Rückfluss zur Quelle 

benutzt, ergeben sich bei der Zusammenschaltung zweier Freileitungen am 

Fehlerort andere Kettenleiterersatzimpedanzen als im Fall einer Freileitung am 

Fehlerort (siehe Abbildung 37). 

U 

R UWlinks 

Freileitung Nr.: 1 Freileitung Nr.: 2 

Z Phasenseil 

Z Erdseil 

R mast 

R mast 

R UWrechts 


Zfehler 

Z Phasenseil 

Abbildung 37: Stromverlaufskizze bei zweiseitiger Speisung des Fehlerortes 

In weiterer Folge sind mögliche Freileitungszusammenschaltungsvarianten bei 

konstantem Rmast = 30 Ω in Diagramm 18 bis Diagramm 23 dargestellt. 

I F 

I mast 

Erklärungen zu den nachfolgenden Diagrammen: 

Allg.: jedes dieser nachfolgenden Diagramme steht für eine konstante 

Freileitungslänge einer Freileitung (Freileitung Nr.: 1). Die Länge der 

zweiten Freileitung (Freileitung Nr.: 2) ist dabei variabel und auf der 

X-Achse aufgetragen (siehe Anwendungsbeispiel nach Diagramm 23). 

Y-Achse zeigt den Wert für die Kettenleiterersatzimpedanz für die Freileitung mit 

konstanter Mastanzahl (also Freileitung Nr.: 1). 

X-Achse gibt die Mastanzahl (Länge) der zweiten Freileitung an. Die Ziffer 0 

bedeutet, dass die Mastanzahl der zweiten Freileitung 0 zu setzen ist, 

also der Fehlerort nur von einer Freileitung gespeist wird (entspricht 

dem Wert für einseitige Speisung des Fehlerortes) 

Als weiterer Parameter wird in allen Diagrammen die Fehlerortimpedanz Zfehler 

variiert. 

Rmast 

Z Erdseil 

U


Z Kette-5Masten in Ω 

1.20 

1.00 

0.80 

0.60 

0.40 

0.20 

Kettenwiderstand von 5 Masten 

Z Kette-5Masten = f(Z fehler und Zusammenschluss-Varianten) 

R mast = 30 Ω 

0.00 

0 10 20 30 40 50 

bei Zusammenschluss von 5 Masten mit .... 

weiteren Masten 

ZKette-5Masten bei 

Zfehler = 0.5 Ohm 













Diagramm 18: Kettenwiderstand bei Freileitung Nr. 1 = 5 Masten unter Variation 

der Mastanzahl von Freileitung Nr. 2 und Zfehler 


2.00 

1.80 

1.60 

1.40 

1.20 

1.00 

0.80 

0.60 

0.40 

0.20 




0.00 

0 10 20 30 40 50 






















2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 


ZKette-15Masten = f(Z fehler und Zusammenschluss-Varianten) 
















0 10 20 30 40 50 






2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 




0.00 

0 10 20 30 40 50 






















3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 




0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 




















3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 




0 10 20 30 40 50 





















Anwendungsbeispiel: 

Gesucht werden die Kettenleiterimpedanzen für einen zweiseitig gespeisten 

Fehlerort (siehe Abbildung 38). 

RUWlinks 

R mast 

R mast 

10 Masten 

R mast 

E r d seil 

R mast 

I F 

Zfehler 

I F 

Fehlerort 


R mast 

E r d seil 

Phasenseil 

25 Masten 

R mast R mast R mast 

ZKette10Masten Zfehler ZKette25Masten 

Abbildung 38: Beispiel einer fehlerbehafteten Freileitung 

(zweiseitig gespeister Fehlerort) 

Grundsätzlich ist für jede Konstellation eine separate Rechnung mit dem in 

Abschnitt 4 („Simulationsmodell“) erklärten Rechenmodell durchzuführen. 

Um eine Abschätzung für die Kettenimpedanzen mittels Diagramm 18 bis 

Diagramm 23 treffen zu können, muss wie folgt vorgegangen werden. 

ZKette10Masten: Für die konstante Freileitungslänge (Freileitung Nr.: 1) wird hier der 

Fall „10 Masten“ gewählt. Der Wert für die gesuchte Kettenimpedanz 

kann nun aus „Diagramm 19: Kettenwiderstand bei Freileitung Nr. 1 

= 10 Masten unter Variation der Mastanzahl von Freileitung Nr. 2 und 

Zfehler“ durch Wahl der Freileitungslänge Nr.: 2 (hier 25 Masten = 

Wert auf der X-Achse) und Wahl von Zfehler (Annahme: Zfehler = 1Ω) 

direkt ausgelesen werden. In diesem Fall ist der Wert für ZKette10Masten 

ca. 1,14 Ω. 

ZKette25Masten: Für die konstante Freileitungslänge (Freileitung Nr.: 1) wird hier der 

Fall „25 Masten“ gewählt. Der Wert für die gesuchte Kettenimpedanz 

kann nun aus „Diagramm 22: Kettenwiderstand bei Freileitung Nr. 1 

= 25 Masten unter Variation der Mastanzahl von Freileitung Nr. 2 und 

Zfehler“ durch Wahl der Freileitungslänge Nr.: 2 (hier 10 Masten = 

Wert auf der X-Achse) und Wahl von Zfehler (Annahme: Zfehler = 1Ω) 

direkt ausgelesen werden. In diesem Fall ist der Wert für ZKette25Masten 

ca. 1,8 Ω. 

R UWrechts


Durch die intensive und zeitaufwendige Simulationsrechnung bei steigender 

Mastanzahl, wurden die Berechnungen nur bis zu einer Gesamtmastanzahl von 

etwa 100 Masten vorgenommen. Daher ist in den Diagrammen die Mastanzahl, 

bei der sich der ZKette- Wert einpendelt meist nicht mehr explizit angegeben. Aus 

den Diagrammen ist jedoch die Tendenz erkennbar (bei Diagramm 22 wurde eine 

vollständige Berechnung bis zum eingependelten Wert durchgeführt), dass sich 

der ZKette-Wert auf den Wert bei nur einseitiger Speisung des Fehlerortes (einer 

Freileitung zum Fehlerort (x = 0)) annähert. 

3.3.3. Vergleich mit Z Kette∞-Diagramm aus der Literatur 

(siehe Literatur [7]) 

In der allgemeinen Literatur sind zum Thema Kettenleiterdiagramme nur 

unzureichende, bis keine Informationen über deren Werteursprung und der 

zugrunde liegenden Parameterwahl vorhanden. Da, wie schon zuvor gezeigt, es 

einen Unterschied zwischen einem Kettenleiter, der nur als 

„Erdungsunterstützung“ (siehe 3.2 Kettenleitermodell bei Messverhältnissen) und 

einem, der als „aktiver Erdrückleiter“ (siehe 3.3 Kettenleitermodell im Fehlerfall) 

wirkt, gibt (was bis dato in der allgemeinen Theorie nicht beachtet wurde), ist ein 

Vergleich mit den errechneten Werten der Simulationen nur sehr schwer möglich. 

Mitunter auch deshalb, weil die einzelnen Parameter teilweise sehr großen 

Einfluss auf die Höhe der Kettenleiterimpedanz haben. In Abbildung 39 liegt ein 

Diagramm vor, welches aus [7] stammt. 

Abbildung 39: Kettenimpedanzdiagramm aus [7] für eine Freileitung zum Fehlerort 



Nach umfangreichen Berechnungen mit den zur Verfügung stehenden 

Werkzeugen (Simulationsmodell, OBEIN, Matlab) ergab sich eine relativ gute 

Übereinstimmung der errechneten Werte mit den Werten im obigen Diagramm, bei 

folgenden Berechnungsparametern: 

Erstellt wurde ein Simulationsmodell für einen Kettenleiter mit einer Freileitung 

zum Fehlerort. Für die gesamte Vergleichsrechnung wurden prinzipiell die 

Standarddaten von 110-kV-Leitungen 8 zugrunde gelegt. 

