DE202011050790U1

DE202011050790U1 - Device and measuring arrangement for determining the specific earth resistance

Info

Publication number: DE202011050790U1
Application number: DE201120050790
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2012-07-09
Anticipated expiration: 2021-07-23

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands mit einer Ansteuereinheit (6) mit mindestens drei Messanschlüssen (M1, M2, M3, M4) zum Anschließen von jeweils einer Messsonde (1, 2, 3, 4), mit einer Stromquelle (I1, I2) zum Einprägen eines Stroms an einem Messsondenpaar (M1, M2) und einer Spannungsmesseinheit (U1, U2) zum Ermitteln der an mindestens einem anderen Messsondenpaar (M3, M4) abfallenden Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltlogik (7, 8) umfasst, a) die in einer ersten Schaltstellung (A) ein erstes Messanschlusspaar (M1, M2) mit der Stromquelle (I1, I2) und mindestens ein anderes, zweites Messanschlusspaar (M3, M4) mit der Spannungsmesseinheit (U1, U2) verbindet, und b) die in mindestens einer zweiten Schaltstellung (B) ein anderes Messanschlusspaar (M4, M1) als das erste Messanschlusspaar (M1, M2) mit der Stromquelle (I1, I2) und/oder mindestens ein weiteres und/oder anderes Messanschlusspaar (M2, M3) als das zweite Messanschlusspaar (M3, M4) mit der Spannungsmesseinheit (U1, U2) verbindet, wobei sich...Device for determining the specific earth resistance with a control unit (6) with at least three measuring connections (M1, M2, M3, M4) for connecting one measuring probe (1, 2, 3, 4) each, with a current source (I1, I2) for Impressing a current on a pair of measuring probes (M1, M2) and a voltage measuring unit (U1, U2) for determining the voltage dropping on at least one other pair of measuring probes (M3, M4), characterized in that it comprises a switching logic (7, 8), a ) which in a first switching position (A) connects a first pair of measuring connections (M1, M2) to the current source (I1, I2) and at least one other, second pair of measuring connections (M3, M4) to the voltage measuring unit (U1, U2), and b) which in at least one second switching position (B) has a different measuring connection pair (M4, M1) than the first measuring connection pair (M1, M2) with the current source (I1, I2) and / or at least one further and / or different measuring connection pair (M2, M3) as the second pair of measuring connections (M3, M4) of the voltage measuring unit (U1, U2), whereby ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Messanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. The invention relates to a device for determining the specific earth resistance according to the preamble of claim 1 and a measuring arrangement according to the preamble of claim 9.

Um Erdungssysteme für Bauten und Gebäude auslegen zu können, muss zunächst der spezifische Erdwiderstand bestimmt werden. Hierzu sind unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen seit langem bekannt. In order to design grounding systems for buildings and buildings, the specific earth resistance must first be determined. For this purpose, different methods and devices have long been known.

Die DE 28 10 358 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands einer bestimmten, in einem gewissen Abstand unter der Erdoberfläche befindlichen Bodenschicht unter Verwendung des 3-Sonden-Messverfahrens. Hierbei wird ein Sondierstab relativ weit in die Bodenschicht getrieben und über ein Ampermeter und eine Wechselstromquelle mit einer ersten Oberflächenelektrode sowie über ein Wechselstrom-Voltmeter mit einer zweiten Oberflächenelektrode verbunden. Zum Bestimmen des spezifischen Erdwiderstands erzeugt die Wechselstromquelle einen Wechselstrom, der über die Sonde, den Boden, die zweite Oberflächenelektrode und das Amperemeter fließt. Gleichzeitig wird der sich durch den Stromfluss ergebende Spannungsunterschied zwischen Boden und Sonde mittels des Voltmeters über die zweite Oberflächenelektrode gemessen und dann anhand einer Formel der spezifische Erdwiderstand bestimmt. The DE 28 10 358 A1 discloses a method for determining the resistivity of a particular sub-surface soil layer using the 3-probe measurement method. Here, a probing rod is relatively far driven into the soil layer and connected via an ammeter and an AC power source to a first surface electrode and via an AC voltmeter to a second surface electrode. For determining the earth resistivity, the AC power source generates an AC current that flows across the probe, the ground, the second surface electrode, and the ammeter. At the same time, the voltage difference between the ground and the probe resulting from the current flow is measured by means of the voltmeter via the second surface electrode and then determined by a formula of the specific earth resistance.

