Messungen und Berechnungen von Erdelektrodensystemen (BS 7430)

Standardabweichung berechnen (April 2019).

Anonim

Der Zweck der Erdung

Die Systemerdung beinhaltet die Bereitstellung einer Verbindung zur allgemeinen Masse der Erde. Diese Verbindung sollte einen Widerstand haben, der nicht größer ist als der für den Betrieb von Sicherheitsmechanismen, um die Stromversorgung von einer Fehlersituation zu trennen.

Messungen und Berechnungen von Erdkiessystemen (nach BS 7430) - Bildnachweis: dmcpower.com

Eine zweite wichtige Eigenschaft der Erdungsverbindung ist, dass sie in der Lage ist, den maximal zu erwartenden Fehlerstrom zu führen .

Der Wert des erforderlichen Widerstands ist möglicherweise nicht immer einem automatisch eingestellten Wert zugänglich. Daher sollten die verschiedenen Faktoren berücksichtigt werden, die den Erdwiderstand und die Fehlerstromkapazität des vergrabenen Leiters beeinflussen, der als Erdungselektrode bezeichnet wird.

Dies sollte die Größe und Form des Erdleiters, die Widerstandsfähigkeit des Bodens, in dem es vergraben ist, und die Verbindung des Systems mit ihm beinhalten. Es ist auch wichtig, die Stromdichte an der Oberfläche der Masseelektrode und die Massepotentiale in ihrer Nähe zu berücksichtigen.

  1. Art der Website
    1. Bodenbehandlung
  2. Bodenwiderstand
  3. Messung der spezifischen Bodenwiderstandsfähigkeit
  4. Arten von Erdern und ihre Widerstandsberechnung
    1. Platten
    2. Stabelektrode
    3. Parallele Verbindung von ausgerichteten Stäben
    4. Streifen- oder Rundleiterelektroden
    5. Mesh
    6. Widerstand einer Elektrode, die in Material mit niedrigem spezifischem Widerstand eingeschlossen ist
    7. Verschiedene Elektroden

      • Drei Stäbe an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks
      • Zwei Streifen, die im rechten Winkel zueinander stehen, treffen sich an einer Ecke
      • Drei Streifen, die auf 120 ° eingestellt sind, treffen sich am Sternpunkt alle gleich lang
      • Vier Streifen in Kreuzform
      • Stahlbau

1. Art der Website

Die grundlegenden Eigenschaften und Eigenschaften des Bodens an einem bestimmten Standort können nicht ohne erhebliche Kosten geändert werden, und eine sorgfältige Berücksichtigung der Geologie sollte verwendet werden, um den besten Standort für ein Erdungssystem zu bestimmen.

Wenn es eine Option gibt, sollte eine Site in einer der folgenden Arten von Situationen in der Reihenfolge der Präferenz ausgewählt werden:

  1. Nasser sumpfiger Boden;
  2. Lehm, lehmiger Boden, Ackerland, Tonboden, Tonboden oder Lehm, vermischt mit geringen Mengen Sand;
  3. Ton und Lehm vermischt mit unterschiedlichen Anteilen von Sand, Kies und Steinen;
  4. Feuchter und feuchter Sand, Torf.

Trockener Sand, Kies, Kreide, Kalkstein, Winton, Granit, jeder sehr steinige Boden und alle Stellen, an denen jungfräuliches Gestein sehr nahe an der Oberfläche liegt, sollten nach Möglichkeit vermieden werden. Es sollte ein Standort gewählt werden, an dem der Feuchtigkeitsgehalt idealerweise kontinuierlich im Bereich von 15% bis 20% liegt. Ein wasserdurchtränkter Standort ist nicht notwendig, es sei denn, der Boden ist Sand oder Kies.

Es sollte darauf geachtet werden , dass ein Ort, an dem Wasser darüber fließt (z. B. das Flussbett) für die nützlichen Salze in solchen Situationen vollständig aus dem Boden entfernt werden kann .

