Ermittlung des spezifischen Erdwiderstandes

Ermittlung des spezifischen Erdwiderstandes
von Reinhard Schulz Projektmanager
Elektrische Anlagen und auch Bauwerke müssen gegen interne und externe elektrische Fehler geschützt werden, die zum Beispiel eine Gefahr für Lebewesen oder eine mögliche Ursache für das Versagen technischer Einrichtungen darstellen können. Ein ordnungsgemäß installiertes Erdungssystem (Erdung) kann diese Gefahr verringern. Es dient unter anderem dem Schutz von Lebewesen, Blitzschutz von Anlagen und Gebäuden wie auch der Limitierung elektromagnetischer Störungen.

Um sicherzustellen, dass ein Erdungssystem ordnungsgemäß wirkt, muss zunächst der spezifische Erdwiderstand ermittelt werden, bevor die Erdung eines Bauwerks geplant und errichtet werden kann. Zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes von Baugrundschichten wird die klassische (Gleichstrom-)Geoelektrik verwendet.

Bei gleichstromgeoelektrischen Messungen wird ein Strom bekannter Stromstärke I über zwei Stromelektroden A und B in den Untergrund eingespeist. Dabei bildet sich ein Potentialfeld aus, das von der Struktur und dem Aufbau des Untergrunds abhängt. Über zwei Spannungssonden M und N wird die Spannung U gemessen. Dies bezeichnet man als Vier-Elektroden-Anordnung (siehe "Wenner-Anordnung").

Als das beste Verfahren zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstandes ist die sogenannte „Wenner-Anordnung“ anerkannt. In dieser Anordnung sind alle vier Elektroden auf einer Linie angebracht. Sie haben den gleichen Elektrodenabstand a voneinander (siehe "Wenner-Anordnung"). Die Gesamtauslagenlänge L der Anordnung beträgt 3a.

Ermittlung des spezifischen Erdwiderstandes Wenner-Anordnung

Bei der Ermittlung des spezifischen Erdwiderstands wird der Elektrodenabstand a sukzessive bei festgehaltenem Nullpunkt vergrößert. Je größer der Abstand zwischen den Einspeiseelektroden (A und B) ist, desto tiefer dringt der Strom in den Untergrund ein. So besteht die Möglichkeit, auch über größere Distanzen zu messen und das gesamte Volumen der Bodenschichten bis in die gewünschte Informationstiefe d, die etwa d=3a/4 beträgt, integral zu erfassen und entsprechend zu analysieren. Die unterschiedlichen Abstände a sind so zu wählen, dass eine aussagekräftige Schlussfolgerung auf die Homogenität des Erdreichs getroffen werden kann.

Aus den Parametern Stromstärke I und Spannung U berechnet sich der elektrische Widerstand R nach dem Ohm’schen Gesetz zu R = U:l.

Mit einem Geometriefaktor, der von der gewählten Auslage abhängt, lässt sich der spezifische Erdwiderstand ρs berechnen. Es gilt: ρs = 2πaR.

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Reinhard Schulz, Geophysik-Experte
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