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2025-03-15T01:36:54Z

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Der '''Erdungswiderstand''' RE ist der [[Elektrischer Widerstand|elektrische Widerstand]] zwischen dem Anschlusspunkt eines [[Erder (Elektroinstallation)|Erders]] und der [[Erdung#Grundlagen|Bezugserde]].<ref name="Quelle 13" /> Der Erdungswiderstand ist eine wichtige Kenngröße einer [[Erdung]]smaßnahme und sollte im Regelfall möglichst klein sein.<ref name="Quelle 1" />

Der Erdungswiderstand wird teilweise mit dem '''Ausbreitungswiderstand''' bzw. '''Erdausbreitungswiderstand''' gleichgesetzt, kann aber auch als geringfügig größer angesehen werden, wenn die Widerstände von Erder und Erdungsleiter noch dazugezählt werden.

== Zusammensetzung ==
Der Erdungswiderstand wird im Wesentlichen durch den spezifischen Erdwiderstand des [[Boden (Bodenkunde)|Bodens]] in unmittelbarer Nähe der Erderelektrode und die Geometrie der Erderelektrode bestimmt.<ref name="Quelle 2" /> Der Erdungswiderstand wird daher auch Ausbreitungswiderstand oder Erdausbreitungswiderstand genannt.<ref name="Quelle 5" /> Der Ausbreitungswiderstand ist der Widerstand zwischen dem Erder und der Bezugserde (Wirkwiderstand der Erde).<ref name="Quelle 8" /> Der Erdungswiderstand ist die Summe des wirksamen Ausbreitungswiderstandes ggf. parallelgeschalteter Erder, des Widerstandes der Metallelektrode des Erders und der an den Erder bzw. die Erdungsanlage angeschlossenen Erdungsleiter.<ref name= "Quelle 10" /> Der elektrische Widerstand zwischen der [[Potentialausgleichschiene]] und der Bezugserde wird als Gesamterdungswiderstand bezeichnet.<ref name="Quelle 13" />

=== Erdungsimpedanz ===
In Wechselstromanlagen spricht man von Erdungsimpedanz ZE, dies ist der [[Wechselstromwiderstand]] zwischen Erder und Bezugserde.<ref name= "Quelle 3" /> Bei der Erdungsimpedanz wird neben dem Widerstandsbelag und Querleitwertsbelag auch der Induktivitätsbelag sowie der Kapazitätsbelag berücksichtigt.<ref name= "Quelle 7" /> Sie ergibt sich aus den Ausbreitungswiderständen und zum Beispiel den Impedanzen der angeschlossenen [[Erdseil]]e von Freileitungen oder den Metallmänteln von Kabeln.<ref name= "Quelle 3" />

Bei Blitzschutzerdern ist die Induktivität des Blitzableiters und des Erders maßgebend. Der gemessene Erdausbreitungswiderstand verringert sich bei Blitzeinschlag durch nichtlineare Vorgänge im Erdreich. Man rechnet mit 1 Mikrohenry pro Meter Leiter, woraus sich vierstellige Spannungsbeträge in Volt bei Blitzeinschlag ergeben. Dementsprechend werden äußere Blitzschutzanlagen oft isoliert von weiteren leitfähigen Installationen des Hauses verlegt.

== Spezifischer Erdwiderstand ==
Der '''spezifische Erdwiderstand'''<ref name= "Quelle 6" /> auch '''spezifischer Bodenwiderstand ρ'''E genannt,<ref name="Quelle 10" /> ist maßgeblich für die Höhe des Erdungswiderstandes RE bzw. des Ausbreitungswiderstandes RA (auch Erdausbreitungswiderstand genannt) verantwortlich.<ref name= "Quelle 6" /> Dieser spezifische Erdwiderstand entspricht dem Widerstand eines Würfels mit einer Kantenlänge von einem Meter. Voraussetzung für die Widerstandsbestimmung ist, dass der Würfel dabei von einer Kantenfläche zur anderen Kantenfläche durchströmt wird.<ref name="Quelle 3" /> Die Höhe des spezifischen Erdwiderstandes ist von mehreren Faktoren abhängig.<ref name="Quelle 12" /> Neben der [[Bodentyp|Bodenart]] nehmen auch die [[Korngröße|Körnung]] und die [[Dichte]] des Bodens Einfluss auf den spezifischen Erdwiderstand. Außerdem wirken sich Unterschiede im Feuchtegehalt auf die Höhe des spezifischen Erdwiderstandes aus.<ref name="Quelle 14" /> Diese Feuchtegehalte unterliegen starken jahreszeitlichen Schwankungen.<ref name="Quelle 2" /> Die jahreszeitlichen Schwankungen des spezifischen Erdwiderstandes hängt im Wesentlichen von der Tiefe des Bodens ab. Diese Schwankungen verlaufen annähernd sinusförmig.<ref name= "Quelle 7" /> Auch die Temperatur des Erdbodens wirkt sich auf die Höhe des spezifischen Erdwiderstandes aus, gefrorenes Erdreich wirkt sich fast wie ein [[Isolierstoff|Isolator]] aus.<ref name="Quelle 3" />