Die Mastausbreitungswiderstände wurden dabei mit Hilfe des Erdungsberechnungsprogramm 

OBEIN ermittelt (bei ρ = 43 Ωm / 100 Ωm / 500 Ωm und 

1000 Ωm im einschichtigen Boden ergibt sich für den Mastausbreitungswiderstand 

Rmast = Zfehler 1,77 Ω / 4,12 Ω / 20,6 Ω und 41,2 Ω). Der Erdseilwiderstand R2 beim 

hochleitfähigen Erdseil wurde aus den Standardwerten mit 0,233 Ω/km 

entnommen und für die Stahlerdseile (70 mm 2 ) 2,31 Ω/km bzw. ein µ2 von 15 

gewählt. 

ZKette ∞ in Ω 

10 

1 

0.1 

ZKette∞ = f(ρ ) 

10 100 1000 

∅ spez.Bodenwiderstand in Ω m 

8 siehe Anhang 

hlf. Erdseil - lt.[7] 

hlf. Erdseil - 

lt.Simulation 

Stahlseil - lt.[7] 

Stahlseil - 

lt.Simulation 

Diagramm 24: Vergleich der gerechneten Werte mit den Werten 

aus Abbildung 39 


Diplomarbeit Simulationsmodell 

4. Simulationsmodell 

4.1. MATLAB Modell 

Für die Simulation wurden einzelne Module entwickelt, die ein einfaches 

Zusammensetzen einer Ersatzschaltung (Fehlerort mit Kettenleiter) mittels 

MATLAB Subsystemblöcken ermöglicht. Es sind dabei verschiedene Fehler- 

Messortmodule, Kettenleiterabschlussmodule und Kettenleitermastmodule 

vorhanden, die je nach Fehlerort und Länge der Kettenleiter einfachst verbunden 

werden können. Eine Simulation und Berechnung der Ersatzschaltung, kann erst 

dann durchgeführt werden, wenn zuvor das Kettenleiterinitialisierungs-programm 

ini.m (siehe 4.2 „Kettenleiterinitialisierungsprogramm“) gestartet wurde. Ein 

Beispiel einer Simulation mittels der vorhandenen Modulblöcke ist unter 

4.1.4 „Simulationsbeispiel“ ausgeführt. 

4.1.1. Module für den Messkettenleiter 

Im Folgenden werden nun die einzelnen Module in ihrer Funktion und Anwendung 

erläutert: 

4.1.1.1. messmastenlinks 

Dieser Modulblock ist für den Fall einer Messkettensimulationsnachbildung, dass 

es am Messort nur einen Kettenleiter nach rechts gibt und besteht aus: 

Abbildung 40: Modul 

messmastenlinks 

Messortmodul: 

Messspannung links +Berechnung von ZKetteMess 

am MessMasten 

Dieses Modul ermöglicht eine 

Berechnung von ZKetteMess und des 

Messkettenreduktionsfaktors. Zusätzlich 

können alle einzelnen Teilströme und 

-spannungen abgelesen werden. 

Kettenleiterabschlussmodul: 

UW rechts (Messanordnung) 

In diesem Modul kann die auftretende 

Spannung am Kettenleiterabschluss 

(z.B.: Umspannwerk) abgelesen werden. 



Ein weiterer Einblick in den Aufbau der Module ist hier am Beispiel des 

Messortmoduls gezeigt. Alle weiteren Module sind natürlich individuell aufgebaut, 

aber aufgrund der Vielzahl der verschiedenen Module und ihrer Kernbeschaltung 

nicht weiter ausgeführt. 

Abbildung 41: Submodul des 

Messortmoduls 

enthält ein weiteres Submodul: 

Mastmodul-Mast Nr.0 

Abbildung 42: Submodul Mastmodul- 

Mast Nr.0 

enthält die Kernbeschaltung des 

Messortmoduls 



4.1.1.2. messmastenrechts 


es am Messort nur einen Kettenleiter nach links gibt und besteht aus: 


messmastenrechts 

4.1.1.3. messmastenmitte 

Messortmodul: 

Messspannung rechts+Berechnung von 

ZKetteMess am MessMasten 



Messkettenreduktionsfaktors. Zusätzlich 




UW links (Messanordnung) 



(z.B.: Umspannwerk) abgelesen werden. 


es am Messort zwei Kettenleiter, einen nach links und einen nach rechts, gibt 

und besteht aus: 


messmastenmitte 

Messortmodul: 

Messspannung Mitte+Berechnung von ZKetteMess 

am MessMasten 


Berechnung von ZKetteMess und des Messkettenreduktionsfaktors. 

Zusätzlich 



Kettenleiterabschlussmodule: 



In diesen Modulen können die 

auftretende Spannungen an den 

Kettenleiterabschlüssen (z.B.: Umspannwerke) 

abgelesen werden. 



4.1.1.4. messmastenmodul 

Dieser Modulblock enthält die einzelnen Kettenleitermastmodule die für einen 

Aufbau des Kettenleiters benötigt werden und besteht aus folgenden Teilmodulen: 

Kettenleitermastmodule: 

Abbildung 45: Modul messmastenmodul 

1 Mast (Messanordnung): Dieses Modul stellt einen Masten mit Zuleitung in der 

Messanordnung dar. Für die Größen des Maststromes, 

des Erdseilstromes und des Mastpotentials sind 

entsprechende Ausführungen für die messtechnische 

Erfassung der Werte am Modulblock vorhanden. 

5 Masten (Messanordnung): Dieses Modul beinhaltet 5 in Serie geschaltete Masten. 

Eine Ausführung am Modulblock für die Messung von 

einzelnen Teilströmen bzw. Spannungen ist hier nicht 

vorhanden. Allerdings ist die vollständige Messung und 

Anzeige in der nächsten Subebene dieses Moduls 

eingebaut. 

10 Masten (Messanordnung): Dieses Modul beinhaltet 10 in Serie geschaltete 

Masten. Ausführung wie oben. 

25 Masten (Messanordnung): Dieses Modul beinhaltet 25 in Serie geschaltete 

Masten. Ausführung wie oben. 



4.1.2. Module für den Kettenleiter unter realen 

Fehlerbedingungen 

Im Folgenden werden nun die einzelnen Module in ihrer Funktion und Anwendung 

erläutert: 

4.1.2.1. klfehlerlinks 

Dieser Modulblock ist für den Fall einer Kettenleitersimulationsnachbildung im 

Fehlerfall, dass es am Fehlerort nur einen Kettenleiter nach rechts gibt und 

besteht aus: 


klfehlerlinks 

Fehlerortmodul: 

Modul für Kettenleiterfehlermasten links 

(Mastausbreitungswiderstand) + Kettenimpedanzberechnung 


Berechnung von ZKette und des 

Kettenleiterreduktionsfaktors. Zusätzlich 

können alle einzelnen Teilströme 



UW rechts 



(z.B.: Umspannwerk) und der 

Gesamtfehlerstrom abgelesen werden. 

Ein weiterer Einblick in den Aufbau der Module ist hier am Beispiel des 

Fehlerortmoduls gezeigt. Von einer weiteren Vertiefung in alle Submodule wird 

aus Gründen, die unter 4.1.1.1 messmastenlinks angeführt sind, abgesehen. 



4.1.2.2. klfehlerrechts 

Abbildung 47: Submodul des Fehlerortmoduls 


Fehlerfall, dass es am Fehlerort nur einen Kettenleiter nach links gibt und 

besteht aus: 


klfehlerrechts 


Modul für Kettenleiterfehlermasten rechts 

(Mastausbreitungswiderstand) + Kettenimpedanzberechnung 


Berechnung von ZKette und des 

Kettenleiterreduktionsfaktors. Zusätzlich 

können alle einzelnen Teilströme 



UW links 



(z.B.: Umspannwerk) und der 

Gesamtfehlerstrom abgelesen werden. 



