Auswahl zwischen Erdungsstäben und -platten bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen

Erdungsstangen (Abbildung 1) und Erdungsplatten (Abbildung 2) sind für die elektrische Erdung von Gebäuden und anderen Bauwerken von wesentlicher Bedeutung. Ihr Hauptzweck besteht darin, im Falle einer Störung oder eines Blitzeinschlags einen niederohmigen Pfad für den Stromfluss in die Erde zu schaffen. Die Wahl zwischen Erdungsstäben und -platten ist von entscheidender Bedeutung für den sicheren und effektiven Erdungspfad eines elektrischen Systems. Diese Entscheidung hängt stark von der Art des umgebenden Bodens ab. Dieser Artikel befasst sich mit den Auswirkungen der Bodenbedingungen auf die Auswahl von Erdungselektroden und geht auf die entscheidenden Aspekte ein, die für eine optimale Systemauslegung zu berücksichtigen sind.

Inhaltsübersicht

• Bodenplatte vs. Erdungsstab für unterschiedliche Böden
  • Felsiger oder sehr harter Boden
  • Lehmboden
  • Sandiger oder kiesiger Boden
  • Lehmiger Boden
  • Nasser oder sumpfiger Boden
  • Andere Faktoren
• Prüfung des Bodens
• FAQ

Bodenplatte vs. Erdungsstab für unterschiedliche Böden

Die Wahl zwischen Erdungsstäben und -platten hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. den Bodenverhältnissen, dem verfügbaren Platz und den örtlichen Elektrovorschriften. Im Folgenden finden Sie einen allgemeinen Leitfaden, der Ihnen hilft, je nach Bodenbeschaffenheit die richtige Wahl zu treffen:

Felsiger oder sehr harter Boden

• Erdungsstangen: Das Eintreiben von Erdstäben in felsigen oder harten Böden kann ohne spezielle Ausrüstung schwierig sein. Sie können immer noch effektiv sein, wenn man ein ausreichend tiefes Loch bohren kann, um die Stange unterzubringen.
• Bodenplatten: Bodenplatten lassen sich in felsigen Gebieten leichter installieren, da sie in einem Graben vergraben werden können und weniger Tiefe benötigen.

Lehmboden

• Erdungsstangen: Lehmboden hat aufgrund seines Feuchtigkeitsgehalts in der Regel gute leitende Eigenschaften. Erdungsstangen sind in der Regel für Lehmböden geeignet, da sie bis in die erforderliche Tiefe getrieben werden können, um eine niederohmige Verbindung zum Erdreich herzustellen.
• Bodenplatten: In Lehmböden sind Bodenplatten zwar nicht so häufig erforderlich, können aber verwendet werden, wenn der Boden zu dicht für Stangen ist oder einen hohen Grundwasserspiegel aufweist.

Sandiger oder kiesiger Boden

• Erdungsstangen: Sandige oder kiesige Böden neigen aufgrund ihrer geringen Feuchtigkeitsspeicherung zu einer schlechten Leitfähigkeit. Daher könnten längere Erdungsstangen erforderlich sein, um eine Tiefe mit ausreichender Bodenfeuchtigkeit zu erreichen.
• Bodenplatten: Bodenplatten können in sandigen oder kiesigen Böden aufgrund ihrer großen Oberfläche und schlechten Leitfähigkeit weniger effektiv sein, können aber verwendet werden, wenn sie in einer Tiefe installiert werden, in der der Boden feuchter ist.

Lehmiger Boden

• Erdungsstangen: Lehmige Böden sind ideal für Erdspieße, da sie in der Regel ein ausgewogenes Verhältnis von Sand, Schluff und Ton aufweisen, was eine gute Leitfähigkeit und ein einfaches Einschlagen der Spieße ermöglicht.
• Bodenplatten: In lehmigen Böden sind Bodenplatten in der Regel nicht erforderlich, es sei denn, sie sind erwünscht oder von den örtlichen Vorschriften vorgeschrieben.