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1.1 Bodenbehandlung

An Standorten mit hohem spezifischem Widerstand oder auf felsigem Boden, wo eine Langzeitleistung erforderlich ist, kann es als notwendig erachtet werden, einen leitfähigen Beton zu verwenden, um den Erdungskontaktwiderstand um einen Erdstab oder -streifen (Band) herum zu verbessern.

Es gibt kommerziell verfügbare Materialien, um dies effektiv zu erreichen, aber es sollte darauf geachtet werden, zu verstehen, wie sie während der Installation arbeiten, um sicherzustellen, dass sie in Kontakt mit dem Stab oder Streifen bleiben und nicht schrumpfen oder nach dem Austrocknen aufquellen.

Die chemische Behandlung von Böden hat Auswirkungen auf die Umwelt und sollte nicht als langfristige Lösung betrachtet werden, um ein spezifisches Widerstandsniveau zu erreichen, abgesehen von der Korrosionsgefahr für das Erdreichsystem. Kokosbrise sollte wegen seiner stark korrosiven Natur ebenfalls nicht verwendet werden.

Abbildung 1 - Grabenmethode der Bodenbehandlung

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2. Bodenwiderstand

Der Widerstand der gegebenen Elektrode gegen Erde hängt von dem spezifischen elektrischen Widerstand des Bodens ab . Die meisten Formeln für die erste Näherung beziehen sich auf homogene Böden, was in der Praxis selten der Fall ist, wo die verschiedenen Schichten die Stromverteilung durch die Elektrode beeinflussen.

Tabelle 1 gibt nur Beispiele für den spezifischen Widerstand. Diese Zahlen sind sehr allgemein gehalten und sollten nicht dazu verwendet werden, tatsächliche Messungen an der vorgeschlagenen Stelle zu ersetzen. Sie können verwendet werden, um einen Hinweis auf die Schwierigkeiten zu geben, denen man bei der Erstellung eines geeigneten Entwurfs am gewählten Standort gegenübersteht.

Die effektive Resistivität wird auch durch die Mineralsalze im Boden und den Feuchtigkeitsgehalt kontrolliert, weshalb man sich daran erinnern sollte, dass Messwerte, die lange nach der Installation aufgenommen wurden, erheblich von den ursprünglichen Testergebnissen abweichen können.

Die Bodentemperatur wirkt sich auf die oberen Schichten der Schichten aus, ist aber nur unter frostigen Bedingungen wichtig. Daher sollte jeder Teil eines Elektrodensystems, der weniger als 0, 5 m unter dem Boden liegt, nicht als wirksam betrachtet werden.

Tabelle 1 - Beispiele für den spezifischen Widerstand des Bodens in Ωm

Tabelle 1 - Beispiele für den spezifischen Widerstand des Bodens in Ωm

HINWEIS! - Tabelle 1 ist nur als allgemeine Richtlinie zu verstehen . Der Erdwiderstand ist im Wesentlichen elektrolytisch und wird durch den Feuchtigkeitsgehalt und die Fähigkeit des Bodens, Feuchtigkeit zurückzuhalten, sowie durch die chemische Zusammensetzung und Konzentration der im Wasser gelösten nützlichen Salze beeinflusst.

Die Spalten 2 und 3 beziehen sich auf die meisten britischen Inseln, aber Spalte 5 ist spezifischer auf Sumpfgebiete um Flussmündungen.

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3. Messung des spezifischen Erdwiderstandes

Der spezifische Widerstand des Erdreichs kann in ähnlicher Weise wie der Widerstand der Erdelektrode gemessen werden.

Es ist anzumerken, dass diese Arten von Messungen nicht immer einfach sind und oft zu einem breiten Bereich von Widerstandswerten führen können, abhängig von einer Anzahl von Faktoren, wie den oben erwähnten.

