Korrosion von Erdungsanlagen

Korrosion

| VDE|ABB
12.02.2018 Publikation 688 0

Korrosion von Blitzschutzsystemen

Wie entsteht Korrosion an Blitzschutzsystemen? Wie kann der Korrosion entgegengewirkt werden? Welche Werkstoff-Kombinationen werden empfohlen? Was muss beachtet werden bei Schwarzer / Weißer Wanne und ähnlichen gegen Wasser oder Kälte isolierenden Maßnahmen?

VDE-Information Blitzschutz 4.3

Wenn von Korrosion die Rede ist, geht es in meist um die elektrochemische Korrosion. Diese kann dann auftreten, wenn zwei Elektroden in einem wässrigen Medium, einem sogenannten Elektrolyten, vorhanden sind. Bei Metallen mit großer Potentialdifferenz in der elektrochemischen Spannungsreihe wird dann das unedlere Metall (Anode) abgetragen.

Korrosion wird verhindert oder zumindest deutlich verringert, wenn mindestens eine Elektrode eine wasserundurchlässige Deckschicht bildet, wie sie zum Beispiel bei Blei und hochlegiertem Edelstahl bekannt ist.

Werkstoff-Kombinationen

Bei der Errichtung von Fangeinrichtungen und Ableitungen können unterschiedliche Werkstoffe genutzt werden - im Blitzschutzsystem selbst als auch bei dessen Verbindung mit Konstruktionsteilen. Es muss geprüft werden, ob bei den verwendeten Werkstoff-Kombinationen Korrosionsgefahr vorliegt und somit zusätzliche Maßnahmen notwendig sind.

Unter der Voraussetzung, dass keine besonderen aggressiven Umwelteinflüsse zu berücksichtigen sind, haben sich in der Praxis die in Tabelle 1 genannten Werkstoff-Kombinationen bewährt.

Tabelle 1: Korrosionsgefahr bei Werkstoff-Kombinationen

Stahl feuerverzinktAluminiumlegierung, AluminiumKupferNiroTitanZinn
Stahl feuerverzinkt  +  +  -  +  +  +
Aluminiumlegierung, Aluminium  +  +  -  +  +  +
Kupfer  -  -  +  +  -  +
Niro  +  +  +  +  +  +
Titan  +  +  -  +  +  +
Zinn  +  +  +  +  +  +

 

+ Korrosionsgefahr gering
+ Korrosionsgefahr hoch

Korrosion an Erdungsanlagen

Werkstoff / Verlegung 
Kupferscheidet wegen der "Aggressivität" gegenüber anderen unedleren Metallen in der Regel als Erder aus. Ausnahmen sind Erdungsanlagen in geschlossenen Gebieten z. B. Kraftwerken und Umspannstationen.
Aluminiumdarf nicht als Erderwerkstoff verwendet werden!
Feuerverzinkter Stahl in Betonist bei einer Betonumhüllung ≥ 5 cm als Fundamenterder geeignet (siehe auch DIN 18041:2014-03), wenn der folgende Abschnitt beachtet wird.
Feuerverzinkter Stahl in Erdreich

In den letzten Jahren wird häufiger festgestellt, dass in modernen Baugebieten mit stark eisenarmierter Bauweise Korrosionsschäden an verzinkten Erdern im Erdreich aufgetreten sind. Ursache ist das Verbinden* von verzinkten Erdern, die im Erdboden verlegt sind, mit einem Fundamenterder, der elektrischen Kontakt hat mit der Eisenarmierung im Fundament.

 

Deshalb gilt: Bei Bodenplatten mit Eisenarmierung ist ein verzinkter Erder im Erdreich nicht zulässig! Im Erdreich muss ein höherwertiger Erderwerkstoff, zum Beispiel hochlegierter Edelstahl mit mindestens 2 % Molybdängehalt (z.B. Werkstoff Nr. 1.4571), zum Einsatz kommen. Dieser Edelstahl bildet bei einem Mindestangebot an Luft eine ausreichende Deckschicht und ist dadurch weitgehend neutral zu anderen - edleren oder unedleren - Werkstoffen.