4.1.2.3. klfehlermitte 


Fehlerfall, dass es am Fehlerort zwei Kettenleiter, einen nach links und einen 

nach rechts, gibt und besteht aus: 


klfehlermitte 

4.1.2.4. klmastenmodul 


Modul für Fehlermasten (Mastausbreitungswiderstand) 

+ Kettenimpedanzberechnung 



Messkettenreduktionsfaktors. 

Zusätzlich können alle einzelnen 

Teilströme abgelesen werden. 

Kettenleiterabschlussmodule: 



In diesen Modulen können die 

auftretende Spannungen an den 

Kettenleiterabschlüssen (z.B.: Umspannwerke) 

und die Gesamtfehlerströme 


Dieser Modulblock enthält die einzelnen Kettenleitermastmodule die für einen 

Aufbau des Kettenleiters im Fehlerfall benötigt werden und besteht aus folgenden 

Teilmodulen: 

Abbildung 50: Modul klmastenmodul 



Kettenleitermastmodule: 

1 Mast: Dieses Modul stellt einen Masten mit Zuleitung im Fehlerfall dar. Für die 

Größen des Maststromes, des Erdseilstromes und des Mastpotentials, 

sind entsprechende Ausführungen für die messtechnische Erfassung der 

Werte am Modulblock vorhanden. 

5 Masten: Dieses Modul beinhaltet 5 in Serie geschaltete Masten. Eine Ausführung 

am Modulblock für die Messung von einzelnen Teilströmen bzw. 

Spannungen ist hier nicht vorhanden. Allerdings ist die vollständige 

Messung und Anzeige in der nächsten Subebene dieses Moduls 

eingebaut. 

10 Masten: Dieses Modul beinhaltet 10 in Serie geschaltete Masten. Ausführung wie 

oben. 

25 Masten: Dieses Modul beinhaltet 25 in Serie geschaltete Masten. Ausführung wie 

oben. 

4.1.3. Effektivwertmodul 

Zur Berechnung und Simulation der einzelnen Fälle werden Wechselgrößen 

verwendet. Um diese auch messtechnisch erfassen zu können, ist es notwendig 

Effektivwerte auf der Messanzeige einzuführen. Hierzu ist nach den 

Messabnehmern in den Powertools (MATLAB- Bibliothek) der, entsprechend der 

T 

Formel 2 

U = freq ⋅∫ 

u( 

t) 

⋅dt 

konstruierte, Effektivwertbilder nachzuschalten. Diese 

eff 

0 

Maßnahme wurde in den oben angeführten Modulen schon verwirklicht. 


effektivwert 



4.1.4. Simulationsbeispiel 

Um die Verwendung und Handhabung der Modulbauweise zu veranschaulichen 

ist hier ein Beispiel angeführt. 

Die Aufgabe besteht darin einen Fehlerfall (bei einem Mast entsteht ein 

Erdkurzschluss) mit zwei speisenden Freileitungen (Freileitung 1 besteht aus 11 

Masten und Freileitung 2 aus 30 Masten) mittels der vorhandenen Module 

zusammenzusetzen und simulationsfähig zu machen. 

Grundsätzlich benötigt man immer drei Module, ein Fehler- bzw. Messortmodul, 

ein Kettenleiterabschlussmodul und mindestens ein Kettenleitermastmodul um 

einen Fall darzustellen. In diesem Fall sind für den Zusammenbau nur die „Module 

für den Kettenleiter im realen Fehlerfall“ von Interesse. Zunächst öffnet man das 

Modul klfehlermitte, da es sich hier um einen Fehler zwischen zwei Leitungen 

handelt. Dieses Modul beinhaltet die notwendigen Abschlussmodule UW links und 

UW rechts und das Fehlerortmodul Modul für Fehlermasten (Mastausbreitungswiderstand)+Kettenimpedanzberechnung. 

Um die entsprechende Mastenanzahl 

der Freileitungen zu erlangen, öffnet man das Kettenleitermastmodul 

klmastenmodul und nimmt entsprechend der Mastenanzahl die gewünschten 

Module heraus und fügt sie zusammen. Dabei sind z.B.: der Anschluss Erdseil O 

(Output) des vorherigen Mastmoduls mit dem Anschluss Erdseil I (Input) des 

nachfolgenden Modul zusammenzuschließen (dies gilt auch für alle weiteren 

Output und Input Anschlüsse). Die vollständige Simulation sieht dann 

folgendermaßen aus: 



4.2. Kettenleiterinitialisierungsprogramm 

Das Programm ini.m wurde in Matlab 5.3 implementiert und muss vor dem 

Simulationsstart der einzelnen Kettenleiter-Simulationsmodelle durchlaufen 

werden. Der Grundgedanke zur Realisierung dieses Programms liegt in der 

unterstützenden Wirkung auf die Kettenleitersimulation. 

Da die Kettenleiter-Simulationen aus einzelnen gleichen Modulen aufgebaut sind, 

ist eine Eingabeerleichterung bezüglich deren enthaltenen Variablen 

wünschenswert. ini.m wurde speziell für diese Erleichterung entwickelt und ist 

durch ihre ausführliche Dokumentation leicht ausbaufähig bzw. an andere 

Anforderungen anpassbar. 

4.2.1. Programmoberfläche / Programmbeschreibung 

Das Programm ini.m dient zur Initialisierung jener Daten, die zur Berechnung der 

Kettenimpedanzen benötigt werden. Dies sind: 

R1 ... ohmscher Widerstandswert für das Phasenseil in [ Ω / Spannfeld ] 

R2 ... ohmscher Widerstandswert für das Erdseil in [ Ω / Spannfeld ] 

L1 ... Längsinduktivität des Phasenseils in [ H / Spannfeld ] 

L2 ... Längsinduktivität des Erdseils in [H / Spannfeld ] 

Lm ... Gegeninduktivität Phasenseil-Erdseil in [H / Spannfeld ] 

Rm ... mag. Widerstand der Gegeninduktivität in [ Ω / Spannfeld ] 

Rmast ... Ausbreitungswiderstand des Mastens in [ Ω ] 

freq ... Frequenz der Spannungsquellen in [ Hz ] 

Rfehler ... Ausbreitungswiderstand des Fehlerortes in [ Ω ] 

Rtrlinks, Rtrrechts Trafowicklungsimpedanzen der Umspannwerke links und 

rechts von der Fehlerstelle in [ Ω ] 

Ruwlinks, Ruwrechts Betriebserdungswiderstände der Umspannwerke links und 

rechts von der Fehlerstelle in [ Ω ] 

In der Matlab - Kettenleitersimulation können diese Abkürzungen als Variablen 

verwendet werden. Sie aktualisieren sich automatisch nach Ausführung des 

Programms ini.m. 



Beim Start des Programmes erscheint zunächst ein Menü. 

Das Menü lässt nun eine Auswahl von verschiedenen Punkten zu: 

• Auswahl 1, 2 und 3 rechnet mit vorgegebenen Standardwerten für Standardmasten 

laut Anhang. 

• Auswahl 4 ermöglicht eine generelle Eingabe ohne vorgegebene Werte. 

• Auswahl 5, 6: diese Auswahlpunkte wurden speziell für ein aktuelles Problem 

mit speziellen Daten, welche von den Standarddaten abweichen, erstellt und in 

einem eigenen Block zur Auswahl angeboten. (hier ist eine Ergänzung für 

weitere Projekte sehr leicht durchführbar) 

• Auswahl 0 beendet das Programm ini.m (eine Übernahme der gerechneten 

Werte in das Workspace erfolgt erst nach Beendigung des Programmes ini). 



Bei der Menüauswahl 4 muss der Benutzer alle relevanten Werte, die zur 

Berechnung der Simulationsdaten benötigt werden, eingegeben. 