Messungen des spezifischen Widerstandes des Erdreichs für die Vorbestimmung des Erdwiderstands oder der Erdimpedanz sollten wie folgt mit einer Vier-Sonden-Methode (allgemein als Wenner-Methode bekannt) durchgeführt werden.

  1. Treiben Sie vier gleichmäßig beabstandete Testelektroden bis zu einer Tiefe von nicht mehr als 5% ihres Abstandes voneinander ein . Es ist wichtig sicherzustellen, dass sich ihre Widerstandsbereiche nicht überschneiden (Abbildung 2).
  2. Führen Sie Strom zwischen den zwei äußeren Elektroden
  3. Messen Sie das Erdpotential zwischen den beiden inneren Elektroden

Der Widerstand R sollte als das Verhältnis der Spannung zwischen den inneren Elektroden und dem Strom zwischen den äußeren Elektroden genommen werden. In homogener Erde kann der durchschnittliche Widerstand ρ in Ohmmeter (Ωm) wie folgt angenommen werden:

ρ = 2 π a R

woher:

  • a ist der Abstand zwischen den Elektroden in Metern (m);
  • R ist der zwischen den mittleren Elektroden gemessene Widerstand in Ohm (Ω).

Abbildung 2 - Messung des spezifischen Erdwiderstands

Der so bestimmte spezifische Widerstand gilt für einen Elektrodenabstand a, der mit der Untersuchungstiefe zusammenhängt. Durch Wiederholen der Messung mit zunehmenden Werten von a kann der scheinbare spezifische Widerstand, der größere Tiefen beinhaltet, bewertet werden.

Dies kann als ein Hinweis auf die mögliche Verstärkung durch das Eintreiben von tieferen Stäben usw. in Schichten mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand angesehen werden, um den erforderlichen Widerstand zu erhalten.

Abbildung 3 - Prüfung des spezifischen Bodenwiderstandes nach der Wenner-Methode

Noch ein paar Worte zur Wenner-Methode

.

Vier gleichmäßig beabstandete Prüfspitzen sollten bis zu einer Tiefe von 1 m gefahren werden, wobei die Tiefe 5% ihres Abstandes nicht überschreiten darf.

Es ist wichtig sicherzustellen, dass ihre Widerstandsbereiche nicht überlappen . Der Strom sollte zwischen den zwei äußeren Elektroden fließen, und der Widerstand R kann als das Verhältnis der Spannung zwischen den inneren Elektroden zu dem durch die äußeren Elektroden geleiteten Strom gefunden werden.

Der gefundene Widerstand gilt für die Bodentiefe a, so dass durch Wiederholen der Messung mit verschiedenen Werten von a der durchschnittliche spezifische Widerstand in verschiedenen Tiefen gefunden werden kann und die Ergebnisse anzeigen, ob durch die Installation von tief getriebenen Elektroden ein Vorteil erzielt werden kann von einem niedrigeren spezifischen Widerstand.

BEISPIEL - Wenn der Abstand a zwischen den Elektroden 1 m beträgt, wird die Konstante für den Testaufbau berechnet als (2 × 3, 14 × 100) cm = 628 cm . Wenn das Gerät 40 Ω anzeigt, beträgt der spezifische Widerstand (40 × 628) Ωcm = 25 120 Ωcm.

Es sollte beachtet werden, dass Umgebungsbedingungen wie die Temperatur einen Einfluss auf den spezifischen Widerstand der Erde haben, mit einer entsprechenden Abnahme des spezifischen Widerstands, wenn die Temperatur ansteigt.

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4. Arten von Erdern und ihre Widerstandsberechnung

Ein Erdungssystem sollte von höchster Integrität und von robuster Konstruktion sein, um sicherzustellen, dass es sicher bleibt und die Gesundheit und Sicherheit von Personen oder ihrer Umgebung nicht gefährdet. Die meisten der in diesem Abschnitt vorgestellten Formeln beziehen sich auf niederfrequente Ströme, und Beispiele für hohe Frequenzen sind nicht enthalten.

