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
Reinhard Schulz
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