Auf jeden Fall sind jedoch folgende Werte unabhängig von der entsprechenden 

Menüpunktauswahl einzugeben: 

• der Mast-Ausbreitungswiderstand Rmast 

• der Ausbreitungswiderstand des Fehlerortes Rfehler, sofern dieser vom Wert 

des Mastausbreitungswiderstandes abweichen sollte 

• der durchschnittliche spezifische Bodenwiderstand ρ 

• und bei Bedarf die entsprechenden Werte für die Umspannstationen 

Nach Eingabe der gesamten Werte (wie z.B.: Mastausbreitungswiderstand etc.) 

berechnet Matlab die für die Kettenleitersimulation benötigten Daten und schreibt 

sie in die entsprechenden Variablennamen. Zusätzlich werden alle relevanten 

Werte nach der Berechnung im MATLAB Command Window angezeigt (siehe Bild 

unten)! 

Das Programm springt dann automatisch in den Menüabfragemodus (Geben Sie 

Ihre Wahl ein) und ermöglicht so ein erneute Berechnung mit anderen Werten. 



4.2.2. Programmcode zu ini.m 

%Dies ist ein Programm zur Initialisierung der benötigten Werte 

%für die MATLAB- Kettenleitersimulation für Hochspannungsfreileitungen. 

%Entwickelt und programmiert von 

% 

%Gabbauer Anton & Gredler Peter 

% März. 2000 

% 

%für die Matlab - Version 5.3 (Powertools) 

% 

%Aufzurufen ist das Programm im Matlab Command Window mit dem Befehl: 

% 

%ini 

% 

clc; 

clear; 

answer = 10; 

ausgabe = 0; 

eingabe = 1; % Hilfsparameter für die Dateneingabe der Trafostationen 

fehler = 1; % Hilfsparameter für die Dateneingabe des Fehlerortwiderstandes 

while answer ~= 0 %0 ist die Abbruchbedingung für das Programm 

disp( ' ' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' ******************* M E N U E ************************' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' Berechnung für 110-kV - Standardmast ...................... 1 ' ) 



disp( ' Berechnung manuelle Eingabe der gesamten Leitungsdaten..... 4 ' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' ####### Konfigurationen für Projekt 1 #######' ) 



disp( ' ###############################################' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' Ende der Berechnung ........................ ............ 0 ' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' **************************************************************' ) 

disp( ' ' ) 

disp( ' ' ) 

while ausgabe == 0 

answer = input(' Geben Sie Ihre Wahl ein: '); 

while isempty(answer) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

answer = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

disp( ' ' ); 

disp( ' ' ); 

if answer == 1 

%vorgegebene Werte für 110kV-Standardmasten 

dm = 10.46; 

d1 = 0.0322; 

d2 = 0.0149; 

R1 = 0.051; 

R2 = 0.299; 

l= 0.33; 

Uspannungsebene = 110000; 



ausgabe = 1; % Hilfsparameter für die Berechnung 

% bei ausgabe = 1 wird die Berechnung gestartet 

end % answer ==1 



dm = 15.82; 

d1 = 0.0277; 

d2 = 0.0165; 

R1 = 0.085; 

R2 = 0.276; 

l = 0.33; 



end %answer ==2 



dm = 22.24; 

d1 = 0.036; 

d2 = 0.0218; 

R1 = 0.043; 

R2 = 0.138; 

l = 0.33; 





%Konfigurationswerte für Projekt 1 mit vorgegebenen Werte 


dm = 10.46; 

d1 = 0.0322; 

d2 = 0.019; 

R1 = 0.051; 

R2 = 0.179; 

l = 0.33; 





%Konfigurationswerte für Projekt 1 mit vorgegebenen Werte 


dm = 15.82; 

d1 = 0.0277; 

d2 = 0.021; 

R1 = 0.085; 

R2 = 0.131; 

l = 0.33; 







dm = input( ' Mittlerer Abstand Erdseil-Phasenseil in [ m ]: ' ); 

while isempty(dm) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

dm = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

d1 = input( ' Phasenseil-Durchmesser in [ m ]: ' ); 

while isempty(d1) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

d1 = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

d2 = input( ' Erdseil-Durchmesser in [ m ] : ' ); 

while isempty(d2) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

d2 = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

R1 = input( ' Phasenseil-Widerstand in [ Ohm / km ]: ' ); 

while isempty(R1) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

R1 = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

R2 = input( ' Erdseil-Widerstand in [ Ohm / km ] : ' ); 

while isempty(R2) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

R2 = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

l = input( ' Spannfeldlänge in [ km ] : ' ); 

while isempty(l) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

l = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

Uspannungsebene = input( ' Spannungsebene in [ kV ] : ' ); 

Uspannungsebene = Uspannungsebene * 1000 ; 

while isempty(Uspannungsebene) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Uspannungsebene = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 


end %answer == 4 


ausgabe = 2; 

end % if answer == 0 

if ausgabe == 1 

Rmast = input( ' Mastausbreitungswiderstand [ in Ohm ]: ' ); 

while isempty(Rmast) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Rmast = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 



disp ( ' ' ); 

disp ( ' ' ); 

disp ( ' Wollen Sie einen Fehlerortwiderstand eingeben ? ' ); 

fehler=input(' (Standardeinstellung ist Rmast) JA = 0 / NEIN = beliebige Zahl ]:'); 

% fehler .... Hilfsparameter für die Dateneingabe des Fehlerortwiderstandes 

while isempty(fehler) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

fehler = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

Rfehler = Rmast ; %vorweg Definition des Fehlerortes auf Rmast= Standardeinstellung 

if fehler == 0 

Rfehler = input( ' Fehlerortausbreitungswiderstand [ in Ohm ]: ' ); 

while isempty(Rfehler) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Rfehler = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

end; %if fehler = 0 

disp ( ' ' ); 

disp ( ' ' ); 

ro = input( ' Eingabe des durchschnittlichen spez. Bodenwid.standes in [Ohm-Meter]: 

' ); 

while isempty(ro) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

ro = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

disp ( ' '); 

disp ( ' '); 

disp ( ' Die Standardwerte für die Trafostationen sind ' ); 

disp ( ' Wicklungswiderstand für Trafostation 1 und 2: ......... 0.1 Ohm :' ); 

disp ( ' Betriebserdungswiderstand für Trafostation 1 und 2: ... 0.2 Ohm :' ); 

eingabe = input( ' Wollen Sie eigene Werte eingeben ? [ JA = 0 / NEIN = beliebige 

Zahl ] : ' ); 

% eingabe .... Hilfsparameter für die Dateneingabe der Trafostationen 

while isempty(eingabe) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

eingabe = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

Rtrlinks = 0.1; %Trafoimpedanz der Trafostation 1 (links) Standardeinstellung 

Rtrrechts = 0.1; %Trafoimpedanz der Trafostation 2 (rechts) Standardeinstellung 

Ruwlinks = 0.2; %Betriebserdungswiderstand für Trafostation 1 (links) 

Standardeinstellung 

Ruwrechts = 0.2; %Betriebserdungswiderstand für Trafostation 2 (rechts) 

Standardeinstellung 

if eingabe == 0 %Eingabe der Trafostationsdaten, 

Rtrlinks = input( ' Wicklungsimpedanz der Trafostation 1 [ in Ohm ]: ' ); 

while isempty(Rtrlinks) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Rtrlinks = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

Rtrrechts = input( ' Wicklungsimpedanz der Trafostation 2 [ in Ohm ]: ' ); 

while isempty(Rtrrechts) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Rtrrechts = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

Ruwlinks = input( ' Betrieberdungswiderstand der Trafostation 1 [ in Ohm ]: ' ); 

while isempty(Ruwlinks) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Ruwlinks = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 



end; 

Ruwrechts = input( ' Betrieberdungswiderstand der Trafostation 2 [ in Ohm ]: ' ); 

while isempty(Ruwrechts) == 1, %Abfrage ob Eingabe getätigt wurde, 

Ruwrechts = input (' ' ); %wenn nein..dann erneute Abfrage !! 

end; 

end; % if eingabe = 0 

ausgabe = 0; 