Es ist daher wichtig, dieses Problem zu erkennen, wenn ein langes horizontales Band oder ein blankes Kabel in Betracht gezogen wird, um einen niedrigen Erdungswiderstand zu erzeugen, obwohl die Impedanz letztendlich auf einen Endwert begrenzt wird (siehe 4).

Erdungssysteme sollten aus Kupferleitern, kupferplattierten oder austenitischen Stahlstäben mit geeigneten Abmessungen, Gussplatten oder Stahlpfählen bestehen, die einzeln oder zusammen in Kombination zu einem einzigen lokalen Erdungssystem verwendet werden.

Abbildung 4 - Impedanz der horizontalen Erdelektroden, die in einem homogenen Boden vergraben sind

Die folgenden Formeln basieren alle auf homogenen Bodenbedingungen, so dass in den meisten praktischen Situationen nur eine vernünftige Vorstellung von den Problemen gegeben ist (innerhalb von 15% Genauigkeit), die existieren könnten, wenn die Schichten so sind, dass sich der Widerstand auf verschiedenen Niveaus ändert.

Es kann als notwendig erachtet werden , numerische Methoden anzuwenden, die komplexer sind als die unten angegebenen Formeln, und Software ist verfügbar, um die detaillierteren Berechnungen durchzuführen . Die Ergebnisse aus den nachstehenden Formeln liegen zwischen 10% und 15% Genauigkeit und können als Anhaltspunkte für die Frage herangezogen werden, was das Ergebnis eines bestimmten Entwurfs sein könnte.

Vor der Durchführung eines Erdungssystemdesigns und der Installation sollte jedoch immer eine Prüfung des spezifischen Widerstands vor Ort durchgeführt werden.

Der Effekt der Form auf einen Elektrodenwiderstand hängt mit der Stromdichte um die spezielle betrachtete Elektrode zusammen. Um einen niedrigen Gesamtwiderstand zu erhalten, sollte die Stromdichte in dem die Elektrode umgebenden Medium so niedrig wie möglich sein.

Dies kann erreicht werden, indem die Abmessungen in einer Richtung im Vergleich zu den anderen zwei groß gemacht werden. Somit hat ein Rohrstab oder -streifen einen viel geringeren Widerstand als eine Platte mit gleicher Oberfläche.

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a) Platten

Der ungefähre Erdwiderstand einer Platte R in Ohm (Ω) berechnet sich aus:

woher:

  • ρ ist der Widerstand des Bodens (angenommen einheitlich), in Ohmmeter (Ωm);
  • A ist die Fläche einer Seite der Platte, in Quadratmetern (m 2 ).

Platten sollten, falls verwendet, als kleine Einheiten von nicht mehr als 1, 2 m × 1, 2 m installiert werden, die vertikal und mindestens 2 m voneinander entfernt sind. Die Mindestbodenabdeckung sollte nicht weniger als 600 mm betragen und idealerweise sollte der umgebende Boden feucht sein.

Verbindungen mit der Platte sollten durch Kupferleiter erfolgen, geschweißt, genietet oder auf andere Weise mit Material verbunden sein, das keine Korrosion an der Verbindung verursacht. Die fertige Fuge sollte mit einem dicken Bitumenüberzug versehen werden. Der Verbindungsstreifen zum oberirdischen Trennpunkt sollte vollständig isoliert sein, um elektrolytische Wirkung zu vermeiden.

Wenn die Platte in einem ausgeschnittenen Schlitz, z. B. in einem Kreidebett in der Nähe der Oberfläche, platziert wird, sollte der Schlitz groß genug sein, um mindestens 300 mm Dicke von Erde oder anderer leitfähiger Abdeckung mit niedrigem spezifischen Widerstand um die gesamte Platte zu ermöglichen. Dies erfordert eine sorgfältige Montage während der Installation, um sicherzustellen, dass der Boden der Platte in dem verwendeten Medium und nicht auf der Kreide oder den Substraten mit hohem spezifischem Widerstand ruht.