*Erklärung: Durch die Notwendigkeit des Potentialausgleichs wird auch die Armierung miteinander verbunden. Bei Vorhandensein eines verzinkten Erders in der Armierung und eines verzinkten Erders im Erdreich liegen zwei werkstoffgleiche Elektroden in zwei unterschiedlichen Elektrolyten vor. Durch einen Polarisationsvorgang (Verschiebung des Normpotentials) der Elektrode in dem Elektrolyten mit der höheren Metallionen-Konzentration zu positiveren Werten entsteht eine Potenzialdifferenz. Das Eisen im Beton nimmt ein Potential ähnlich wie Kupfer an. Die Elektrode mit dem negativeren Potential, das verzinkte Eisen im Erdreich, wird durch Korrosion zerstört.

Bauliche Anlagen mit erhöhtem Erdübergangswiderstand

Bei den meisten Fundamenten oder Kellergeschossen werden heute zur Energieeinsparung oder zur Vermeidung von eindringendem Wasser eine Isolierung durchgeführt oder spezielle Betonsorten verwendet. Typische Bezeichnungen für derartige Bauweisen sind Schwarze Wanne (Bitumenabdichtung), Weißer Wanne (Ausführungen mit wasserundurchlässigem (WU-) Beton) oder Perimeter Dämmung. Elektrisch gesehen erhöht sich dabei der Erdübergangswiderstand zwischen dem innenliegenden Fundamenterder und dem umgebenden Erdreich.
In diesen Fällen ist zur elektrischen Erdung in der Sauberkeitsschicht unterhalb der Fundamentplatte ein Maschenerder mit einer Maschenweite kleiner 10 m x 10 m und gegebenenfalls ein Ringerder zu errichten (siehe DIN 18014:2014-03 und VDE 0185-305-3:2011-10, Abschn. E.5.4.3.2). Als Werkstoff für den Maschenerder ist z.B. hochlegierter Edelstahl, Werkstoff Nr. 1.4571 geeignet. Feuerverzinktes Material ist nicht zulässig.

Ein besonderes Augenmerk muss auf die Anschlussfahnen des Fundamenterders gelegt werden. Die kritische Stelle ist direkt am Austritt in den Erdboden. Hier besteht lokal Korrosionsgefahr durch ein erhöhtes Angebot von Wasser und Sauerstoff.
In der Praxis haben sich Anschlussfahnen z. B. aus hochlegiertem Edelstahl und Erdkabel 1 x 50 mm² bewährt. In der modernen Schalungsbauweise sind Erdungsfestpunkte optimal, die mit der Schalung vor dem Betonieren in die Armierung eingebracht werden.

Tabelle 2: Werkstoff-Kombinationen

Werkstoff-Kombinationen von Erdungsanlagen bei Flächenverhältnissen AK > 100 AA (Quelle: VDE 0151:1986-06)

kleine Flächegroße Fläche    
WerkstoffStahl verzinktStahlStahl in BetonStahl verzinkt in BetonKupfer, Edelstahl
Stahl verzinkt++ *)-+ *)-
Stahl++-+-
Stahl in Beton+++++
Stahl mit CU-Mantel+++++
Kupfer, Edelstahl+++++

+ zusammenschließbar
+ *) zusammenschließbar, mit Zinkabtrag
- nicht zusammenschließbar

Bitte beachten

Leitfaden-Blitz-und-uebersp

Diese VDE-Information ist Teil der Merkblattsammlung "Der Blitzschutz in der Praxis - Empfehlungen für Blitzschutz-Fachkräfte und -Anwender". Diese Informationen wurden vom Ausschuss für Blitzschutz und Blitzforschung des VDE (ABB) erarbeitet. Eine gedruckte Fassung wird Mitte 2018 verfügbar sein.

Die Blitzschutznormen (u. a. DIN EN 62305) werden erarbeitet vom Komitee K 251 Blitzschutzanlagen der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE. Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum, die beim VDE-Verlag oder Beuth-Verlag erhältlich sind.

Diese VDE-Information wurde unter der Lizenz CC BY 3.0 DE veröffentlicht.

Der Blitzschutz in der Praxis

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