%**********************Berechnung*************************************** 

%ro = durchschnittlicher spezifischer Bodenwiderstand in [Ohm - m ] 

%dm = mittleren Abstandes Erdseil-Phasenseil in [m] 

%d = Durchmesser des Erdseiles in [m] 

%mue = Permeabilität des Seilmaterials 

%R1,R2 = ohmsche Widerstandswerte für das Phasenseil bzw. Erdseil in [Ohm pro Spannfeld] 

%L1,L2 = Längsinduktivität des Phasenseils bzw. Erdseils in [H pro Spannfeld] 

%Lm = Gegeninduktivität Phasenseil/Erdseil in [H pro Spannfeld] 

%Rm = mag. Widerstand der Gegeninduktivität in [Ohm pro Spannfeld] 

mue0 = 1.26e-8; %Permeabilität von Luft in [H / cm] 

mue1 = 1; %Permeabilität des Phasenseil-Leitermaterials in [H / cm] 

mue2 = 1; %Permeabilität des Erdseil-Leitermaterials in [H / cm] 

k = 1/(ro * 1e2); %k=spezifische Leitfähigkeit in [1e-6 Siemens / cm] 

h = 0.0185 / sqrt( mue0 * k * 2 * pi * 50); %mittlere Eindringtiefe in [m] nach 

POLLACZEK 

L1 = 0.2 * ( log(2*h/d1) + 0.25 * mue1 )* 1e-3; %Berechnung der Längsinduktivität des 

%Phasenseils in [H / km] 

%Log ist in MATLAB der natürliche 

%Logarithmus ln 

L2 = 0.2 * ( log(2*h/d2) + 0.25 * mue2 )* 1e-3; %Berechnung der Längsinduktivität des 

%Erdseils in [H / km] 

Lm = 0.2 * log(h/dm) * 1e-3; %Berechnung der Gegeninduktivität 

%Phasenseil/Erdseil in [H / km] 

% Benötigte Werte für die Matlabsimulation 

freq = 50; %Frequenz 

Rm = 1e-5; %mag. Widerstand der Gegeninduktivität in [Ohm pro Spannfeld] 

Lm = Lm*l; %Gegeninduktivität Phasenseil/Erdseil in [H pro Spannfeld] 

L1 = L1*l; %Längsinduktivität des Phasenseils in [H pro Spannfeld] 

L2 = L2*l; %Längsinduktivität des Erdseils in [H pro Spannfeld] 

R1 = R1*l; %Widerstandswerte des Phasenseils in [Ohm pro Spannfeld] 



R2 = R2*l; %Widerstandswerte des Erdseils in [Ohm pro Spannfeld] 

werte = [Rmast R1 R2 Rm L1 L2 Lm]; 

werte2 = [Rfehler Rtrlinks Ruwlinks Rtrrechts Ruwrechts ]; 

werte3 = [ro]; 

disp ( ' ' ); 

disp ( ' Rmast R1 R2 Rm L1 L2 Lm' ) 

disp (werte); 

disp ( ' ' ); 

disp (' ro'); 

disp (werte3); 

disp ( ' ' ); 

disp ( ' Rfehler Rtrlinks Ruwlinks Rtrrechts Ruwrechts ' ); 

disp (werte2); 

end % if ausgabe ==1 

end %while ausgabe == 0 

end %while answer ~= 0 


Diplomarbeit Anhang 

5. Anhang 

5.1. Standardmasten 

5.1.1. 110-kV-Mast 

4,12 

mittlerer Abstand Phasenseil-Erdseil 

0,299 �/km 

d � P1 

E � P2 

E � P3 

E = 10,46 m 


3 

Masterdung 

5m 

0,6 m 

10 m 

8m 

1m


5.1.2. 220-kV-Mast 


0,276 �/km 

Masterdung 


3 

6m 

0,6 m 

15 m 

10 m 

d � P1 

E � P2 

E � P3 

E = 15,82 m 

1m


5.1.3. 380-kV-Mast 

0,138 �/km 

Masterdung 



3 

8m 

0,6 m 

15 m 

10 m 

d � P1 

E � P2 

E � P3 

E = 10,46 m 

1m


5.2. Kenngrößen typischer Leiterseile 



5.3. ÖVE EH-41/1987 Erdungen in Wechselstromanlagen 

mit Nennspannungen über 1 kV 

I C 

5.3.1. Tabelle 12-1 

1 2 3 4 5 6 7 

1 

Erdungssammel 

2 Erder Erdungsleitung leitung 

3 - 2 ) IC Ik" EE 

3 

r x IC ) 

4 

5 

- 

IESp oder IRest 

IRest 

Ik"EE 

3 

r x IRest ) 

6 

7 

8 

mit 

Erdschlussspulen 

ohne 


Ik"1pol Ik"1pol 

IESp oder IRest 

IRest 

Ik"1pol 

Ik" EE 

w1 x IE 

3 

r x IRest ) 

9 

10 

UN < 110kV 

UN > 110kV 

Ik"1pol 

Ik"1pol 

w1 x IE 

w2 x IE 

2 ) 

- 2 Maßgebend für thermische Belastung 

Netze mit Erdschlusskompensation 

und 

vorübergehend 

niederohmiger 

Sternpunkterdung 

bis zu 10 

s 

in den Anlagen, in denen 

vorübergehend geerdet 

wird 

in allen 

übrigen 

Anlagen 

) 

Netze mit 

niederohmiger 


Ik"1pol 

1 ) 

Maßgebend für Erdungsund 

Berührungsspannung 

Netze mit isoliertem Sternpunkt 

Netze mit Erdschlusskompensation 

in den Anlagen mit 


in den Anlagen ohne 


r × 

3 ) 

2 

2 

I ESp + I Re st 

r × 

3 ) 

2 

2 

I ESp + I Re st 

IREST 

kapazitiver Erdschlussstrom 

Erdschlussreststrom (wenn der genaue Wert nicht bekannt ist, darf mit 0.1x IC gerechnet werden ) 

IESp Summe der Nennströme der parallelgeschalteten Erdschlussspulen in der betrachteten Anlage 

Ik"EE Doppelerdschlussstrom (für Ik"EE darf 85% des dreipoligen Anfangskurzschlusswechselstromes eingesetzt 

werden)4) 

Ik" 1pol Anfangskurzschlusswechselstrom bei einpoligem Erdkurzschluss 4 ) 

IE Erdungsstrom 5 ) 

w1 Erwartungsfaktor (1, falls nicht ein niedrigerer Wert nachgewiesen wird) 

w2 Erwartungsfaktor (0.7, falls nicht ein niedrigerer Wert nachgewiesen wird) 

r Reduktionsfaktor nach § 9.5 

Wenn die in die Anlage eingeführten Leitungen unterschiedliche Reduktionsfaktoren haben, so ist der maßgebende 

Strom gemäß Anhang 2, § 128, zu bestimmen. 