HINWEIS! Bei konventionellen Größen ist der Widerstand ungefähr umgekehrt proportional zu den linearen Abmessungen, nicht zu der Oberfläche, dh eine 0, 9 m × 0, 9 m Platte hat einen Widerstand, der ungefähr 25% höher ist als eine 1, 2 m × 1, 2 m Platte.

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b) Stabelektrode

Der Widerstand einer Stange R in Ohm (Ω) berechnet sich aus:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Länge der Elektrode in Metern (m);
  • d ist der Durchmesser der Stange in Metern (m).

HINWEIS! - Die Änderung des Durchmessers hat nur geringe Auswirkungen auf den Gesamtwiderstandswert, und die Größe wird stärker durch die mechanische Festigkeit der Stange bestimmt, um mechanisch zu widerstehen, wenn tiefe Erdstäbe benötigt werden, z. B. in Tiefen von 20 m oder mehr .

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c) Parallele Verbindung von ausgerichteten Stäben

Der Widerstand R t in Ohm (Ω) von n vertikal angetriebenen Stäben, die im Abstand von einem Meter liegen, kann wie folgt berechnet werden:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Länge der Elektrode in Metern (m);
  • n ist die Anzahl der Stäbe;
  • s ist der Abstand zwischen den Stangen in Metern (m).

HINWEIS! - Dies beruht auf Arbeiten von Heppe RJ aus dem Jahr 1998, die sich mit dem rechnerischen Ansatz für das Potential an der Oberfläche von Stäben usw. befassen und eine etwas optimistischere Antwort geben, als man erwarten könnte.

Dieses Modell ist näher an der Grundtheorie des elektrostatischen Verhaltens einer Erdungssystemkomponente ausgerichtet, indem es den interaktiven Effekt des Wertes von s, der für praktische Zwecke seit langem nicht weniger als die doppelte Tiefe von die Stange.

Dies hängt mit dem hemisphärischen Radius des Stabs zusammen, und das hat die Auswirkungen vermieden, bei denen weniger als die zweifache Beschränkung im Design-Denken verwendet wird. Dies beeinflusst die Interferenzcharakteristiken von Systemen mit mehreren Stangen / Bändern usw., wenn der Abstand unter den zweifachen Wert verringert wird.

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d) Abisolier- oder Rundleiterelektroden

Dieser Abschnitt befasst sich nur mit einem geraden Leiterverlauf . Andere Formen sind hier nicht abgedeckt. Der Widerstand R ta in Ohm (Ω) eines Streifens oder Rundleiters kann berechnet werden aus:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Länge der Elektrode in Metern (m);
  • h ist die Tiefe der Elektrode in Metern (m);
  • d ist der Durchmesser des Rundleiters oder der Durchmesser der äquivalenten Querschnittsfläche des Streifens in Metern (m).

Wenn zwei oder mehr Streifen in gerader Länge, jeweils mit der Länge L in Metern (m) und einem Trennungsabstand s Meter parallel zueinander liegen und nur an einem Ende miteinander verbunden sind, kann der kombinierte Widerstand aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

R n = FR 1

woher:

  • R n ist der Widerstand von n Leitern parallel in Ohm (Ω)
  • R 1 ist der Widerstand eines einzelnen Streifens der Länge L, berechnet aus der vorhergehenden Rta-Gleichung, in Ohm (Ω).
  • F hat folgenden Wert:

    • Für zwei Längen: F = 0, 5 + (0, 078 (s / L)) - 0, 307
    • Für drei Längen: F = 0, 33 + (0, 071 (s / L)) - 0, 408
    • Für vier Längen: F = 0, 25 + (0, 067 (s / L)) - 0, 451
    • Vorausgesetzt, 0, 02 <(s / L) <0, 3

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e) Netz

Der Widerstand eines Gitters (Gitter) R m Ohm (Ω) kann berechnet werden aus:

Woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • A ist die tatsächlich von der Masche abgedeckte Fläche in Quadratmetern (m 2 );
  • L ist die Gesamtlänge des Streifens, der in dem Netz verwendet wird, in Metern (m).