Eine Bestimmung des spezifischen Erdwiderstandes ist dabei nur näherungsweise möglich, da an einer der stromführenden Sonden gleichzeitig auch das Potential abgegriffen wird und es dadurch zu Messfehlern kommen kann. Grund hierfür ist die Reihenschaltung von Erdwiderstand und Übergangswiderstand zwischen Sonde und Erdreich. A determination of the specific earth resistance is only approximately possible because at one of the current-carrying probes also the potential is tapped at the same time and this can lead to measurement errors. The reason for this is the series connection of earth resistance and contact resistance between probe and soil.

Ein weiteres Beispiel für die 3-Sonden-Messmethode ist in der EP 2 189 799 A1 offenbart. Dort wird versucht, diesen Übergangswiderstand durch eine besondere Elektrodenform zu minimieren, was sich in der Praxis aber nicht durchgesetzt hat. Another example of the 3-probe measurement method is in the EP 2 189 799 A1 disclosed. There is an attempt to minimize this contact resistance by a special electrode shape, but this has not prevailed in practice.

Die 3-Sonden-Messverfahren werden deshalb im Wesentlichen zur Überprüfung bestehender Erdungssysteme bezüglich ihrer Niederohmigkeit verwendet, nicht aber zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands vor Errichtung eines Erdungssystems. The 3-probe measurement methods are therefore used essentially for checking existing earthing systems for their low resistance, but not for determining the specific earth resistance before establishing a grounding system.

Hierzu wird oft die 4-Sonden-Messmethode nach Wenner verwendet, wie schematisch in 5 dargestellt. Dabei werden vier Messsonden 101, 102, 103, 104 in Längsrichtung im gleichen Abstand a voneinander in den Boden eingetrieben. Anschließend werden die äußeren Messsonden 101, 104 mit Stromanschlüssen 105, 108 und die inneren Messsonden 102 und 103 mit Spannungsmessanschlüssen 107, 108 eines Erdungsmessgeräts 109 verbunden. An den äußeren Messsonden 101, 104 wird anschließend einen Wechselstrom eingeprägt, wobei der Stromfluss über das Erdreich am Erdwiderstand einen Spannungsabfall erzeugt, der an den inneren Messsonden 101, 203 gemessen wird. Hieraus wird mit der bekannten Formel ρ_S = 2πaR der spezifische Erdwiderstand bestimmt, wobei der Widerstand R durch Division der gemessenen Spannung durch den eingeprägten Strom bestimmt wird. For this, the 4-probe measuring method according to Wenner is often used, as shown schematically in 5 shown. There are four probes 101 . 102 . 103 . 104 driven in the longitudinal direction at the same distance a from each other in the ground. Subsequently, the outer probes 101 . 104 with power connections 105 . 108 and the inner probes 102 and 103 with voltage measuring connections 107 . 108 a grounding device 109 connected. At the outer measuring probes 101 . 104 Subsequently, an alternating current is impressed, wherein the flow of current through the soil at the earth resistance generates a voltage drop, which at the inner measuring probes 101 . 203 is measured. This is with the known formula ρ _S = 2πaR determines the specific earth resistance, wherein the resistance R is determined by dividing the measured voltage by the impressed current.