1 ) Die Mindestquerschnitte nach § 13.2 bzw. § 14.2 sind zu beachten 

2 ) Mindestquerschnitte nach § 13.2 

3 ) An Stelle dieser Ströme ist der Doppelerdschlussstrom maßgebend, wenn keine Schutzeinrichtungen zu dessen selbsttätiger Abschaltung vorhanden sind 

4 ) Hinsichtlich der Berechnung wird verwiesen auf VDE 0102, Teil 1/11.71, § 7 

5 ) Hinsichtlich der Berechnung wird verwiesen auf VDE 0102, Teil 1/11.71, § 8 

Tab. 12-1. Maßgebende Ströme für die Bemessung von Erdungsanlagen 

(ausgenommen Freileitungsmaste) 



5.3.2. Tabelle 15-1 

Tab. 15-1. Anforderungen im Hinblick auf Spannungen an der Erdungsanlage 

1 2 3 4 5 6 

1 

2 

Erdungsspannung 

Zulässige Berührungsspannung bzw. erforderliche 

Ersatzmaßnahmen nach § 15.2 und § 15.3 

außerhalb abge- innerhalb abgeschlossener elektrischer 

schlossenerelektri- Betriebsstätten 

3 scher Betriebsstätten Innenraumanlagen Freiluftanlagen 

4 Netze aller Art 

< 125 keine keine keine 

5 Netze mit 

> 125...250 

UB < 65 V oder § 15.3(1) 

oder §15.2.1 bzw. 

oder §15.2.4 

6 

isoliertem Sternpunkt oder 

mit Erdschlusskompensation 

> 250 

§15.2.2 

UB < 65 V oder 

§15.3(1) 

oder §15.2.3 

UB < 65 V 

oder §15.2.4(2) 

UB nach Abb. 18-1 oder § 15.3(3) 

Netze mit Erd- in den 

7 

schlusskompensation 

und 

vorübergehend 

Anlagen, in 

denen vorübergehend 

> 125...250 

§ 15.2.1 oder § 15.2.2 oder § 15.2.3 

§ 15.2.4(1) oder 

§15.2.4(2) 

niederohmiger geerdet wird 

8 Sternpunkterdung 

> 250 wie bei Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung (Zeile 10) 

9 

bis zu 10 s 

in allen übrigen 

Anlagen 

wie bei Netzen mit Erdschlusskompensation (Zeilen 

5 und 6) 

UB nach Abb. 18-1 oder § 15.3(2) 

10 

Netze mit niederohmiger 


< 125 

oder Schnellausschaltung 

und § 



15.2.1 bzw. § 15.2.2 und § 15.2.3 und § 15.2.4 

Bei Vorliegen der Voraussetzungen nach § 15.3 gelten die zulässigen Berührungsspannungen als eingehalten; die 

Erdungsspannung braucht nicht festgestellt zu werden. 



1 

5.3.3. Tabelle 23-1 

1 2 3 4 

Hochspannungs- 

netz 

isolierter Sternpunkt 

2 oder 

Erdschlusskompensation 

3 niederohmige 


4 

Tab. 23-1. Bedingungen, unter denen ohne Nachweis der Berührungsspannung der Zusammenschluss von 

Erdungsanlagen bzw. der Anschluss an eine gemeinsame Erdungsanlage zulässig ist 

Art der Sternpunktbehandlung Die betrachtete Hochspannungsanlage liegt 

isolierter Sternpunkt 

oder 


5 niederohmige 



und vorübergehend 

6 

niederohmige Sternpunkterdung 

Niederspannungsnetz 

1 ) 

TN-Netz 

(PEN-Leiter) 

TT-Netz 

(N-Leiter) 

in Gebieten mit 

geschlossener Bebauung 3 ) 

und Industrie 

Zusammenschluss ohne 

Bedingung möglich 2 ) 

in sonstigen 

Gebieten 

UE < 65 V 4 ) oder § 15.3 (3.1) 

oder § 15.3 (3.2) 

UE < Werte gemäß Abb. 18-1 oder 

§ 15.3 (3.2) 

UE < 125 V oder § 15.3 (3.1) 

oder § 15.3 (3.2) 

UE < 1200 V oder § 15.3 (3.2) 

Für Anlagen, in denen der Sternpunkt vorübergehend geerdet wird, gelten die bei Netzen 

mit niederohmiger Sternpukterdung gemachten Angaben oder es muss § 15.3 (3) erfüllt 

sein. Für die übrigen Anlagen, in denen kein Sternpunkt geerdet wird, gelten die Angaben 

wie bei Netzen mit isoliertem Sternpunkt oder Erdschlusskompensation. 

1 ) 

2 ) 

In Industrieanlagen mit einem IT-Niederspannungsnetz sind,unabhängig von der Sternpunktbehandlung im Hochspannungsnetz, Hochspannungserdung und Niederspannungsschutzerdung 

zusammenzuschließen. 

Unter dieser Voraussetzung ist eine einwandfreie Trennung der Erdungen ohnehin nicht möglich. 

3 ) 

Gebiete mit geschlossener Bebauung sind Gebiete, in denen durch die Dichte der Bebauung (Fundamenterder) oder durch Versorgunseinrichtungen mit Erderwirkung die Gesamtheit der 

vorhandenen Erder wie ein Maschenerder wirkt. 

4 ) Dabei wird vorausgesetzt, dass zusätzliche Betriebserdungen im Niederspannungsnetz die Erdungsspannung in den Abnehmeranlagen auf Werte < 50 V reduzieren. 

5.3.4. Abbildung 18-1 

UB in [V] 

1000 

100 

10 

0.01 0.1 1 10 

tF in [s] 

Abb. 18-1. Berührungsspannung UB in Abhängigkeit von der Dauer 

des Fehlerstromes tF Gabbauer Anton Seite 93


5.4. Änderungen betreffend ÖVE/ÖNORM E 8383 

Entsprechend den Wünschen bei CENELEC enthält das Harmonisierungsdokument 

auch Regelungen über die Erdungen von Starkstromanlagen. 

Die Norm ÖVE/ÖNORM E 8383 ersetzt sowohl die Normen ÖVE EH 1/1982 

(„Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“) sowie 

ÖVE EH 41/1987 („Erdungen in Wechselstromanlagen mit Nennspannungen über 

1 kV“). 

2.7.10.2 Ausbreitungswiderstand RE 

Wirkwiderstand der Erde zwischen dem Erder und der Bezugserde. 

(Anmerkung: RE bisher RA genannt) 

2.7.13.4 Leerlaufspannung des Berührungsstromkreises UST (max. mögliche 

Berührungsspannung) 

Spannung, die bei einem Erdfehler zwischen leitfähigen Teilen und Erde auftritt, 

während diese Teile noch nicht berührt werden (Quellspannung). 

USS Leerlaufschrittspannung 

UTST Verschleppte Leerlaufberührungsspannung, wenn der Mantel am 

entfernten Ende nicht geerdet ist. 

UTSTE Verschleppte Leerlaufberührungsspannung, wenn der Mantel am 

entfernten Ende ebenfalls geerdet ist. 

Die Leerlaufberührungsspannung 

UST: ist jener Teil von UE (UF), der 

von einem Menschen überbrückt 

werden kann (waagrechter 

Abstand 1m vom berührbaren 

Teil). Sie teilt sich im Falle einer 

Berührung (Stromfluss über den 

Körper) in die Berührungsspannung 

UT und den 

Spannungsabfall an Ra auf. 

(Anmerkung: UST entspricht der 

bisher verwendeten „prospektiven 

Berührungsspannung“ UPT) 

Z ..Körperimpedanz 

B 

I ..Körperstrom 

B 

R a..zusätzlicher 

Widerstand 

(R = R +R ) 

a a1 a2 

R ..z.B.: Widerstand der Schuhe 

a1 

R .. Ausbreitungswiderstand des Standortes 

a2 

Als UTp wird die maximal (Indizes p) zulässige Berührungsspannung UT bezeichnet, 

als USTp die maximal zulässige Leerlaufberührungsspannung. 

Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden sämtliche 

Projekte hinsichtlich der „prospektiven Berührungsspannung“ (UPT) und damit der 

in ÖVE/ÖNORM E 8383 angeführten Leerlaufberührungsspannung UST bewertet. 


I B 

I B 

Z B 

R a 

U T 

U ST


2.7.14.5 Globales Erdungssystem 

Ein durch die Verbindung von örtlichen Erdungsanlagen hergestelltes 

Erdungssystem, das sicherstellt, dass durch den geringen gegenseitigen Abstand 

dieser Erdungsanlagen keine gefährlichen Berührungsspannungen auftreten. 

Solch ein System bildet eine Quasiäquipotentialfläche. 

9.2 Bemessung von Erdungsanlagen bei Betriebsfrequenz 

9.2.1 Allgemeines 

Die Höhe des Fehlerstromes ist abhängig von der Art der Sternpunktbehandlung 

des Hochspannungsnetzes. Die hierfür maßgebende Tabelle 5 entspricht der 

Tab.12-1 in ÖVE EH41 bis auf folgende Änderung: Der Erwartungsfaktor w 

wurde aus der Tabelle entfernt. Eine direkte Äquivalenz zwischen den beiden 

Tabellen erreicht man durch Gleichsetzen des Faktors w auf 1 (worst case). 

