28
– Sonderheft
BLITZSCHUTZMAßNAHMEN
Bei nichtlinearem (ionisiertem) Boden
ergibt sich ein ähnliches Bild, jedoch sind
die Maximalwerte bei einem bzw. zwei
Ringerdern deutlich niedriger als bei line-
arem Boden. Das sich einstellende „Pla-
teau“ im Bereich
r
≈ 1 m bis 5 m lässt die
ungefähre Ausdehnung der Ionisierungs-
zone erkennen. Bei drei und vier Ring-
erdern ist der Effekt der Bodenionisie-
rung nicht mehr zu beobachten, da die
Gesamterderlänge so groß wird, dass die
Stromdichte im Erdboden und damit die
elektrische Feldstärke so gering wird,
dass keine oder kaum noch Ionisation
auftritt. Darüber hinaus ist der jeweils
kritische äußere Ring mit zunehmender
Anzahl von Ringen immer tiefer in der
Erde vergraben und damit immer weiter
von der Erdoberfläche entfernt.
Weiterhin ist bemerkenswert, dass unab-
hängig vom Verlauf der Schrittspannung
innerhalb der Ringerderanlage die
Schrittspannungen in einem Abstand
r
> ~20 m einem einheitlichen Verlauf
folgen. Die Erdungsanlage kann also nur
die Schrittspannungen innerhalb der An-
lage beeinflussen, außerhalb der Anlage
folgen die Spannungen einem „natür-
lichen“ Verlauf. Dies kann in der Praxis
dann relevant sein, wenn dieser Bereich
der ungesteuerten Schrittspannungen
bereits auf benachbarten Grundstücken
liegt.
5.3 Tiefenerder
Als weitere typische Erdungsart wurden
Tiefenerder in drei verschiedenen Varian-
ten simuliert. Die Erdungsstangen waren
in jedem Fall insgesamt 9 m lang. Es wur-
de an jeder Hausecke jeweils eine Stange
platziert. Dabei unterschieden sich die
Varianten wie folgt:
1. Das obere Ende der Erder liegt auf
dem Niveau der Erdoberfläche
(„ebenerdig“).
2. Das obere Ende der Erder liegt auf
Kellerniveau, also 2 m unterhalb der
Erdoberfläche.
3. Wie bei 2. – zusätzlich sind jedoch die
obersten 3 m der Erdungsstange mit
einer 1 cm dicken PVC-Schicht isoliert.
Bild
verdeutlicht die unterschiedlichen
Varianten, die Bilder
¡
und
¢
zeigen
die Ergebnisse.
Die Simulationen bestätigen die vorheri-
gen Ergebnisse: Erderanlagen, deren
aktive Teile tiefer unter der Erdoberfläche
liegen, führen zu niedrigeren Schritt-
spannungen. Besonders deutlich wird
dies bei linearem (nicht ionisiertem)
Boden. Hier liegt die max. auftretende
Schrittspannung bei einem ebenerdig
angeschlossenen Tiefenerder bei etwa
375 kV, während der im Keller ange-
schlossene Tiefenerder einen Maximal-
wert von 28 kV aufweist. Der Tiefenerder
mit Kellermontage und isoliertem oberen
Drittel führt sogar nur zu einem Maxi-
malwert der Schrittspannung an der
Erdoberfläche von etwa 16 kV und liegt
damit unter dem zulässigen Grenzwert.
Im nichtlinearen Fall mit Bodenionisation
fällt die maximale Schrittspannung beim
ebenerdig angeschlossenen Tiefenerder
erwartungsgemäß deutlich niedriger
(etwa 61 kV) aus, überschreitet jedoch
immer noch den Grenzwert. Auch hier
ist die Ionisationszone deutlich im
Schrittspannungsverlauf zu erkennen.
Die Schrittspannungsverläufe der beiden
anderen Tiefenerdervarianten sind denen
im linearen Fall sehr ähnlich. Dies liegt
daran, dass sich hier die Ionisationszone
weit von der Erdoberfläche entfernt
ausbildet (mindestens 2 m) und der
reduzierende Effekt der Ionisation an der
Oberfläche nicht mehr wirken kann.
Bestätigt wird ebenfalls das bisherige
Ergebnis, dass sich mit zunehmender
Entfernung vom Gebäude (hier
r
> ~10 m)
die Schrittspannungsverläufe der einzel-
nen Tiefenerdervarianten einander
annähern.
5.4 Große Gebäude
Neben der Verlegetiefe hat auch die
Gesamterderlänge einen großen Einfluss
auf die resultierenden Schrittspannun-
gen. Dies wird deutlich bei den Ergebnis-
sen, die Erderanlagen für ein Gebäude
von 10 m × 50 m liefern. Bild zeigt die
Schrittspannungen für einen Fundament-
erder sowie die Schrittspannungen einer
Kombination aus einem Fundamenterder
und 1 bis 4 Ringerdern.
Dabei wird deutlich, dass bei der be-
trachteten Gebäudegröße bereits mit
einem einfachen Fundamenterder der
Grenzwert eingehalten werden kann. Im
Gegensatz hierzu wirkt sich das Hinzu-
fügen von einem oder zwei zusätzlichen
Ringerdern eher nachteilig aus, da hier
die Schrittspannungen wieder über den
Grenzwert ansteigen. Erst bei drei oder
vier zusätzlichen Ringerdern wird der
Grenzwert unterschritten.
1 Ring
2 Ringe
3 Ringe
4 Ringe
Grenzwert
200
kV
100
50
0
10
20 m
|
<
S
|
Y
Schrittspannungen bei 1 bis 4 Ring-
erdern und linearem Boden
Planskizze zur Tiefenlage der
untersuchten Tiefenerder-Varianten
¡
Schrittspannungen bei verschiede-
nen Tiefenerder-Varianten und linearem
Boden
60
kV
40
30
20
10
0
10 15
25
5
20 m
c<
S
c
Y
1 Ring
2 Ringe
3 Ringe
4 Ringe
Grenzwert
Erd-
oberfläche
Gebäudekeller
OKG ± 0 m
OKG – 2 m
OKG – 4 m
OKG – 6 m
OKG – 8 m
OKG – 10 m
OKG – 12 m
Version Keller
Version Keller (3 m isoliert)
Version (ebenerdig)
9 m ebenerdig
9 m
9 m (3 m isoliert)
Grenzwert
400
kV
200
100
0
10
20
15
5
m
c<
S
c
Y
Schrittspannungen bei 1 bis 4 Ring-
erdern und nichtlinearem Boden
