Erdungswiderstandsmessung: Überblick über praktische Messmethoden

Die Erdung wird bei der Umsetzung verschiedener Projekte elektrischer Systeme verwendet. Der Begriff “Erdung” wird schematisch als Verbindung eines Teils des Stromkreises mit dem Erdpotenzial betrachtet.

Der Erdungskreis enthält einen Leiter und eine tief im Boden eingebettete Elektrode. Eine traditionelle Maßnahme in der elektrotechnischen Praxis ist die Messung des Erdungswiderstands sowohl von neu in Betrieb genommenen als auch von bereits in Betrieb befindlichen Netzen. Wir erklären, wie und auf welche Weise diese wichtige Maßnahme durchgeführt wird.

Wozu sind Messungen erforderlich?

Eine hervorragende Lösung der unten aufgeführten Aufgaben wird durch einen idealen Nullwiderstand im Erdungskreis erreicht:

1. Das Auftreten von Spannung am Gehäuse von Maschinen verhindern.
2. Einen effektiven Bezugspunkt für die Elektrogeräte erreichen.
3. Statische Ströme vollständig beseitigen.

Die elektrotechnische Erfahrung zeigt jedoch: Ein Ergebnis von ideal null ist nicht erreichbar.

Verfahren zur Durchführung der erforderlichen Messungen mit einem Gerät zur Bestimmung des Widerstands der Erdungsschiene. Solche Verfahren werden nach einem von der Leitung der Wartungsorganisation genehmigten Zeitplan durchgeführt.

In jedem Fall weist die geerdete Elektrode einen gewissen Widerstand auf.

Den konkreten Widerstandswert bestimmen:

• der Widerstand der Elektrode an der Kontaktstelle mit der leitenden Schiene;
• die Kontaktfläche zwischen der Erdelektrode und dem Boden;
• die Bodenbeschaffenheit, die einen unterschiedlichen Widerstand ergibt.

Die Praxis der Messung des Erdungsschleifenwiderstands zeigt, dass die ersten beiden Faktoren durchaus vernachlässigt werden können, sofern vernünftige Bedingungen eingehalten werden:

1. Die Erdelektrode besteht aus einem Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.
2. Der Körper des Elektrodenstabs ist sorgfältig gereinigt und fest im Boden verankert.

Es bleibt der dritte Faktor – der spezifische Widerstand des Bodens. Er scheint die wichtigste Berechnungsgröße für die Messung des Widerstands der Erdungsschleife zu sein.

Berechnet wird er mithilfe der Formel:

R = pL / A,

wobei: p der spezifische Bodenwiderstand, L die angenommene Tiefe und A die wirksame Fläche ist.

Um die Eigentümer von Haus/Wohnung zu schützen, müssen alle Arten von leistungsstarken Haushaltsgeräten mit einer Erdung versehen sein:

Beim Testen des Widerstands wird jede der Erdungsleitungen separat geprüft. Der Widerstand zwischen dem Erdungselement und jedem nicht stromführenden Teil der elektrischen Ausrüstung, das möglicherweise unter Spannung geraten kann, muss kleiner als 0,1 Ohm sein.

Übersicht der Messmethoden

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Widerstand des Erdungskreises zu messen, von denen jede die gesuchte Größe recht genau bestimmen lässt.

3-Punkt-Messsystem

So wird beispielsweise häufig die Methode der 3-Punkt-Schaltung angewendet, die auf dem Effekt des Potenzialabfalls basiert.

Grafische Darstellung des sogenannten Dreipunkt-Systems, das häufig verwendet wird, wenn der Widerstandswert des Erdungskreises gemessen werden muss.

Die Messungen erfolgen in drei grundlegenden Schritten:

1. Spannungsmessung an Elektrode E1 und Sonde E2.
2. Strommessung an Elektrode E1 und Sonde E3.
3. Berechnung des Widerstands der Erdungselektrode (mit der Formel R = E / I).

Bei dieser Methode hängt die Messgenauigkeit logisch vom Installationsort der Sonde E3 ab. Es wird empfohlen, sie in einem Abstand in den Boden einzubringen – optimalerweise außerhalb des sogenannten Bereichs des ESE (effektiven Elektrodenwiderstands) von E1 und E2.