Um ein besseres Ergebnis für den spezifischen Erdwiderstand zu erhalten, kann durch mehrfaches Verändern des Abstands a ein Profil aufgenommen werden, mittels dem dann auf ein geeignetes Erdungssystem geschlossen werden kann. Üblicherweise beträgt der Abstand a zwischen 5 m und 30 m. Da gerade in städtischen Gebieten die Messergebnisse häufig durch unterirdische Metallteile, beispielsweise Kabel oder Rohre, oder auch durch unterirdische Wasseradern verfälscht werden können, wird oft eine zweite Messung durchgeführt, bei der die Messsonden 90° zur ursprünglichen Messrichtung gedreht werden. In order to obtain a better result for the specific earth resistance, by repeatedly changing the distance a, a profile can be taken, by means of which a suitable grounding system can then be concluded. Usually, the distance a is between 5 m and 30 m. Since especially in urban areas, the measurement results can often be falsified by underground metal parts, such as cables or pipes, or even by underground water veins, often a second measurement is performed, in which the probes are rotated 90 ° to the original measurement direction.

Ein auf dem Verfahren nach Werner basierendes Messverfahren wurde von Schlumberger eingeführt, der den Abstand der äußeren Messelektroden zu den inneren Messelektroden variiert, wie aus 6 hervorgeht. Die inneren Messelektroden 102, 103 sind wieder im Abstand a in das Erdreich eingetrieben, während die äußeren Messelektroden 101, 104 jeweils im Abstand b zur nächsten inneren Messelektrode 102 bzw. 103 angebracht sind. Die Auswertung erfolgt dann entsprechend der Methode nach Wenner, wobei sich der spezifische Erdwiderstand dann ergibt zu ρ_S = πbR(1 + a/b) A measuring method based on Werner's method was introduced by Schlumberger, who varies the distance of the outer measuring electrodes to the inner measuring electrodes, as shown 6 evident. The inner measuring electrodes 102 . 103 are again driven at a distance a into the ground, while the outer measuring electrodes 101 . 104 each at a distance b to the next inner measuring electrode 102 respectively. 103 are attached. The evaluation then takes place according to the method according to Wenner, whereby the specific earth resistance then results in ρ _S = πbR (1 + a / b)

Die bekannten Messvorrichtungen und -verfahren weisen den Nachteil auf, dass sie selbst bei kleinstem gewählten Abstand a von 5 m einen Mindestabstand zwischen den äußeren Messelektroden 101, 104 von 15 m benötigen, der insbesondere in innerstädtischen Gebieten oft nicht vorhanden ist. Werden die Abstände kleiner geht gewählt, so vergrößert sich die Messungenauigkeit. Im ungünstigsten Fall gerät man mit den Messelektroden bzw. -sonden in den Potentialtrichter der Stromeinprägung. The known measuring devices and methods have the disadvantage that they even at the smallest selected distance a of 5 m, a minimum distance between the outer measuring electrodes 101 . 104 15 m, which is often absent especially in inner-city areas. If the distances are chosen to be smaller, the measurement inaccuracy increases. In the worst case, one gets into the potential funnel of the current injection with the measuring electrodes or probes.