Unter 4) in Tabelle 5 ist vermerkt: Sind mehrere Stromflusswege möglich, darf die 

sich ergebende Stromverteilung für die Auslegung des Erdernetzes berücksichtigt 

werden (Vergleich ÖVE EH41 §12.3). 

Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden der 

Erwartungsfaktor w generell auf 1 gesetzt. 

Ad. Reduktionsfaktor r: 

In ÖVE/ÖNORM E 8383-Anhang N werden Möglichkeiten zur Bestimmung der 

Erdungsspannung UE und des Erdungsstromes IE (Berechnung oder Messung) 

rein informativ aufgezeigt. Unter Anhang J werden typische Werte für 

Reduktionsfaktoren für Freileitungen und Kabeln angeführt. 

Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurde die tatsächliche 

Stromaufteilung (Höhe der auftretenden Betriebs- und Fehlerströme) zur 

Bewertung herangezogen. Aus diesem Grund waren Kenntnisse über typische 

Reduktionsfaktorwerte nicht notwendig. 

9.2.4 Bemessung im Hinblick auf Berührungs- und Schrittspannungen 

9.2.4.1 Zulässige Werte 

In der Praxis erfolgt die Bemessung an Hand der in ÖVE/ÖNORM E 8383 Bild 9.1 

angegebenen Grenzwerte für Berührungsspannungen UTp in Abhängigkeit von der 

Stromflussdauer. 

Um eine Abschätzung über die maximal zulässigen Leerlaufberührungsspannung 

USTp durchführen zu können, werden in der ÖVE/ÖNORM E 8383 Anhang C 

Rechenverfahren zur Berücksichtigung zusätzlicher Widerstände (z.B.: Schuhwerk, 

Standortwiderstand,..) angegeben. 



Jeder Erdschluss wird automatisch oder von Hand abgeschaltet, wodurch keine 

zeitlich unbegrenzten Berührungsspannungen als Folge von Erdfehlern auftreten 

können. Für die zu berücksichtigende Fehlerstromdauer ist vom ordnungsgemäßen 

Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter auszugehen. 

Für Schrittspannungen ist es nicht erforderlich, zulässige Werte zu definieren, da 

diese um einiges größer als die zulässigen Berührungsspannungen sind. 

Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden sämtliche 

Projekte hinsichtlich der „prospektiven Berührungsspannung“ (UPT) und damit der 

in ÖVE/ÖNORM E 8383 angeführten Leerlaufberührungsspannung UST bewertet. 

Die Abbildung 18-1. von ÖVE EH41 weicht geringfügig von ÖVE/ÖNORM E 8383 

Bild 9.1 (Grenzwerte für Berührungsspannungen UTp in Abhängigkeit von der 

Stromflussdauer) ab. 

9.2.4.2 Maßnahmen zur Einhaltung der zulässigen Berührungsspannungen 

In der neuen Norm ÖVE/ÖNORM E 8383 sind für den Fall, dass die betreffende 

Anlage entweder 

a.) Teil eines globalen Erdungssystems ist oder 

b.) die Erdungsspannung den zweifachen Wert der maximal zulässigen 

Berührungsspannung (UE ≤ 2 . UTp) nicht überschreitet, 

keine zusätzlichen Maßnahmen notwendig. 

Anderenfalls sind Maßnahmen M (Anhang D) in Abhängigkeit von der 

Fehlerstromdauer und der Höhe der Erdungsspannung: 

a.) für UE ≤ 4 . UTp 

b.) für UE ≥ 4 . UTp 

Standortisolierung, Potentialsteuerung,.. 

Genaue Bestimmung der örtlichen UT (Messung oder 

Berechnung) und Überprüfung UT ≤ UTp. 

Potentialverschleppungen müssen immer zusätzlich überprüft werden. 

Anmerkung: In ÖVE EH41 Tab. 15-1. werden für die Bewertung fixe Grenzwerte 

für UE als Hauptbewertungskriterium und als Unterbewertungskriterium die örtlich 

auftretende Berührungsspannung herangezogen. In ÖVE/ÖNORM E 8383 

Anhang D werden variable Grenzwerte (maximal zulässige Berührungsspannung 

UTp in Abhängigkeit der Fehlerdauer) als Hauptbewertungskriterium herangezogen. 

Die neue Betrachtung vereinfacht die Bewertung dahingehend, dass bei schnellen 

Abschaltzeiten eine Kenntnis der lokalen Berührungsspannungen wegfallen kann. 

9.4 Gemeinsame Erdungsanlagen für Hoch- und Niederspannungsnetze 

Die Anforderungen für den Zusammenschluss von HS- mit NS-Erdungsanlagen 

sind in ÖVE/ÖNORM E 8383 unter Tabelle 6 aufgelistet. Diese Tabelle entspricht 

im wesentlichen Tabelle 23-1. aus ÖVE EH41 wobei die Art der Beeinflussung der 

NS-Anlage durch UE explizit angeführt ist. 

Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurde dies bereits in 

Kapitel 2.5 „Zusammenschluss von HS- und NS-Erdung 

(in Anlehnung an ÖVE EH41-§23)“ berücksichtigt. 


Diplomarbeit Verzeichnisse 

6. Verzeichnisse 

6.1. Literaturverzeichnis 

[1] .... „Erdung und Schutzmaßnahmen in Elektrischen Anlagen“ 

Dipl. – Ing. Dr. techn. Ernst Schmautzer 

Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz 1997/98 

[2] .... „Elektrische Anlagentechnik (Kraftwerke, Netze, Schaltanlagen, 

Schutzeinrichtungen)“ 

Wilfried Knies/Klaus Schierack 

Carl Hanser Verlag München Wien 1991 

[3] .... „ÖVE EH41; ÖVE EN-1; ÖVE B1; ÖVE/ON E8001-1“ 

Normen nach ÖVE 

[4] .... „Erdungen in Wechselstromanlagen über 1 kV“ 

Walther Koch, 3 Auflage 

Springer Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg 1961 

[5] .... „Niederfrequente Beeinflussung technischer Systeme durch Elektrische 

Anlagen“ Vorlesungsunterlagen 

Dipl. – Ing. Dr. techn. Ernst Schmautzer 

Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz 

[6] .... „ÖVE/ÖNORM E 8383“ Norm nach ÖVE 

[7] .... „Einführung in die Elektrische Anlagentechnik“ 

Vorlesungsunterlagen 

O.Univ. – Prof. Dipl. – Ing. Dr. techn. Richard Muckenhuber 

Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz 

[8] .... „Analyse technischer Maßnahmen in ausgedehnten Erdungsanlagen 

zur Reduktion von Berührungs- und Schrittspannungen unter 

Berücksichtigung genullter Niederspannungsnetze.“ 

Diplomarbeit - Gredler Peter 

Institut für Elektrische Anlagentechnik und Hochspannungstechnik 

TU – Graz 2001 



6.2. Abbildungsverzeichnis 

Abbildung 1: Erläuterung des Begriffes „spezifischer Erdwiderstand“ .....................................................2 

Abbildung 2: Stromausbreitung bei einem (idealen) Halbkugelerder.......................................................4 

Abbildung 3: Spannungstrichter eines Halbkugelerders ..........................................................................5 

Abbildung 4: Prospektive Berührungsspannung UPT, Erdungsspannung UE, Schrittspannung US .........9 

Abbildung 5: Schutz gegen gefährliche Körperströme.......................................................................... 11 

Abbildung 6: Fehlerstromkreis bei sattem Körperschluss (Fehlerübergangswiderstand ZÜF≈0) 

im IT-System mit Ersatzschaltung.................................................................................. 12 


im TT-System mit Ersatzschaltung................................................................................. 13 


im TN-C-System mit Ersatzschaltung ............................................................................ 15 

