Erdungsstangen-Widerstands-Rechner

Dieser Rechner ermittelt den Erdwiderstand von erdverlegten Stäben für einen einzelnen blanken Stab, einen einzelnen einbetonierten Stab und Stabbetten (mehrere Stäbe), die entweder blank oder einbetoniert sind. Bei Stangenbetten wird die Wirkung der horizontalen vergrabenen Leiter nicht berücksichtigt, daher sind die Ergebnisse konservativ.

Die verwendeten einfachen Gleichungen sind direkt aus Abschnitt 14.6 des IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding (IEEE Std 80-2013) übernommen oder daraus abgeleitet. Zu den Einschränkungen der Gleichungen gehört, dass sie sich nur auf gleichmäßige Böden beziehen und nicht für zwei- oder mehrschichtige Böden geeignet sind. Sie beziehen sich auch nicht auf Stangen, die nicht gleichmäßig getrennt sind.

Die SafeGrid Earthing Software kann den Widerstand von erdverlegten Erdungsstäben für jede Größe und Form von Erdungsnetzen mit einem hohen Grad an Genauigkeit berechnen.

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Widerstand der Erdungsstange

Dieser Rechner ermittelt den Stabwiderstand eines einzelnen Stabes oder mehrerer Stäbe eines Gitters, die in einem einheitlichen Bodenmodell vergraben sind. Er ermittelt auch den Widerstand der Elektroden, wenn diese in Beton eingegossen sind.

Gleichungen:

1. Einzelne Stange

Die übliche Formel zur Berechnung des Widerstands eines einzelnen Stabs [1] lautet:

Wo:

ρ: der spezifische Widerstand des Bodens (Ω·m).
_Lr: Länge des Erdungsstabs.
d: Durchmesser des Erdungsstabs.

2. Einzelner Stab in Beton eingeschlossen

In Böden mit hohem spezifischem Widerstand empfiehlt es sich, die Stäbe mit einer zusätzlichen Betonschicht zu ummanteln, da Beton je nach Feuchtigkeitsgehalt einen niedrigeren spezifischen Widerstand von 30 Ω·m bis 200 Ω·m aufweist. Dadurch wirkt er wie ein Boden mit niedrigem spezifischen Widerstand um die Stäbe herum und bietet zusätzlichen Schutz.
Den Widerstand der in Beton eingekapselten Stäbe können wir mithilfe der Gleichung von Fagan und Lee [2] berechnen:

Wo:

_ρc: der spezifische Widerstand des Betons (Ω·m)
;_Dc: der Durchmesser der Betonummantelung (m)

3. Stabbett

Schwarz [1] benutzte die folgende Formel, um den Widerstand eines Stabbettes zu bestimmen:

Wo:

A: Fläche des Gitters (m²)
_nr: Anzahl der in der Fläche A platzierten Stäbe.
_k1: Koeffizient.

Später formulierte Kercel [3] eine Gleichung zur Berechnung des Koeffizienten für ein rechteckiges Gitter in Abhängigkeit von der Gitterfläche (Länge und Breite).
Die Formel für den Koeffizienten lautet:

Wo:

a: die Länge des Rasters (m)
b: die Breite des Rasters (m)

4. Stabbett aus betonummantelten Stäben

Aus (3) ergibt sich:

Setzt man (1) in (5) ein, erhält man:

Für einen in Beton eingeschlossenen Stab ersetzen wir (2) durch (6). Dann haben wir:

Angabe der Formel für ein Stabbett für in Beton eingeschlossene Stäbe (Abbildung 1).

Referenzen:

[1] 'IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding'. IEEE Power and Energy Society. USA. 2013, p. 204

[2] Fagan, E.J. und Lee, R. H., "The use of concrete-enclosed reinforcing rods as grounding electrodes", IEEE Transactions on Industry and General Applications, IGA-6: No. 4, Jul. 1970.

[3] Kercel, S. W., "Design of switchyard grounding systems using multiple grids" IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-100, no. 3, pp. 1341-1350, Mar. 1981.