Wird zur Absicherung der Messung noch eine zweite Messung quer zur ursprünglichen Messrichtung durchgeführt, so wird quadratischer Platz mit einer Kantenlänge von 15 m benötigt. Auch erfordert die Drehung der Messelektroden 101 bis 104 um 90° einen großen Arbeitsaufwand, da alle vier Messelektroden 101 bis 104 an neuen Stellen in den Boden getrieben werden müssen, was besonders bei harten Böden schwierig ist. If a second measurement is taken transversely to the original measuring direction to secure the measurement, square space with an edge length of 15 m is required. Also required the rotation of the measuring electrodes 101 to 104 by 90 ° a lot of work because all four measuring electrodes 101 to 104 must be driven in new places in the ground, which is difficult especially in hard soils.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen und Messanordnungen besteht im umständlichen Hantieren mit den langen Zuleitungen zu den Messsonden. So werden aufgrund der weit auseinander stehenden Messsonden Kabelrollen bis zu 50 m verwendet, deren Eigenwiderstand u.U. zu kompensieren ist. Another disadvantage of the known devices and measuring arrangements is the cumbersome handling of the long leads to the probes. Thus, due to the widely spaced measuring probes, cable reels up to 50 m are used, whose intrinsic resistance may be reduced. to compensate.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung und eine Messanordnung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands bereitzustellen, die ein einfaches, schnelles, raum- und arbeitssparendes genaues Bestimmen des spezifischen Erdwiderstands ermöglichen. The object of the invention is therefore to overcome the above-mentioned disadvantages and to provide a device and a measuring device for determining the specific earth resistance, which allow a simple, fast, space and labor-saving accurate determination of the specific earth resistance.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The invention achieves this object by a device having the features of claim 1 and a measuring arrangement having the features of claim 9. Preferred embodiments and advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Eine eingangs genannte Vorrichtung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltlogik umfasst, a) die in einer ersten Schaltstellung ein erstes Messanschlusspaar mit der Stromquelle und mindestens ein anderes, zweites Messanschlusspaar mit der Spannungsmesseinheit verbindet, und b) die in mindestens einer zweiten Schaltstellung ein anderes Messanschlusspaar als das erste Messanschlusspaar mit der Stromquelle und/oder mindestens ein weiteres und/oder anderes Messanschlusspaar als das zweite Messanschlusspaar mit der Spannungsmesseinheit verbindet, wobei sich in jeder Schaltstellung das jeweils mit der Stromquelle verbundene Messanschlusspaar von dem oder den mit der Spannungsmesseinheit verbundenen Messanschlusspaaren unterscheidet. A device for determining the specific earth resistance mentioned in the introduction is characterized in that it comprises a switching logic, a) which connects a first measuring terminal pair with the current source and at least one other, second measuring terminal pair with the voltage measuring unit in a first switching position, and b) the in at least one second switching position another Meßanschlusspaar than the first Meßanschlusspaar with the power source and / or at least one other and / or other Meßanschlusspaar than the second Meßanschlusspaar with the voltage measuring unit connects, wherein in each switch position each connected to the power source Meßanschlusspaar of the or differs with the voltage measuring unit connected measuring terminal pairs.

Die Spannungsmesseinheit kann vorteilhaft die Spannung zwischen einem Messsondenpaar durch direkte Messung der Spannung oder auch mittels an sich bekannter Kompensationsverfahren, z.B. einer Wheatstone-Brückenschaltung bestimmen. Aus dem die Spannung repräsentierenden Mess- oder Abgleichwert kann dann der für die Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands maßgebliche Wert des Erdwiderstands R einfach und genau bestimmt werden. The voltage measuring unit may advantageously measure the voltage between a pair of measuring probes by direct measurement of the voltage or else by means of compensation methods known per se, e.g. determine a Wheatstone bridge circuit. The value of the earth resistance R relevant for the determination of the specific earth resistance can then be determined simply and accurately from the measurement or adjustment value representing the voltage.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung kann sich dadurch auszeichnen, dass die Vorrichtung vier Messanschlüsse aufweist, und das sich die an die Stromquelle angeschlossenen Messanschlüsse in mindestens einer der Schaltstellungen von den an die Spannungsmesseinheit angeschlossenen Messanschlüssen unterscheiden. A particularly advantageous embodiment may be distinguished by the fact that the device has four measuring terminals and that the measuring terminals connected to the current source differ in at least one of the switching positions from the measuring terminals connected to the voltage measuring unit.

Weiter kann vorteilhaft die Schaltlogik eingerichtet sein, um die mit der Stromquelle verbundenen Messanschlüsse und die mit der Spannungsmesseinheit verbundenen Messanschlüsse in aufeinander folgenden Schaltstellungen zyklisch zu wechseln. Furthermore, the switching logic can advantageously be set up to cyclically change the measuring terminals connected to the current source and the measuring terminals connected to the voltage measuring unit in successive switching positions.

Bevorzugt kann die Ansteuereinheit zum automatischen Umschalten der Messanschlüsse eingerichtet sein oder einen manuell bedienbareren Schalter, insbesondere ein Drehschalter, zum Umschalten der Messanschlüsse aufweisen. Preferably, the drive unit can be set up for the automatic switching of the measuring connections or can have a manually operated switch, in particular a rotary switch, for switching over the measuring connections.