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f) Widerstand einer Elektrode, die in Material mit niedrigem spezifischem Widerstand eingeschlossen ist, z. B. leitfähigem Beton

Der Widerstand einer hinterfüllten Elektrode R b in Ohm (Ω) kann berechnet werden aus:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • ρ c ist der spezifische Widerstand des für die Verfüllung verwendeten leitenden Materials in Ohmmeter (Ωm);
  • L ist die Länge der Stange in Metern (m);
  • d ist der Durchmesser der Stange in Metern (m).

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g) Verschiedene Elektroden

Es gibt viele Konfigurationen, die unter dieser Überschrift aufgeführt werden können, aber einige von denen, die man am ehesten zuerst versuchen wird, um den erforderlichen Wert zu erreichen, sind insbesondere bei tiefen verstärkten Pfählen usw. enthalten.

  • Drei Stäbe an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks
  • Zwei Streifen, die im rechten Winkel zueinander stehen, treffen sich an einer Ecke
  • Drei Streifen, die auf 120 ° eingestellt sind, treffen sich am Sternpunkt alle gleich lang
  • Vier Streifen in Kreuzform
  • Stahlbau
Drei Stäbe an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks

Der Widerstand Re in Ohm (Ω) von drei miteinander verbundenen Stäben, die an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks (siehe Abbildung 5) der Länge der Seitenlänge von Metern liegen, kann berechnet werden aus:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Länge der Stange in Metern (m);
  • d ist der Durchmesser der Stange in Metern (m);
  • s ist die Länge einer Seite des gleichseitigen Dreiecks in Metern (m).

Abbildung 5 - Drei Stäbe an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks

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Zwei Streifen, die im rechten Winkel zueinander stehen, treffen sich an einer Ecke

Der Widerstand R L in Ohm (Ω) von zwei Streifen gleicher Länge, die auf 90 ° eingestellt sind, wobei sich eine Ecke berührt (siehe 6), kann berechnet werden aus:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Gesamtlänge des Streifens in Metern (m);
  • h ist die Tiefe der Beerdigung in Metern (m);
  • d ist der Durchmesser des Rundleiters oder der Durchmesser der äquivalenten Querschnittsfläche des Streifens in Metern (m).

Abbildung 6 - Zwei Streifen, die im rechten Winkel zueinander stehen und sich an einer Ecke treffen

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Drei Streifen, die auf 120 ° eingestellt sind, treffen sich am Sternpunkt alle gleich lang

Der Widerstand R S in Ohm (Ω) eines sternförmig angeordneten Streifens (siehe Abbildung 7) berechnet sich aus:

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm); ist die Gesamtlänge des Streifens in Metern (m);
  • L ist die Tiefe der Beerdigung in Metern (m);
  • h ist der Durchmesser des Rundleiters oder der Durchmesser der äquivalenten Querschnittsfläche des Streifens in Metern (m).

Abbildung 7 - Drei Streifen, die auf 120 ° eingestellt sind, treffen sich am Sternpunkt alle gleich lang

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Vier Streifen in Kreuzform

Der Widerstand R cr in Ohm (Ω) von vier Streifen in Kreuzform (siehe Abbildung 8) berechnet sich aus:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Gesamtlänge des Streifens in Metern (m);
  • h ist die Tiefe der Beerdigung in Metern (m);
  • d ist der Durchmesser des Rundleiters oder der Durchmesser der äquivalenten Querschnittsfläche des Streifens in Metern (m).