{| class="wikitable left"
|+ Spezifischer Erdwiderstand ρ in Ωm
|-
! Bodenbeschaffenheit
! Wertebereich
! Mittelwert
|-
|align="center"|sumpfiger Boden||align="center"|2–50||align="center"|30
|-
|align="center"|Ziegelton||align="center"|2–200||align="center"|40
|-
|align="center"|Schwemmsand, Humus Lehmsandboden||align="center"|20–260||align="center"|100
|-
|align="center"|Sand und Sandboden||align="center"|50–3000||align="center"|200 (feucht)
|-
|align="center"|Torf||align="center"|> 100||align="center"|200
|-
|align="center"|Kies (feucht)||align="center"|50–3000||align="center"|1000 (feucht)
|-
|align="center"|steiniger und felsiger Boden||align="center"|100–8000||align="center"|2000
|-
|align="center"|Beton: Zement/Sand Mischungsverhältnis 1:5||align="center"|50–300||align="center"|150
|-
|align="center"|Beton: Zement/Kies Mischungsverhältnis 1:5||align="center"|100–8000||align="center"|400
|-
|align="center"|Beton: Zement/Kies Mischungsverhältnis 1:7||align="center"|50–300||align="center"|
|}

Zum Vergleich: Der spezifische Widerstand ρ von guten elektrischen Leitern wie [[Metall]]en liegt in Bereichen unter 10−6 Ωm.

Quelle:<ref name="Quelle 4" /><ref name="Quelle 8" /><ref name="Quelle 2" />

=== Stromverteilung und Potentialverlauf ===
[[Datei:Erdungswiderstand Zwei Halbkugeln.svg|mini|hochkant=2|Zwei metallische Halbkugelerder als Modell und die Bestimmung des Erdwiderstandes]]

Die Stromverteilung und der Potentialverlauf des Erders und somit auch der Erdungswiderstand, hängen von den [[Erder (Elektroinstallation)#Erderformen|Abmessungen]] und der Anordnung des Erders ab. Je größer die Oberfläche des Erders ist, umso großflächiger ist die Berührungsfläche mit dem Erdreich. Eine größere Berührungsfläche mit dem Erdreich bedeutet zugleich eine größere Stromaustrittsfläche. Somit sinkt dadurch der Erdungswiderstand. Die Form und Größe der Erderoberfläche bestimmt im Wesentlichen in Erdernähe die Stromverteilung um den Erder. Mit zunehmender Entfernung vom Erder nimmt dieser Einfluss ab.<ref name="Quelle 1" />

Bei einem Halbkugelerder breitet sich der Strom vom Kugelmittelpunkt ausgehend [[radialsymmetrisch]] im Erdreich aus. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn das Erdreich homogen ist. Die Fläche, die dem Strom beim Austritt aus dem Erder zur Verfügung steht, ist zunächst relativ klein, sie wird aber mit zunehmender Entfernung vom Erder immer größer.<ref name="Quelle 3" /> In nebenstehender Skizze sind zwei metallische Halbkugeln mit dem Radius ''r'' mit Abstand ''d'' zueinander im Erdreich vergraben. Dabei ist vorausgesetzt, dass der Abstand ''d'' wesentlich größer als der Kugelradius ''r'' ist. In diesem Fall ist der an den Klemmen ''K'' zu messende Widerstand ''R''k unabhängig von der Entfernung ''d'', dies ist durch den großen Querschnitt des Erdreichs bedingt. In Abhängigkeit vom Radius des Erders und vom Bodenwiderstand ρ in der Umgebung des Erders wird der Widerstand ''R''k nach folgender Gleichung bestimmt:

:<math>R_k = \frac{\rho}{\pi \cdot r}</math>

Damit ergibt sich der Erdungswiderstand ''R'' eines Erders zu:

:<math>R = \frac{\rho}{2 \cdot \pi \cdot r}</math>

In der Praxis werden halbkugelförmige Erder jedoch nicht verwendet.<ref name="Quelle 1" />