Eine eingangs genannte Messanordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonden nicht in einer Linie angeordnet sind. Vorteilhaft können dabei drei in Draufsicht in Form eines Dreiecks, insbesondere rechtwinkligen Dreiecks, angeordnete Messsonden vorgesehen sein. Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass vier in Draufsicht quadratisch, rechteckig, trapezförmig oder rautenförmig zueinander angeordnete Messsonden vorgesehen sind, wobei in einer besonders bevorzugten Ausführung die Anordnung quadratisch sein kann. Ein Vorteil der quadratischen Anordnung ist, dass die Vorrichtung zwischen den Messsonden angeordnet und betrieben werden kann, so dass die Zuleitungen zwischen den einzelnen Messsonden sehr kurz sind und eine Kompensation des Zuleitungswiderstands unterbleiben kann. Bei mehr als vier Messsonden kann die Anordnung bevorzugt kreisförmig sein. Die Messsonden können bevorzugt als an sich bekannte Erdspieße ausgebildet sein. An aforementioned measuring arrangement according to the invention is characterized in that the measuring probes are not arranged in a line. Advantageously, three measuring probes arranged in plan view in the form of a triangle, in particular a right-angled triangle, can advantageously be provided. A preferred embodiment of the invention can provide that four measuring probes arranged in square, rectangular, trapezoidal or diamond-shaped manner in plan view are provided, wherein in a particularly preferred embodiment the arrangement can be square. An advantage of the square arrangement is that the device can be arranged and operated between the measuring probes, so that the supply lines between the individual measuring probes are very short and compensation of the supply line resistance can be omitted. For more than four probes, the arrangement may preferably be circular. The probes may preferably be designed as known per se Erdspieße.

Eine vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands ist dadurch gekennzeichnet, dass a) zur Bestimmung eines ersten spezifischen Erdwiderstands ein erstes Messsondenpaar mit der Stromquelle und mindestens ein anderes, zweites Messsondenpaar mit der Spannungsmesseinheit verbunden werden, und b) dann zur Bestimmung eines zweiten spezifischen Erdwiderstands ein anderes Messsondenpaar als das erste Messsondenpaar mit der Stromquelle und/oder mindestens ein weiteres und/oder anderes Messsondenpaar als das zweite Messsondenpaar mit der Spannungsmesseinheit verbunden werden, wobei sich das jeweils mit der Stromquelle verbundene Messsondenpaar von dem oder den mit der Spannungsmesseinheit verbundenen Messsondenpaaren unterscheiden. Vorteilhaft kann das Verfahren bei einer erfindungsgemäßen Messanordnung durchgeführt werden. An advantageous method for determining the specific earth resistance is characterized in that a) for determining a first specific earth resistance, a first pair of measuring probes are connected to the current source and at least one other, second pair of measuring probes are connected to the voltage measuring unit, and b) then to determine a second specific earth resistance another pair of probes than the first pair of probes are connected to the current source and / or at least one and / or other pair of probes are connected to the voltage measuring unit as the second pair of probes, the pair of probes connected to the current source being different from the pair of probes connected to the voltage measuring unit , Advantageously, the method can be carried out in a measuring arrangement according to the invention.

Vorteilhaft kann der jeweils in einem Schritt am Messsondenpaar eingeprägte Strom und die am mindestens einen anderen zweiten Messsondenpaar ermittelte Spannung zur späteren Berechnung des spezifischen Erdwiderstands aufgezeichnet werden. Weiter kann vorteilhaft ein Erdwiderstand R der Messanordnung durch Division der am mindestens einen mit der Spannungsmesseinheit verbundenen Messsondenpaar ermittelten Spannung durch den am mit der Stromquelle verbundenen Messsondenpaar eingeprägten Strom berechnet werden. Advantageously, the current impressed in each case on the pair of measuring probes and the voltage determined on the at least one other second pair of measuring probes can be recorded for later calculation of the specific earth resistance. Furthermore, an earth resistance R of the measuring arrangement can advantageously be calculated by dividing the voltage determined at the at least one pair of measuring probes connected to the voltage measuring unit by the current impressed on the pair of measuring probes connected to the current source.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens kann bei einer quadratischen Anordnung von vier Messsonden mit der Kantelänge a der spezifische Erdwiderstand in jedem der Verfahrensschritte berechnet werden nach der Formel:

In a preferred embodiment of the method, in a square arrangement of four probes with the crest length a, the specific earth resistance in each of the method steps can be calculated according to the formula:

Weiter kann in einer vorteilhaften Ausführung aus den in einzelnen Verfahrensschritten ermittelten Werten für den spezifischen Erdwiderstand ein mittlerer spezifischer Erdwiderstandswert bestimmt werden. Furthermore, in an advantageous embodiment, an average specific earth resistance value can be determined from the values for the specific earth resistance determined in individual method steps.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Dabei zeigt Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It shows

1 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Messanordnung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands; 1 a schematic three-dimensional representation of a device according to the invention and measuring device for determining the specific earth resistance;

2 einen Schaltplan einer Ansteuerschaltung der Vorrichtung aus 1; 2 a circuit diagram of a drive circuit of the device 1 ;

3 unterschiedliche Kombinationen von Messsondenpaaren gemäß der in 1 und 2 dargestellten Ausführung der Erfindung; 3 different combinations of probe pairs according to the in 1 and 2 illustrated embodiment of the invention;

4 unterschiedliche Kombinationen von Messsondenpaaren gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung bei Verwendung von drei Messsonden; 4 different combinations of probe pairs according to an alternative embodiment of the invention using three probes;

5 eine schematische Ansicht einer Messanordnung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands mit der 4-Messonden-Messmethode nach Wenner; 5 a schematic view of a measuring arrangement for determining the specific earth resistance with the 4-measuring probe measuring method according Wenner;

6 eine schematische Ansicht einer Messanordnung zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands mittels der 4-Messonden-Messmethode nach Schlumberger. 6 a schematic view of a measuring arrangement for determining the specific earth resistance by means of the Schlumberger 4-probe measuring method.

Eine in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung und Messanordnung weist vier als Erdspieße ausgebildete Messsonden 1, 2, 3 und 4 auf, welche in Draufsicht in Form eines Quadrats mit Kantenlängen a angeordnet sind. Die Messsonden 1 bis 4 sind in an sich bekannter Weise in das Erdreich 5 eingebracht sind. Die vier Messsonden 1 bis 4 sind über in 1 nur angedeutete Messleitungen mit Messanschlüssen M1, M2, M3 und M4 mit einer Ansteuereinheit 6 der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden. An in 1 shown inventive device and measuring arrangement has four formed as Erdspieße measuring probes 1 . 2 . 3 and 4 which are arranged in plan view in the form of a square with edge lengths a. The probes 1 to 4 are in a conventional manner in the soil 5 are introduced. The four probes 1 to 4 are over in 1 only indicated measuring lines with measuring terminals M1, M2, M3 and M4 with a drive unit 6 connected to the device according to the invention.

Die Ansteuereinheit 6 enthält in an sich bekannter Weise eine nicht gezeichnete Wechselstromquelle zum Einprägen von Wechselstrom mit einer Frequenz von üblicherweise zwischen 55 und 128 Hz zwischen zwei der Messsonden (Strom-Messsondenpaar). Gleichermaßen ist eine nicht gezeichnete Spannungsmesseinheit vorgesehen, welche zur Ermittlung der im Erdreich zwischen den beiden anderen, nicht mit der Wechselstromquelle verbundenen Messsonden (Spannungs-Messsondenpaar) abfallenden Spannung dient, wobei hier eine direkte Messung der Spannung erfolgt. Entsprechend könnte auch eine Ermittlung über eine Kompensationsschaltung, z.B. eine Brückenschaltung erfolgen. Die Wechselstromquelle wie auch die Spannungsmesseinheit können in die Ansteuereinheit 6 integriert sein oder durch externe Einheiten bereitgestellt werden. The drive unit 6 Contains in a conventional manner, not shown AC power source for impressing AC at a frequency of usually between 55 and 128 Hz between two of the probes (current probe pair). Similarly, a not shown voltage measuring unit is provided, which is used to determine the ground between the other two, not connected to the AC power source probes (voltage probe pair) falling voltage, in which case a direct measurement of the voltage. Accordingly, a determination could also be made via a compensation circuit, for example a bridge circuit. The AC power source as well as the voltage measuring unit can be in the drive unit 6 be integrated or provided by external units.