Messung nach der „62%“-Methode

Wenn die Bodenstruktur für die Platzierung der Erdungselektrode einen homogenen Inhalt aufweist, verspricht die Methode „62%“ zur Bestimmung der Widerstände von Erdungsschleifen eine gute Wirksamkeit.

Das Messschema trägt den interessanten Namen „62%“. Dieser Name leitet sich jedoch vom optimalen Abstand zwischen den Elektroden ab, bei dem ein akzeptables Ergebnis erzielt wird.

Das Verfahren ist für Anordnungen mit einer einzelnen Erdungselektrode anwendbar. Die Messgenauigkeit wird hier durch die Möglichkeit bestimmt, die Arbeitssonden auf einer geraden Linie relativ zur Erdungselektrode zu positionieren.

Installationspunkte der Kontrollsonden

Vereinfachte Zweipunkt-Methode

Die Anwendung dieser Messmethode erfordert das Vorhandensein einer weiteren qualitativ hochwertigen Erdung neben derjenigen, die untersucht werden soll. Die Methodik ist für dicht besiedelte Gebiete relevant, in denen oft keine Möglichkeit besteht, mit Hilfselektroden in großem Umfang zu arbeiten.

Die vereinfachte Messmethodik wird nach dem Zweipunkt-Schema durchgeführt. Bei dieser Technologie sind weniger Manipulationen an Geräten und Berechnungen erforderlich, die Genauigkeit der Berechnungen ist jedoch gering.

Die Zweipunkt-Messmethode zeichnet sich dadurch aus, dass sie gleichzeitig das Ergebnis für zwei in Reihe geschaltete Erdungsvorrichtungen anzeigt. Dies erklärt die Anforderungen an eine hohe Qualität der zweiten Erdung, um deren Widerstand nicht berücksichtigen zu müssen.

Zur Durchführung der Berechnungen wird auch der Widerstand der Erdungsschiene gemessen. Das erhaltene Ergebnis wird von den Ergebnissen der Gesamtmessungen abgezogen.

Die Genauigkeit dieser Methode lässt im Vergleich zu den beiden vorgenannten zu wünschen übrig. Hier spielt der Abstand zwischen der zu messenden Erdungselektrode und der zweiten Erdung eine wesentliche Rolle. Standardmäßig wird diese Methodik nicht angewendet. Es handelt sich um eine Alternative, wenn andere Messverfahren nicht verwendet werden können.

Präzise Vierpunkt-Messung

Für die meisten Varianten der Widerstandsmessung gilt neben der Zwei- und Dreipunkt-Methode die Vierpunkt-Technologie als die optimale Methode. Mit einer solchen Messtechnologie sind Geräte wie der Tester der Serie 4500 ausgestattet. Wie der Name der Methode schon sagt, werden auf der Arbeitsfläche vier Arbeitselektroden in einer Linie und in gleichen Abständen platziert.

Nach diesem Schema – dem Vierpunkt-Schema – werden die genauesten Messungen durchgeführt. Es wird moderne Ausrüstung verwendet und es besteht die Möglichkeit, die Arbeiten ohne Unterbrechung des Erdungskreises durchzuführen.

Der Stromgenerator des Geräts wird an die äußeren Elektroden angeschlossen, sodass ein Strom mit bekanntem Wert zwischen ihnen fließt. An den anderen Klemmen des Geräts sind zwei innere Arbeitselektroden angeschlossen.

An diesen Klemmen liegt der Wert des Spannungsabfalls an. Das endgültige Messergebnis ist der Erdungswiderstand (in Ohm), dessen Wert das Gerät auf dem Display anzeigt.

Geräte der Serie 4500 werden häufig zur Messung der Berührungsspannung verwendet. Das Gerät erzeugt mithilfe eines speziellen Moduls eine kleine Spannung im Boden – eine Simulation eines Kabelfehlers.

Gleichzeitig wird auf der Skala des Geräts der Strom angezeigt, der durch den Erdungskreis fließt. Die Anzeige auf dem Bildschirm wird als Grundlage genommen und mit dem erwarteten Erdstrom multipliziert. Auf diese Weise wird die Berührungsspannung berechnet.

Durchführung von Maßnahmen zur Überwachung des Zustands elektrotechnischer Geräte und Erdungsleitungen. Für die Arbeiten wird ein Messgerät vom Typ 4500 verwendet.