Abbildung 8 - Vier Streifen in Kreuzform

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Stahlbau

Fundament-Metallarbeiten in Beton können als fertige und effektive Erdelektrode verwendet werden. Die gesamte Elektrodenfläche, die durch das unterirdische Metallwerk mit großer Struktur gebildet wird, kann oft verwendet werden, um einen geringeren Erdwiderstand als den durch andere Verfahren erzielbaren zu liefern.

Es sind Gesamtwerte von deutlich unter 1 Ω erreichbar.

Es ist wichtig, dass die Möglichkeit der Korrosion der Metallarmierung berücksichtigt wird. Die Korrosionsprodukte nehmen ein größeres Volumen als das ursprüngliche Metall ein und es kann zu Rissen kommen. Insbesondere sollten kontinuierliche Erdströme beachtet werden.

Eine mögliche Quelle für diesen Strom könnte eine Inkompatibilität mit anderen vergrabenen Metallkonstruktionen sein, einschließlich anderer Arten von Erdungselektroden, mit denen Fundamentmetallwerkstücke verbunden werden können.

HINWEIS! - Es könnte notwendig sein, die Notwendigkeit eines kathodischen Schutzes in Betracht zu ziehen.

Von Wechselstrom sollte nicht erwartet werden, dass er Korrosion verursacht, aber eine Rektifikation, die ausreicht, um einen sehr kleinen Anteil von Gleichstrom zu erzeugen, könnte stattfinden.

Überall dort, wo ein signifikanter kontinuierlicher Erdableitstrom erwartet wird, wird empfohlen, eine Hauptelektrode der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Art vorzusehen, an die die Basiselektroden zur Bereitstellung von Hilfselektroden gebondet werden können, wodurch hohe Fehlerströme unterstützt werden.

Die Korrosion von mit Beton ummantelten Stahlkonstruktionen, die Wechselstromfehlerströmen innerhalb ihrer Tragfähigkeit unterliegen, kann als vernachlässigbar angenommen werden.

HINWEIS! - Schäden am Beton in Form von Rissen, durch Lichtbögen oder durch schnelle Verdunstung von Feuchtigkeit können auftreten, wenn die Erdschlussströme über längere Zeit die Tragfähigkeit der Elektrode überschreiten. Diese Situation tritt wahrscheinlich nicht auf, wenn die Elektrode einen ausreichend niedrigen Widerstand aufweist, um gefährliche Spannungen gegen Erde zu vermeiden.

Der Widerstand gegen Erde von betonummantelten Stahlkonstruktionen oder von Betonbewehrungsstäben variiert je nach Art des Bodens, seines Feuchtigkeitsgehalts und der Gestaltung des Fundaments.

Beton ist hygroskopisch und, außer an trockenen Orten, wenn er in Erde vergraben ist, kann erwartet werden, dass er einen spezifischen Widerstand von ungefähr 30 Ω bis 90 Ωm bei normalen Temperaturen hat. Dies ist niedriger als einige Arten von Boden.

Es ist von grundlegender Bedeutung, den Widerstand der Metallteile, die als Elektrode verwendet werden sollen, gegen Erde zu messen und danach den Wert in regelmäßigen Abständen zu überwachen, um zu bestätigen, dass er weiterhin eine ausreichende Verbindung zur Erde bietet.

Abbildung 9 - Vertikale Elektroden in einem hohlen Quadrat angeordnet

Idealerweise sollte eine Bestätigung des kombinierten Widerstands aller Elektroden erhalten werden, aber der Erdwiderstand einer Struktur, die eine große Fläche abdeckt, könnte ziemlich niedrig sein und eine genaue Messung an einer fertiggestellten Struktur könnte schwierig oder unmöglich zu erreichen sein.

Wenn die Struktur auf vielen ähnlichen Fundamenten getragen wird, kann es als durchführbar und befriedigender angesehen werden , den Widerstand eines Fußes zu messen, bevor er elektrisch mit anderen verbunden wird, und bevor irgendwelche anderen elektrisch parallel angeordneten Fußpunkte in der Nähe sind.