Die Ansteuereinheit 6 hat weiter einen Drehschalter 7 mit einer Aus-Position „0“ und vier Schaltstellungen A, B, C und D. Die Schaltstellungen A, B, C und D entsprechen dabei den vier sinnvollen Möglichkeiten von Kombinationen von Strom- und Spannungs-Messsondenpaaren zur verbesserten Messung und Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands, wie nachfolgend detailliert beschrieben. The drive unit 6 has another rotary switch 7 with an off position "0" and four switch positions A, B, C and D. The switch positions A, B, C and D correspond to the four sensible possibilities of combinations of current and voltage probe pairs for improved measurement and determination of the specific Earth resistance, as described in detail below.

2 zeigt einen schematischen Schaltplan einer Ansteuerschaltung 8, also einer Steuerlogik, der Ansteuereinheit 6 der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 zur Ansteuerung der unterschiedlichen Kombinationen von Strom- und Spannungs-Messsondenpaaren. Die Ansteuereinheit 6 weist hierzu Stromanschlüsse I1 und I2 zur Wechselstromquelle sowie Spannungsmessanschlüsse U1 und U2 zur Spannungsmesseinheit auf. 2 shows a schematic circuit diagram of a drive circuit 8th , so a control logic, the drive unit 6 of the device according to the invention 1 for controlling the different combinations of current and voltage probe pairs. The drive unit 6 has for this purpose power connections I1 and I2 to the AC power source and voltage measuring terminals U1 and U2 to the voltage measuring unit.

Weiter ist für jeden Messanschluss M1, M2, M3 und M4 der Ansteuereinheit 6 eine eigene Schaltgruppe S1, S2, S3 bzw. S4 vorgesehen, mittels derer jeder Messanschluss M1, M2, M3 und M4 mit den Stromanschlüssen I1 und I2 und den Spannungsmessanschlüssen U1 und U2 verbunden werden kann. Die Schaltgruppen S1, S2, S3 bzw. S4 weisen hierzu jeweils vier in 2 angedeutete Reed-Relais 9 auf, welche ihrerseits mittels des Drehschalters 7 angesteuert werden können. Further, for each measuring terminal M1, M2, M3 and M4 of the drive unit 6 a separate switching group S1, S2, S3 and S4 provided by means of which each measuring terminal M1, M2, M3 and M4 can be connected to the power terminals I1 and I2 and the voltage measuring terminals U1 and U2. The switching groups S1, S2, S3 and S4 have four in each case for this purpose 2 indicated reed relays 9 on, which in turn by means of the rotary switch 7 can be controlled.

Anstelle der in 2 gezeigten Reed-Relais der Ansteuerschaltung 8 können auch andere geeignete Schalter verwendet werden, beispielsweise Halbleiterschaltelemente. Auch kann die Ansteuerschaltung 8 anders aufgebaut sein, beispielsweise als softwaregesteuerte Steuerlogik. So kann die Ansteuereinheit 6 zur Ansteuerung der Messsonden 1 bis 4 anstelle des Drehschalters 7 oder zusätzlich einen integrierten Steuerrechner aufweisen, oder es kann ein von einem externen Steuerrechner geliefertes Steuersignal verwendet werden. Der Widerstrand R und/oder der spezifischen Erdwiderstand können in einer in der Ansteuereinheit 6 integrierten Recheneinheit oder durch eine an die Ansteuereinheit 6 anschließbare externe Recheneinheit berechnet werden. Instead of in 2 shown reed relay of the drive circuit 8th Other suitable switches may also be used, for example semiconductor switching elements. Also, the drive circuit 8th be constructed differently, for example as a software-controlled control logic. So can the drive unit 6 for controlling the measuring probes 1 to 4 instead of the rotary switch 7 or additionally have an integrated control computer, or it can be used a supplied from an external control computer control signal. The Widerstrand R and / or the specific earth resistance can in one in the drive unit 6 integrated arithmetic unit or by a to the drive unit 6 connectable external computing unit can be calculated.

