Was ist der Bodenwiderstand und warum ist eine geoelektrische Untersuchung notwendig?

Die geoelektrische Untersuchung des Untergrunds ermöglicht es, die optimale Konfiguration des zu planenden Erdungssystems festzulegen.

Die Messung des Bodenwiderstands ermöglicht es, die Anordnung, die Tiefe, die Anzahl und die Art der Elemente zu bestimmen, die gemäß den Sicherheits- und Funktionsanforderungen erforderlich sind.

Der spezifische Bodenwiderstand ist ein Merkmal, das den Widerstand des Bodens gegen den Durchgang von Elektrizität definiert, auch bekannt als der spezifische Widerstand des Bodens. Der Untergrund ist in der Regel in Schichten und unbekannten Widerständen geschichtet, die den Widerstandswert eines Erdungssystems bestimmen. Ziel der geoelektrischen Untersuchungen ist die elektrische Charakterisierung des Untergrunds durch die Bestimmung der Anzahl der Schichten, ihrer Mächtigkeit und des spezifischen Widerstands der einzelnen Schichten.

Die Messung des spezifischen Widerstandes ermöglicht die Abschätzung des Erdungswiderstandes eines Bauwerks oder einer Anlage und der Potenzialgradienten, einschließlich Schritt- und Berührungsspannungen. Sie hilft auch bei der Berechnung der induktiven Kopplung zwischen benachbarten Strom- und Kommunikationskreisen sowie bei der Planung von kathodischen Schutzsystemen.

Der spezifische Widerstand des Bodens bestimmt die Konstruktionsparameter eines Erdungssystems, wie z. B. die optimale Vergrabungstiefe, die geeigneten Materialien entsprechend der Korrosionsrate im Boden sowie die Anzahl, Art und geeignete Anordnung der erforderlichen Elektroden. Auf diese Weise werden der gewünschte Widerstandswert und die höchste Sicherheit des Systems erreicht.

Mit den elektrischen Eigenschaften eines Erdungssystems ist es möglich, ein effizienteres Erdungssystem zu entwerfen, das schneller auszuführen ist, mit geringeren Entwurfskosten, kontrollierten Schritt- und Berührungsspannungen auf der gesamten Fläche, größerer Sicherheit für die Menschen in der Anlage und mit einer optimierten Lebensdauer.

Warum der Bodenwiderstand bei einem Erdungsprojekt entscheidend ist

Böden sind nicht homogen, so dass es zu Schwankungen im spezifischen Widerstand kommt. Die wichtigsten Faktoren für diese Schwankungen sind die Bodenart, der Feuchtigkeitsgehalt, die chemische Zusammensetzung, die Materialverdichtung, die Temperatur, die Bodenschichtung, die Mischung verschiedener Materialien, die Konzentration und chemische Zusammensetzung gelöster Salze, die Partikelgröße usw.

Einige dieser Aspekte hängen von langfristigen Veränderungen ab und können bei dem Erdungsprojekt als Konstanten angenommen werden (Bodenart, chemische Zusammensetzung, Schichtung und Verdichtung des Materials). Andere hingegen (Feuchtigkeitsgehalt, Temperatur, Konzentration und chemische Zusammensetzung der gelösten Salze) sind variabel.

Bei der Messung des spezifischen Widerstandes werden die Auswirkungen der verschiedenen Bodenschichten gemittelt, um den so genannten scheinbaren spezifischen Widerstand zu erhalten. Es gibt verschiedene Methoden zur Messung des spezifischen Widerstandes. Zwei der am häufigsten verwendeten werden im Folgenden vorgestellt: die Wenner- und die Schlumberger1-Konfiguration.

Wenner-Methode zur Messung des Bodenwiderstands

Die Wenner-Methode, die 19162 von Frank Wenner vom US Bureau of Standards entwickelt wurde, ist die am häufigsten verwendete Methode zur Messung des Bodenwiderstands. Sie besteht in der Verwendung von vier Stiften, die in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind. Die beiden inneren sind die Potentialelektroden, während die äußeren die Stromelektroden sind. Durch Messung der Potenzialdifferenz zwischen den inneren Elektroden und Division durch die Stromelektroden erhält man den Widerstand.

Durch verschiedene Messungen und die Veränderung der Abstände zwischen den Elektroden erhält man unterschiedliche Werte, die in Abhängigkeit vom Abstand die verschiedenen Schichten des untersuchten Bodens anzeigen.