==== Potentialverteilung ====
Die Potentialverteilung an der Erdoberfläche ist von der Bauform des Erders abhängig. Tiefenerder haben an der Erdoberfläche eine ungünstigere Potentialverteilung als Oberflächenerder.<ref name="Quelle 8" /> Der über den Erder in das Erdreich eingeleitete Strom erzeugt um den Erder einen Spannungstrichter. Um einen Halbkugelerder ergeben sich konzentrische Äquipotentiallinien. Bei in der Praxis eingesetzten Erdern ergeben sich anders geformte Äquipotentiallinien und somit auch anders geformte Spannungstrichter.<ref name="Quelle 1" /> Die Potentialverteilung hat einen großen Einfluss auf die [[Schrittspannung]].<ref name="Quelle 8" />

== Stoßerdungswiderstand ==
Bei hochfrequenten Vorgängen, wie z. B. bei [[Blitzschutzerdung|Blitzströmen]], kann nicht mehr mit dem Erdungswiderstand gerechnet werden. Hier wird aufgrund der geänderten Parameter mit dem Stoßerdungswiderstand gerechnet.<ref name="Quelle 5" /> Der Stoßerdungswiderstand (Stoßimpedanz) hat aufgrund von [[Wirbelstrom|Wirbelströmen]] und Abstrahlungseffekten einen höheren Wert als der Erdungswiderstand <math>R_E</math>. Das liegt daran, dass der Erdungswiderstand bei einer [[Frequenz]] von 50 [[Hertz (Einheit)|Hertz]] gemessen wird. Für die praktische Erderberechnung ist die Berücksichtigung des bei 50 Hertz ermittelten Erderwiderstandes in der Regel ausreichend.<ref name="Quelle 9" />

== In der Praxis ==
Bei praktischen Erdungselektroden kommen noch zusätzliche Widerstandsanteile wie die der Anschlussleitung und der Verbindungselemente (Klemmen) hinzu. Diese Widerstände sind meistens vernachlässigbar, sofern die Verbindungselemente gut befestigt sind, da die Bauteile üblicherweise aus gut leitenden Metallen bestehen. Bei anderen Geometrien des Erders, die deutlich von der Kugelform abweichen, wie beispielsweise [[Banderder]], ergeben sich andere Beziehungen zwischen Form des Erders und Widerstand, die oft nicht analytisch, sondern durch praktische Messungen bestimmt werden.<ref name="Quelle 3" />

== Messung ==
[[Datei:Earthing resistance.JPG|mini|hochkant=2|Anordnung zur praktischen Messung des Erdungswiderstandes]]

Zur [[Erdungsmessung|Messung]] des Erdungswiderstands gibt es mehrere verschiedene Verfahren. Wichtige Hilfsmittel sind dabei Erdspieße als Hilfserder und Sonden sowie [[Stromzange]]n zur Einspeisung und Messung der Erderströme.<ref name="Quelle 10" /> Die Messung mit einem Wechselstrom als Prüfstrom ist eigentlich immer eine Messung von Impedanzen. Bei sehr niederen Messfrequenzen ist dies in der Regel jedoch weitgehend (sehr nahe) dem ohmschen Wert entsprechend.<ref name="Quelle 7" />

== Praktische Anwendung ==
Erdungsanlagen, welche in der räumlichen Ausdehnung mehrere Kilometer im Durchmesser umfassen, können mit besonders kleinem Erdungswiderstand im Bereich um und knapp unter 1 Ω ausgeführt werden. Diese werden bei [[Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung#Leitungsanlagen und Erder|monopolaren Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen]], in welchen die [[Betriebserdung]] im Normalbetrieb Ströme bis zu einigen kA führt, eingesetzt. Ein Beispiel einer solchen Anlage ist die [[Pacific DC Intertie]] in den USA.

== Sternpunktbehandlung ==
Mit dem Begriff ''Erdungswiderstand'' als Komponente (technisches Bauteil) werden auch ''[[Betriebserdung#Sternpunkterdung|Sternpunkt-Erdungswiderstände]]'' bezeichnet, welche beispielsweise bei [[Mittelspannung]]sanlagen zwischen dem [[Sternpunkt]] eines [[Leistungstransformator]]s oder [[Elektrischer Generator|Generators]] und der Erdungsanlage geschaltet werden, um im Fehlerfall den [[Erdschluss]]strom zu begrenzen.<ref name="Quelle 11" />

== Normen ==
* DIN VDE 0100-540 (VDE 0100-540:2012-06) ''Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Erdungsanlagen und Schutzleiter''
* EN 50522:2010-11  (VDE 0101-2:2011-11) ''Erdung von Starkstromanlagen mit Nennwechselspannungen über 1 kV''