Zum Beispiel beträgt der maximale erwartete Strom an der Fehlerstelle 4000 A. Auf dem Display des Geräts wird ein Wert von 0,100 angezeigt. Dann beträgt die Berührungsspannung 400 V (4000 * 0,100).

Messung mit dem Gerät C.A6415 (6410, 6412, 6415)

Die Einzigartigkeit dieser Methode liegt in der Möglichkeit, Messungen ohne Unterbrechung des Erdungskreises durchzuführen. Hervorzuheben ist auch der Vorteil, dass der Gesamtwiderstand der Erdungsanlage durch Einbeziehung des ohmschen Anteils aller Verbindungen in den Erdungskreis gemessen werden kann.

Das Funktionsprinzip ist wie folgt:

1. Ein spezieller Transformator erzeugt einen Strom im Stromkreis.
2. Der Strom fließt im gebildeten Kreis.
3. Mithilfe eines Synchrondetektors wird das Messsignal erfasst.
4. Das empfangene Signal wird vom ADC (Analog-Digital-Wandler) umgewandelt.
5. Das Ergebnis wird auf dem LCD-Display angezeigt.

Das Gerät ist mit einem Modul (Selektivverstärker) ausgestattet, das das Nutzsignal effektiv von verschiedenen Störungen – Niederfrequenz- und Hochfrequenzrauschen – reinigt. Die Backen der Zange bilden in ihrem geschlossenen Zustand einen angeregten Kreis, der den Erdungsleiter umfasst.

Anleitung zur Messung mit dem Gerät C.A6415

Die Vorgehensweise bei der Arbeit mit dem Gerät der Serie C.A 6415 wird in der diesem einzigartigen Gerät beiliegenden Anleitung verständlich beschrieben.

Einzigartiges Messgerät – Zange, mit dem es relativ einfach gelingt, den Widerstand des Erdungskreises unter verschiedenen Bedingungen zu messen.

Zum Beispiel besteht die Notwendigkeit, den Erdungswiderstand eines elektrischen Moduls (Transformator, Stromzähler usw.) zu messen.

Vorgehensweise:

1. Verschaffen Sie sich Zugang zur Erdungsschiene, indem Sie die Schutzabdeckung entfernen.
2. Fassen Sie den Erdungsleiter (Schiene oder direkt die Elektrode) mit der Zange.
3. Wählen Sie den Messmodus „A“ (Strommessung).

Der maximale Stromwert des Geräts beträgt 30 A. Wenn dieser Wert überschritten wird, dürfen Sie keine Messung durchführen. Entfernen Sie das Gerät und wiederholen Sie die Messung an einem anderen Punkt.

Der Prozess der Durchführung von Messungen mit Messgeräten vom Typ S.A6415 und 3770. Die Messergebnisse werden in einer Tabelle festgehalten und bei der nächsten Wartung verglichen.

Wenn der auf der Skala abgelesene Stromwert innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, können Sie die Arbeit fortsetzen, indem Sie das Gerät auf Widerstandsmessung «?» umschalten.

Das auf dem Display angezeigte Ergebnis zeigt den Gesamtwiderstandswert an, einschließlich:

• der Erdungselektrode und der Erdungsschiene;
• des Kontakts des Neutralleiters mit der Erdungselektrode;
• des Kontakts der Verbindungen auf der Leitung zwischen Neutralleiter und Erdungselektrode.

Bei der Arbeit mit Zangen sollten Sie beachten: Überhöhte Messwerte des Geräts für den Erdungswiderstand sind in der Regel auf einen schlechten Kontakt der Erdungselektrode mit dem Boden zurückzuführen.

Auch eine unterbrochene Stromschiene kann die Ursache für einen hohen Widerstand sein. Hohe Widerstandswerte an Verbindungsstellen (Spleißstellen) von Leitern können ebenfalls die Messwerte des Geräts beeinflussen.

Allgemeine Empfehlungen zur Messung des spezifischen Erdwiderstands

Bevor man eine Erdungskette anlegt, zum Beispiel für einen Gaskessel, sollte man genaue Informationen darüber einholen, in welche Bodenarten der Erdungselektrode verlegt wird. Häufig wird empfohlen, für die Bestimmung der Werte “p” des Bodens auf vorhandene Tabellen zurückzugreifen.