Wenn es möglich ist, ist es vorteilhaft und empfehlenswert, den Widerstand mehrerer solcher Fußnoten zu messen, um einen Hinweis auf die wahrscheinliche Widerstandsänderung zu erhalten.

Unter der Annahme, dass ein repräsentativer Wert des Fußwiderstandes erhalten werden kann, kann die kombinierte Wirkung aller ähnlichen Fußpunkte R TOT in Ohm (Ω), von denen angenommen wird, dass sie in einem ungefähr rechteckigen Plan angeordnet sind, aus dem Folgenden bestimmt werden:

Woher:

    • R 1 ist der Widerstand eines Fußes in Ohm (Ω);
    • λ ist der Faktor aus Tabelle 2;
  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • s ist der Abstand der Fundamente in Metern (m);
  • n ist die Anzahl der als Elektroden verwendeten Fußpunkte (siehe Anmerkung zu Tabelle 2).

HINWEIS! - Diese Gleichung basiert auf der Annahme, dass der Abstand zwischen benachbarten Elektroden derart ist, dass das Verhältnis & rgr; / 2 & pgr; R 1 s weniger als etwa 0, 2 beträgt.

Tabelle 2 - Faktoren für vertikale Elektroden, die in einem hohlen Quadrat angeordnet sind

Tabelle 2 - Faktoren für vertikale Elektroden, die in einem hohlen Quadrat angeordnet sind

HINWEIS! - Der große Anteil des Widerstandes ist aufgrund des Betons zur Erde unmittelbar um das Metallwerk herum und hängt von dessen Feuchtigkeitsgehalt ab. Nach dem Aufbau und im Laufe der Zeit wird sich dieser Feuchtigkeitsgehalt dem Gleichgewicht des Bodens annähern und wird normalerweise trockener sein als bei der ersten Verlegung.

Bei Messungen, die während der Installation einer Struktur durchgeführt werden, sollte der sich daraus ergebende Anstieg des Elektrodenwiderstands aufgrund von Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts berücksichtigt werden.

Es ist wichtig , die elektrische Kontinuität zwischen allen Metallteilen zu gewährleisten, die als Teil der Elektrode betrachtet werden.

Im Falle von Kontakten zwischen Metallarbeiten innerhalb von Beton oder unter der Erde, wie zum Beispiel Bewehrungsstäben, kann dies am besten durch Schweißen bewirkt werden. Überirdisch und bei Ankerbolzen kann dies im Allgemeinen durch Anbringen eines Verbindungsleiters erfolgen, um jede strukturelle Verbindung zu umgehen. Dies gilt insbesondere für Oberflächen, die vor dem Zusammenbau grundiert worden sein könnten.

Der Erdwiderstand eines Stahlbetonfundaments R in Ohm (Ω) kann abgeschätzt werden, indem angenommen wird, dass nur die vertikalen Bewehrungsstäbe mit der Gebäudestruktur oder dem Erdungssystem verbunden sind. Die Wirkung anderer Verstärkungen, die nur durch Kabelbinder angebracht werden können, kann vernachlässigt werden.

Es kann angenommen werden, dass die Stäbe in einem symmetrischen Muster gleich beabstandet sind
(siehe Tabelle 3).

woher:

  • ρ ist der spezifische Widerstand des Bodens in Ohmmetern (Ωm);
  • ρ c ist der spezifische Widerstand von Beton in Ohmmetern (Ωm);
  • L ist die Länge des Bewehrungsstabs unter dem Boden in Metern (m);
  • δ ist die Dicke des Betons zwischen Stäben und Erde in Metern (m);
  • z ist der geometrische mittlere Abstand des Stäbchens in Metern (m).

Tabelle 3 - Geometrischer mittlerer Abstand z für eng beabstandete Bewehrungsstäbe in einem symmetrischen Muster

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Referenz // BS 7430: 2011 - Leitfaden für die Schutzerdung von elektrischen Anlagen

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