Nasser oder sumpfiger Boden

• Erdungsstangen: Nasse oder sumpfige Böden sind sehr leitfähig, so dass Erdungsstangen sehr effektiv sein können. Der Boden kann jedoch zu weich sein, um die Stangen zu tragen, und könnte schneller korrodieren.
• Bodenplatten: Erdungsplatten können verwendet werden, wenn sie unterhalb des Grundwasserspiegels installiert werden, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten.

Andere Faktoren

Bei der Entscheidung zwischen Erdungsstäben und -platten sind auch andere Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B:

• Leitfähige Böden: Erdungsstangen werden aufgrund ihrer Kosteneffizienz und ihrer Tiefenwirkung bevorzugt.
• Nicht leitfähige Böden: Bodenplatten werden aufgrund ihrer größeren Oberfläche und ihrer Fähigkeit, hohe Bodenwiderstände zu überwinden, empfohlen (siehe unten).
• Untiefe Installationen oder begrenzter Platz: Bodenplatten bieten mehr Flexibilität und lassen sich in flachen Bereichen, in denen das Eintreiben von Stangen schwierig ist, leichter installieren.

In jedem Fall ist es wichtig, den Erdungswiderstand nach der Installation zu messen, um sicherzustellen, dass er den Anforderungen des National Electrical Code (NEC ) oder anderer maßgeblicher Stellen entspricht. Mehrere Erdungselektroden können miteinander verbunden werden, um den erforderlichen Widerstandswert zu erreichen.

Tabelle 1: Erdungsstab vs. Erdungsplatte

Merkmal	Erdungsstange	Grundplatte
Geeignete Bodenverhältnisse	Tiefe, homogene Böden	Flache, geschichtete Böden, Böden mit hoher Resistivität
Einbauverfahren	Einfach	Schwieriger
Einbautiefe	Mindesttiefe von 2,4 Metern (8 Fuß)	Mindesttiefe von 0,6 Metern (2 Fuß)
Fläche	Klein	Groß
Widerstand	Hoch	Niedrig
Korrosionsanfälligkeit	Hoch	Niedrig

Prüfung des Bodens

Die Prüfung des Bodens vor der Installation einer Erdungsstange oder -platte ist von entscheidender Bedeutung. Wenn man die Bodeneigenschaften kennt, kann man den am besten geeigneten Typ von Erdungselektroden und die erforderliche Einbautiefe bestimmen, um einen niederohmigen Pfad zur Erde zu erreichen. Im Folgenden finden Sie einige Verfahren und Überlegungen zu Bodenuntersuchungen:

• Sichtprüfung: Beginnen Sie mit einer einfachen Sichtprüfung des Bodens an der Stelle, an der das Erdungssystem installiert werden soll. Achten Sie auf Hinweise zur Bodenart, zum Feuchtigkeitsgehalt und zu Steinen oder anderen Hindernissen.
• Prüfung der Bodenwiderstandsfähigkeit:
  • Der Bodenwiderstand ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl und Auslegung eines Erdungssystems. Er misst den Widerstand des Bodens, den elektrischen Strom zu leiten, und wird in der Regel in Ohm-Metern (Ω-m) angegeben.
  • Die Wenner Four-Pin-Methode ist ein gängiges Verfahren zur Messung des spezifischen Bodenwiderstands. Dabei werden vier gleichmäßig verteilte Metallstäbe in den Boden getrieben und ein Strom zwischen den beiden äußeren Stäben fließt, während die Potenzialdifferenz zwischen den beiden inneren Stäben gemessen wird. Aus dem Abstand zwischen den Stäben und der gemessenen Spannung wird der spezifische Bodenwiderstand berechnet.
    
    • 𝞺: Widerstandsfähigkeit
    • a: Abstand zwischen den Stäben
    • V: Gemessene Potentialdifferenz
    • I: Aktuell

Der Bodenwiderstand kann mit der Tiefe variieren, so dass es notwendig sein kann, Tests in verschiedenen Tiefen durchzuführen, um ein vollständiges Bild der elektrischen Eigenschaften des Bodens zu erhalten.