Diese Methode mit Tabellen liefert jedoch nur Richtwerte. Daher sollten Sie sich nicht darauf verlassen. Die tatsächlichen Werte des Erdwiderstands können um ein Vielfaches abweichen.

Variante #1: Einschichtiger Boden

Wenn der Boden eine homogene Zusammensetzung aufweist, wird sein spezifischer Widerstand mit der Methode des «Probeelektrode» gemessen.

Struktur eines homogenen Bodens. Unter diesen Bedingungen ist das Messen und Berechnen des Widerstands wesentlich einfacher als die gleiche Arbeit auf mehrschichtigen Böden.

Die Methode umfasst die Durchführung eines bestimmten Verfahrens in zwei Schritten:

1. Nehmen Sie eine stabförmige Kontrollsonde mit einer Länge, die etwas größer ist als die Tiefe der geplanten Einbettung.
2. Tauchen Sie die Sonde streng senkrecht bis zur Tiefe der geplanten Einbettung in den Boden ein.
3. Das über der Erdoberfläche verbliebene Ende wird zur Messung des Ausbreitungswiderstands (Rr) verwendet.
4. Der spezifische Erdwiderstand wird nach der Formel p = Rr * Ψ bestimmt.

Es ist empfehlenswert, das Verfahren mehrmals an verschiedenen Punkten der Arbeitsfläche durchzuführen. Alternative Messungen helfen, genaue Ergebnisse der Erdwiderstandsmessung zu erzielen.

Variante #2: Mehrschichtiger Boden

In dieser Situation wird die Messung des spezifischen Erdwiderstands mit der Methode der stufenweisen Sondierung durchgeführt. Das bedeutet, dass die Kontrollsonde stufenweise bis zur Arbeitstiefe eingetaucht wird und in jeder Stufe Messungen des spezifischen Widerstands durchgeführt werden. Die Berechnung des mittleren spezifischen Erdwiderstands erfolgt mit Hilfe von Formeln für jede einzelne Messung.

Mehrschichtiger Boden. Unter diesen Bedingungen muss der Widerstand jeder einzelnen Schicht berechnet werden. Berechnungen für mehrschichtige Böden erfordern mehr Arbeit.

Anschließend werden auf der Grundlage der klimatischen Besonderheiten des Gebiets die Werte für saisonale Veränderungen ermittelt. Auf diese (recht komplizierte) Weise erhält man die berechneten Werte des spezifischen Erdwiderstands der oberen Schichten. Die darunterliegenden Schichten werden als nicht saisonal veränderlich betrachtet, daher beschränkt sich die Berechnung für sie auf eine etwas vereinfachte Messung und Berechnung.

Anforderungen an die Durchführung der Arbeiten

Arbeiten dieser Art werden natürlich von qualifiziertem Personal aus spezialisierten Organisationen durchgeführt. So sind in der Regel die kommunalen Dienste für den Betrieb von Stromverteilungskästen in Wohnhäusern verantwortlich. Messungen an diesen Punkten dürfen nur durch Kontaktaufnahme mit diesen Diensten durchgeführt werden.

Elektrische Schaltkreise gelten als gefährliche Systeme. Obwohl die Leitungen im Haushaltsbereich für Spannungen unter 1000 V ausgelegt sind, ist diese Spannung für den Menschen tödlich. Es müssen alle erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit elektrischen Geräten eingehalten werden. Dem Laien sind diese Maßnahmen oft schlichtweg nicht bekannt.

Mit den Besonderheiten der Errichtung einer Erdung für eine Badewanne in einer Stadtwohnung macht Sie der folgende Artikel vertraut, der Regeln und eine Anleitung zur Durchführung der Arbeit enthält.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Durchführung von Messungen in der Praxis mit einem Gerät:

Die Durchführung von Arbeiten zur Überprüfung des Erdungswiderstands ist zwingend erforderlich, unabhängig von der Komplexität des Stromkreises und der Kategorie des Objekts, in dem die elektrischen Geräte installiert werden oder installiert und betrieben werden. Viele spezialisierte Organisationen sind bereit, solche Dienstleistungen anzubieten.

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