Abbildung 9: Fehlerspannungsverteilung bei sattem Körperschluss 

ohne zusätzliche PEN-Erdung (aus [2] Seite 371)........................................................ 16 

Abbildung 10: Fehlerspannungsverteilung b. sattem Körperschluss 

mit zusätzlicher PEN-Erdung und RA = RB (aus [2] Seite 372)....................................... 16 

Abbildung 11: Fehlerspannung bei sattem Körperschluss und PEN-Leiter-Unterbrechung................. 18 

Abbildung 12: Ausgangssituation; HS-niederohmig; NS-TT-System.................................................... 22 

Abbildung 13: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TT-System................................................................. 23 

Abbildung 14: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TT-System................................................................. 25 

Abbildung 15: Ausgangssituation; HS-niederohmig; NS-TN-System.................................................... 26 

Abbildung 16: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TN-System ................................................................ 27 

Abbildung 17: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TN-System ................................................................ 28 

Abbildung 18: Ausgangssituation; HS-isoliert; NS-TT-System ............................................................. 29 

Abbildung 19: Variante-1; HS-isoliert; NS-TT-System .......................................................................... 30 

Abbildung 20: Variante-2; HS-isoliert; NS-TT-System .......................................................................... 31 

Abbildung 21: Ausgangssituation; HS-isoliert; NS-TN-System ............................................................. 32 

Abbildung 22: Variante-1; HS-isoliert; NS-TN-System.......................................................................... 33 

Abbildung 23: Variante-2; HS-isoliert; NS-TN-System.......................................................................... 34 

Abbildung 24: Ersatzschaltbild eines Leitungsabschnittes.................................................................... 35 

Abbildung 25: Ströme, Spannungen und Widerstände bei Erdschluss 

an einem Mast (aus ÖVE EH41 Abb. 5-1) ..................................................................... 37 

Abbildung 26: Adaptierte Ersatzschaltung von Abbildung 25 ............................................................... 38 

Abbildung 27: Nachbildung der Messanordnung .................................................................................. 39 

Abbildung 28: Ersatzschaltung eines Messkettenleiterabschnittes....................................................... 39 

Abbildung 29: Veranschaulichung der Ersatzimpedanznachbildung für Messkettenleiter ................... 40 

Abbildung 30: ZKetteMess .......................................................................................................................... 41 

Abbildung 31: Nachbildung des realen Fehlerfalls................................................................................ 47 

Abbildung 32: Ersatzschaltung eines Kettenleiterabschnittes............................................................... 48 

Abbildung 33: Veranschaulichung der Kettenleiterersatznachbildung im Fehlerfall (Bild a)................. 48 

Abbildung 34: Veranschaulichung der Kettenleiterersatznachbildung im Fehlerfall (Bild b)................. 49 

Abbildung 35: Zweiseitig gespeister Fehlerort ...................................................................................... 50 

Abbildung 36: Schematische Darstellung der Nullpunktverschiebung bei Variation von RUW .............. 59 

Abbildung 37: Stromverlaufskizze bei zweiseitiger Speisung des Fehlerortes ..................................... 62 

Abbildung 38: Beispiel einer fehlerbehafteten Freileitung (zweiseitig gespeister Fehlerort) ................ 66 

Abbildung 39: Kettenimpedanzdiagramm aus [7] für eine Freileitung zum Fehlerort ........................... 67 

Abbildung 40: Modul messmastenlinks ................................................................................................. 69 

Abbildung 41: Submodul des Messortmoduls....................................................................................... 70 

Abbildung 42: Submodul Mastmodul-Mast Nr.0.................................................................................... 70 

Abbildung 43: Modul messmastenrechts .............................................................................................. 71 

Abbildung 44: Modul messmastenrechts .............................................................................................. 71 

Abbildung 45: Modul messmastenmodul .............................................................................................. 72 

Abbildung 46: Modul klfehlerlinks.......................................................................................................... 73 

Abbildung 47: Submodul des Fehlerortmoduls ..................................................................................... 74 

Abbildung 48: Modul klfehlerrechts ....................................................................................................... 74 

Abbildung 49: Modul klfehlermitte ......................................................................................................... 75 

Abbildung 50: Modul klmastenmodul .................................................................................................... 75 

Abbildung 51: Modul effektivwert .......................................................................................................... 76 



6.3. Diagrammverzeichnis 

Diagramm 1: ZKetteMess = f(Rmast)............................................................................................................. 42 

Diagramm 2: ZKetteMess = f(RUW) .............................................................................................................. 43 

Diagramm 3: ZKetteMess = f(R2)................................................................................................................. 44 

Diagramm 4: ZKetteMess = f(L2 bzw. µ2)..................................................................................................... 45 

Diagramm 5: ZKetteMess = f(ρ)................................................................................................................... 46 

Diagramm 6: ZKette = f(Rmast) für eine Freileitung ................................................................................... 52 

Diagramm 7: ZKette = f(Rmast = Zfehler) für eine Freileitung........................................................................ 53 

Diagramm 8: ZKette = f(Zfehler) bei Rmast = 1 Ω für eine Freileitung........................................................... 54 

Diagramm 9: ZKette = f(Zfehler) bei Rmast = 10 Ω für eine Freileitung......................................................... 54 

Diagramm 10: ZKette = f(Zfehler) bei Rmast = 30 Ω für eine Freileitung....................................................... 55 

Diagramm 11: ZKette = f(Zfehler) bei Rmast = 50 Ω für eine Freileitung....................................................... 55 

Diagramm 12: ZKette = f(R2) für eine Freileitung ..................................................................................... 56 

Diagramm 13: ZKette = f(L2 bzw. µ2) für eine Freileitung ......................................................................... 56 

Diagramm 14: ZKette = f(ρ) für eine Freileitung ....................................................................................... 57 

Diagramm 15: ZKette = f(RUW) für eine Freileitung................................................................................... 58 

Diagramm 16: Stromverlauf bei Variation von RUW bei einseitiger Speisung des Fehlerortes ............ 60 

Diagramm 17: Stromverlauf bei Variation von RUwrechts bei zweiseitiger Speisung des Fehlerortes ... 61 

Diagramm 18: Kettenwiderstand bei Freileitung Nr. 1 = 5 Masten 

unter Variation der Mastanzahl von Freileitung Nr. 2 und Zfehler..................................... 63 











Diagramm 24: Vergleich der gerechneten Werte mit den Werten aus Abbildung 39 .......................... 68 



6.4. Tabellenverzeichnis 

Tabelle 1 : Spezifischer Widerstand ρE verschiedener Bodenarten bzw. Medien im Vergleich 

zu den spezifischen Widerständen gebräuchlicher Leiterwerkstoffe und Wasser .................3 

Tabelle 2: Formeln zur Berechnung des Ausbreitungswiderstandes RA von Erdern...............................8 

Tabelle 3: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TT-System ....................................................................... 24 

Tabelle 4: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TT-System ....................................................................... 25 

Tabelle 5: Variante-1; HS-niederohmig; NS-TN-System....................................................................... 27 

Tabelle 6: Variante-2; HS-niederohmig; NS-TN-System....................................................................... 28 

Tabelle 7: Variante-1; HS-isoliert; NS-TT-System................................................................................. 30 

Tabelle 8: Variante-2; HS-isoliert; NS-TT-System................................................................................. 31 

Tabelle 9: Variante-1; HS-isoliert; NS-TN-System ................................................................................ 33 

Tabelle 10: Variante-2; HS-isoliert; NS-TN-System .............................................................................. 34 

Tabelle 11: Parameterbeschreibung ..................................................................................................... 36 

Tabelle 12: Ausgangsparameter der Messkettenimpedanzberechnung............................................... 41 

Tabelle 13: Ausgangsparameter der Kettenimpedanzberechnung....................................................... 51

Ein Beitrag zur rechnerischen Bestimmung von ...

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