• Probenahme und Analyse des Bodens: Es können Bodenproben entnommen und zur genauen Analyse an ein Labor geschickt werden. Das Labor kann Informationen über die Bodenzusammensetzung (Sand, Schluff, Ton, organische Stoffe), den pH-Wert und die Korrosionseigenschaften liefern. Die Kenntnis des pH-Werts und der chemischen Zusammensetzung des Bodens ist wichtig, da stark saure oder alkalische Böden und Böden mit hohem Salzgehalt die Korrosion von metallischen Erdungsbauteilen beschleunigen können.

• Messung des Feuchtigkeitsgehalts: Die Bodenfeuchtigkeit hat einen großen Einfluss auf den spezifischen Widerstand, wobei feuchte Böden im Allgemeinen einen geringeren spezifischen Widerstand aufweisen. Die Messung der Bodenfeuchtigkeit kann helfen vorherzusagen, wie sich die Leistung des Erdungssystems bei saisonalen Schwankungen der Bodenfeuchtigkeit verändert.

• Auswirkungen der Temperatur: Auch die Bodentemperatur kann den spezifischen Widerstand beeinflussen. Es ist zwar schwieriger zu messen und zu berücksichtigen, aber es ist erwähnenswert, dass kältere Temperaturen den Bodenwiderstand erhöhen können.

• Prüfung der Korrosivität: Besteht der Verdacht, dass der Boden korrosiv ist, können mit Hilfe spezifischer Tests das Vorhandensein und die Konzentration von Elementen bestimmt werden, die metallische Erdungskomponenten korrodieren können. Dies wird sich auf die Wahl der Materialien und Schutzmaßnahmen auswirken.

Hoher spezifischer Bodenwiderstand

Der Bodenwiderstand kann den Gesamtwiderstand des Erdungssystems erheblich erhöhen. Hier sind einige Optionen, die Sie in Betracht ziehen sollten, wenn Sie auf einen hohen Bodenwiderstand stoßen:

• Verwenden Sie längere oder zusätzliche Erdungsstangen, um den Widerstand zu verringern.
• Erwägen Sie den Einsatz von chemischen Erdungsstäben, die Ionen freisetzen, um die Leitfähigkeit zu verbessern.
• Bringen Sie eine Erdungsplatte in einer Tiefe an, in der der Boden eine höhere Leitfähigkeit aufweist.
• Verwenden Sie eine leitfähige Aufschüttung um den Erdungsstab oder die Platte, um den Widerstand zu verringern.
• Behandeln Sie den Boden mit Chemikalien oder Feuchtigkeit, um den Widerstand zu verringern.

Lesen Sie unseren Übersichtsartikel zur Erdung, um mehr darüber zu erfahren, wie die elektrische Erdung funktioniert.

FAQs

Wie treibt man einen Erdungsstab in felsigen Boden?

Verwenden Sie einen Bohrhammer oder graben Sie ein Loch, um Felsen auszuweichen, füllen Sie es auf und treiben Sie die Stange ein.

Können Erdungsstangen schräg eingeschlagen werden?

Ja, in einem Winkel von bis zu 45 Grad, wenn eine vertikale Fahrt aufgrund von Hindernissen nicht möglich ist.

Können Erdungsstangen waagerecht verlegt werden?

Wenn die Tiefe nicht erreicht werden kann, können die Stäbe horizontal in einem Graben von mindestens 76 cm Tiefe vergraben werden.

Warum müssen Erdspieße in Wüstenböden tiefer liegen als in anderen Bodenarten?

Wüstenböden haben einen hohen elektrischen Widerstand, was den Stromfluss durch den Boden erschwert. Daher müssen die Erdungsstäbe tiefer getrieben werden, um einen Punkt zu erreichen, an dem der Boden leitfähiger ist.

Warum sind Bodenuntersuchungen für Erdungsstangen wichtig?

Bodenuntersuchungen helfen bei der Wahl der richtigen Länge und Platzierung des Erdungsstabs, um eine sichere und effektive Erdung bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen zu gewährleisten.