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Quelle 1">Wilfried Knies, Klaus Schierack: ''Elektrische Anlagentechnik; Kraftwerke, Netze, Schaltanlagen, Schutzeinrichtungen.'' 5. Auflage. Hanser Fachbuchverlag, 2006, ISBN 3-446-40574-7.</ref>
<ref name="Quelle 2">Hennig Gremmel, Gerald Kopatsch: ''Schaltanlagenbuch (ABB).'' 11. Auflage. Cornelsen, Berlin 2008, ISBN 978-3-589-24102-6.</ref>
<ref name="Quelle 3">Anton Gabbauer: ''Ein Beitrag zur rechnerischen Bestimmung von Erdungsimpedanzen, Erdungsströmen und Erdungsspannungen von elektrischen Anlagen in Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung.'' Diplomarbeit. ({{Webarchiv|url=http://www.ifea.tugraz.at/sources/pdf/DA_Gabbauer.pdf |wayback=20110627164204 |text=online |archiv-bot=2023-12-18 19:00:45 InternetArchiveBot }}, abgerufen am 18. Juli 2011; PDF; 1,7 MB).</ref>
<ref name="Quelle 4">Hans-Günter Boy, Uwe Dunkhase: ''Die Meisterprüfung Elektro-Installationstechnik.'' 12. Auflage. Vogel Buchverlag, Oldenburg/Würzburg 2007, ISBN 978-3-8343-3079-6.</ref>
<ref name="Quelle 5">[[Valentin Crastan]]: ''Elektrische Energieversorgung 1.'' Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-69439-7.</ref>
<ref name="Quelle 6">Friedhelm Noack: ''Einführung in die elektrische Energietechnik''. Carl Hanser Verlag, München/Wien 2003, ISBN 3-446-21527-1.</ref>
<ref name="Quelle 7">Johann Frei: ''Messung der Impedanz ausgedehnter Erdersysteme sowie deren Berechnung.'' Diplomarbeit. Technische Universität Graz. ({{Webarchiv|url=http://www.ifea.tugraz.at/sources/pdf/DA_Frei.pdf |wayback=20180112160251 |text=online |archiv-bot=2023-04-22 20:08:56 InternetArchiveBot }}, abgerufen am 18. Juli 2011; PDF; 2,9 MB).</ref>
<ref name="Quelle 8">[[Gerhard Kiefer]]: ''VDE 0100 und die Praxis.'' 1. Auflage. VDE-Verlag, Berlin/Offenbach, 1984, ISBN 3-8007-1359-4, S. 50–52, 148–158.</ref>
<ref name="Quelle 9">Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: ''Elektrische Energieversorgung.'' 7. Auflage. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0217-0.</ref>
<ref name="Quelle 10">Enno Hering: ''Messungen und Prüfungen an Erdungsanlagen.'' Deutsches Kupferinstitut. ([https://www.kupferinstitut.de/fileadmin/user_upload/kupferinstitut.de/de/Documents/Shop/Verlag/Downloads/Anwendung/Elektrotechnik/s190.pdf online], abgerufen am 18. Juli 2011; PDF; 364 kB).</ref>
<ref name="Quelle 11">GINO GmbH: ''Sternpunkt-Erdungswiderstände''. {{Webarchiv|url=http://www.gino.de/wp-content/uploads/GINO_Erdungswiderstaende.pdf |wayback=20170221110410 |text=Online |archiv-bot=2023-12-18 19:00:45 InternetArchiveBot }} (abgerufen am 20. Februar 2017; PDF; 1,3 MB).</ref>
<ref name="Quelle 12">Wilhelm Schrank: ''Schutz gegen Berührungsspannungen.'' Dritte überarbeitete Auflage, Springer Verlag, Berlin/Heidelberg 1958, S. 56–62.</ref>
<ref name="Quelle 13">Herbert Schmolke: ''Potentialausgleich, Fundamenterder, Korrosionsgefährdung''. 7. komplett überarbeitete Auflage, VDE Verlag GmbH, Berlin Offenbach 2009, ISBN 978-3-8007-3139-8, S. 19.</ref>
<ref name="Quelle 14">Oskar Lobl: ''Erdung, Nullung und Schutzschaltung nebst Erläuterungen zu den Erdungsleitsätzen''. Verlag von Julius Springer, Berlin 1933, S. 27–29.</ref>
</references>

[[Kategorie:Erdung]]
[[Kategorie:Widerstand]]

Erdungswiderstand - Versionsgeschichte

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