Mit dieser Methode kann der spezifische Bodenwiderstand für tiefe Schichten ermittelt werden, ohne dass die Elektroden in dieser Tiefe vergraben werden müssen. Außerdem werden die Ergebnisse weder durch den Widerstand der Hilfselektroden noch durch die Löcher, die zu ihrer Einführung in den Boden gebohrt wurden, beeinflusst.

Die Interpretation der im Boden gemessenen Widerstandswerte ist in Form des scheinbaren Widerstands einfacher, so dass die Entwicklung dieses Parameters leicht zu erkennen ist.

Schließlich können die Instrumente weniger empfindlich sein als die für die Schlumberger-Konfiguration erforderlichen, da bei der Trennung der Stromelektroden auch die Potentialelektroden entfernt werden.

Schlumberger-Methode

Die Schlumberger-Methode basiert auf der Wenner-Methode, erzielt aber bei Tests mit größeren Messabständen eine höhere Empfindlichkeit. Bei dieser Konfiguration wird der Abstand zwischen den Potentialelektroden in der Mitte des Systems konstant gehalten, während der Abstand der Stromelektroden variiert wird. Der Abstand zwischen den Potentialelektroden ist im Vergleich zu den anderen Pfählen klein und wird beibehalten.

Diese Konfiguration ist weniger empfindlich gegenüber seitlichen Veränderungen des Bodens, da die Potentialelektroden ortsfest bleiben. Die Messung ist jedoch einfacher, da die Mittelelektroden fixiert bleiben und somit insgesamt weniger Platz für die Messungen benötigt wird.

Professioneller Service für fortgeschrittene geoelektrische Studien

Geoelektrische Untersuchungen erfordern in der Regel eine spezielle Ausrüstung und Personal mit umfassenden Kenntnissen auf diesem Gebiet, um korrekt durchgeführt werden zu können. Dies erschwert die Durchführung und macht sie letztlich teurer.

Aus diesem Grund hat Aplicaciones Tecnológicas S.A. eine eigene Methode entwickelt, die auf der Vereinfachung der Messungen, der IoT-Kommunikation und der Anwendung von künstlicher Intelligenz beruht. Wir bieten diese Methode Ingenieur- und Architekturbüros mit dem Service fortschrittlicher geoelektrischer Studien an. Unsere Methode liefert die zuverlässigsten Ergebnisse und die bestmögliche Optimierung des Verfahrens.

Mit Hilfe des Personals von Aplicaciones Tecnológicas (in Spanien) und unseres Partnernetzes (auf dem internationalen Markt) wird die Datenerfassung vor Ort mit der GEOELECTRIC EARTHING METER-Ausrüstung durchgeführt.

Das GEOELECTRIC EARTHING METER System besteht aus einem intelligenten, einfach zu bedienenden Gerät, mit dem der Bediener, geführt von der App des Systems, die Messungen an den zuvor in der Vorstudie des Bodens festgelegten Punkten durchführt.

Die Messwerte und ihre Geopositionierung für jeden Punkt werden per GSM an das Berechnungs- und Planungszentrum gesendet, wo sie mit Hilfe von heuristischen Algorithmen verarbeitet werden. Unser technisches Expertenteam übernimmt die Darstellung und Interpretation der Daten sowie die Erstellung eines Abschlussberichts mit den optimierten Ergebnissen.

Erdungssysteme sind kritische Systeme in jeder elektrischen oder industriellen Anlage, deren fehlerhafte Ausführung Folgen für die Sicherheit von Personen und Gütern hat. Andererseits ist das Erdungssystem erdverlegt, was eine nachträgliche Anpassung sehr komplex macht.

Der spezifische Widerstand des Bodens ist ein grundlegender Parameter für die Dimensionierung eines geeigneten Erdungssystems. Daher ist es notwendig, seinen Wert bei der Planung eines Erdungssystems zu kennen. Eine geoelektrische Studie ermöglicht es uns, den spezifischen Widerstand des Bodens in jeder Schicht des Untergrunds zu kennen, um das am besten geeignete Erdungssystem zu wählen. Die Methode von Aplicaciones Tecnológicas S.A. ermöglicht eine schnellere und effizientere Installation mit geringeren Endkosten für das Projekt, aber mit höherer Effizienz und längerer Lebensdauer.

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Referenzen

Sanz Alzate, J. H. Métodos para la medida de la resistividad del suelo. Sci. Tech. 19, 125-130 (2002).

Wenner, F. Eine Methode zur Messung des Erdwiderstandes. Bull. Bur. Stand. 12, 469-478 (1916).