Spezifischer elektrischer Widerstand der Erde

Als Erde werden üblicherweise die oberen Schichten der Erdkruste bezeichnet, in denen die Ströme elektrischer Anlagen fließen können. Die Eigenschaft der Erde als Stromleiter hängt von ihrem Aufbau und den darin enthaltenen Bestandteilen ab.

Die Hauptbestandteile der Erde sind Kieselsäure, Aluminiumoxid, Kalkstein, Kohle usw. – sind Isolatoren und die Leitfähigkeit der Erde hängt von der Bodenlösung ab, also von der Feuchtigkeit und den Salzen, die zwischen den nichtleitenden Feststoffpartikeln der Komponenten eingeschlossen sind. Somit verfügt die Erde über eine ionische Leitfähigkeit, die im Gegensatz zur elektronischen Leitfähigkeit von Metallen größer ist elektrischer Widerstand gegen elektrischen Strom.

Es ist üblich, die Eigenschaften der Erde als Stromleiter zu definieren. spezifischer elektrischer Widerstand ρ, was den Widerstand eines Bodenwürfels mit Kanten von 1 cm bedeutet. Dieser Wert wird durch den Ausdruck bestimmt:

ρ = RS/l,

Ohm • cm2 / cm oder Ohm / cm, wobei R der Widerstand (Ohm) eines bestimmten Erdvolumens mit einem Querschnitt C (cm2) und einer Länge l (cm) ist.

Der Wert des Erdwiderstands ρ hängt von der Beschaffenheit des Bodens, seinem Feuchtigkeitsgehalt, dem Gehalt an Basen, Salzen und Säuren sowie seiner Temperatur ab.

Der Änderungsbereich des effektiven elektrischen Widerstands der Erde ρ verschiedener Böden ist riesig, zum Beispiel hat Ton einen Widerstand von 1 – 50 Ohm-/m, Sandstein 10 – 102 Ohm/m und Quarz 1012 – 1014 Ohm/m Zum Vergleich stellen wir den spezifischen elektrischen Widerstand der natürlichen Lösungen dar, die die Poren und Risse füllen. Beispielsweise haben natürliche Wässer, abhängig von den darin gelösten Salzen, einen Widerstand von 0,07 – 600 Ohm/m, davon Fluss- und Süßwassergrundwasser 60 – 300 Ohm/m und Meer- und Tiefenwasser 0,1 – 1 Ohm/m.

Eine Erhöhung des Gehalts an gelösten Stoffen im Boden, des Gesamtfeuchtigkeitsgehalts, der Verdichtung seiner Partikel, eine Temperaturerhöhung (sofern der Feuchtigkeitsgehalt nicht abnimmt) führen zu einer Abnahme von ρ. Öl- und Ölimprägnierung des Bodens sowie Gefrieren erhöhen ρ deutlich.

Die Erde ist heterogen und besteht aus mehreren Bodenschichten mit unterschiedlichen Werten von ρ. Bei der Berechnung von Erdungs- und Ingenieurstudien wurde zunächst von der Homogenität von ρ am Boden in vertikaler Richtung ausgegangen. Bei der Berechnung geerdeter Elektroden geht man nun davon aus, dass die Erde aus zwei Schichten besteht: der oberen mit dem Widerstand ρ1 und der Dicke h und der unteren mit dem Widerstand ρ2. Ein solches berechnetes Zweischichtmodell des Erdbrunnens spiegelt die Besonderheiten der Veränderungen der Erdtiefe wider, die durch Gefrieren und Austrocknen seiner Oberflächenschicht verursacht werden, sowie den Einfluss auf die P-Zone des Grundwassers.

Die analytische Berechnung aller Faktoren, die den Wert von ρ beeinflussen, ist schwierig, daher wird der Widerstand, der der akzeptierten Berechnungsgenauigkeit entspricht, durch direkte Messungen ermittelt.

Zur Messung der Parameter der elektrischen Struktur der Erde – der Dicke der Schichten und des Widerstands jeder Schicht – werden derzeit zwei Methoden empfohlen: eine vertikale Testelektrode und eine vertikale elektrische Messung. Die Wahl der Messmethode hängt von den Eigenschaften des Bodens und der erforderlichen Messgenauigkeit ab.

Siehe auch: So messen Sie den Erdungswiderstand

Die folgende Tabelle zeigt die Widerstandsfähigkeit der gängigsten Böden.

Bodenwiderstand Bodentyp Widerstand, Ohm / m Ton 50 Dichter Kalkstein 1000-5000 Lockerer Kalkstein 500-1000 Weicher Kalkstein 100-300 Granit und Sandstein je nach Verwitterung 1500-10000 Verwitterter Granit und Sandstein 100-600 Humusschicht 10-150 Schluffige Böden 20 -100 Juramergel 30–40 Mergel und dichter Ton 100–200 Glimmerschiefer 800 Tonsand 50–500 Quarzsand 200–3000 Schichtschieferböden 50–300 Nackter Felsboden 1500–3000 Mit Gras bedeckter Steinboden 300–500 Feuchtgebiete Aus mehreren Einheiten bis 30 Nasse Torfböden 5-100