Die erfindungsgemäße Messanordnung und das vorteilhafte Verfahren werden nachfolgend insbesondere anhand von 3 beschrieben. The measuring arrangement according to the invention and the advantageous method are described below in particular with reference to FIG 3 described.

In der Schalterstellung A des Drehschalters 7 werden die Messanschlüsse M1 und M2 mit den Stromanschlüssen I1 bzw. I2 verbunden, die dann damit verbundenen Messsonden 1 und 2 bilden also das stromführende Strom-Messsondenpaar. Gleichermaßen werden die Messenanschlüsse M3 und M4 mit den Spannungsmessanschlüssen U1 bzw. U2 verbunden, an den damit verbundenen Messsonden 3 und 4 wird also durch die Spannungsmesseinheit der Spannungsabfall im Erdreich zwischen diesem Spannungs-Messsondenpaar gemessen. In switch position A of the rotary switch 7 the measuring terminals M1 and M2 are connected to the power terminals I1 and I2, respectively, then the probes connected thereto 1 and 2 thus form the current-carrying current probe pair. Similarly, the measurement terminals M3 and M4 are connected to the voltage measurement terminals U1 and U2, respectively, at the connected probes 3 and 4 Thus, the voltage measurement unit measures the voltage drop in the ground between this pair of voltage probes.

In der Schalterstellung B erfolgt ein zyklischer Wechsel der Messsondenpaare. Es werden nun die Messanschlüsse M4 und M1 mit den Stromanschlüssen I1 bzw. I2 verbunden, die dann damit verbundenen Messsonden 4 und 1 bilden nun also das stromführende Strom-Messsondenpaar. Gleichermaßen werden die Messenanschlüsse M2 und M3 mit den Spannungsmessanschlüssen U1 bzw. U2 verbunden, an den damit verbundenen Messsonden 2 und 3 wird also durch die Spannungsmesseinheit der Spannungsabfall im Erdreich zwischen diesem Spannungs-Messsondenpaar gemessen. In switch position B, a cyclic change of the probe pairs takes place. Now, the measuring terminals M4 and M1 are connected to the power terminals I1 and I2, which then connected measuring probes 4 and 1 So now form the current-carrying current probe pair. Likewise, the measuring terminals M2 and M3 are connected to the voltage measuring terminals U1 and U2, respectively, at the connected measuring probes 2 and 3 Thus, the voltage measurement unit measures the voltage drop in the ground between this pair of voltage probes.

In der Schalterstellung C erfolgt dann erneut ein zyklischer Wechsel der Messsondenpaare. Es werden die Messanschlüsse M3 und M4 mit den Stromanschlüssen I1 bzw. I2 verbunden, die Messsonden 3 und 4 bilden nun also das stromführende Strom-Messsondenpaar. Ebenso werden die Messenanschlüsse M1 und M2 mit den Spannungsmessanschlüssen U1 bzw. U2 verbunden, so dass an dem Spannungs-Messsondenpaar aus den Messsonden 1 und 2 der Spannungsabfall gemessen wird. In the switch position C, a cyclic change of the probe pairs then takes place again. The measuring connections M3 and M4 are connected to the power connections I1 and I2, the measuring probes 3 and 4 So now form the current-carrying current probe pair. Likewise, the measurement terminals M1 and M2 are connected to the voltage measuring terminals U1 and U2, respectively, so that at the pair of voltage probes from the measuring probes 1 and 2 the voltage drop is measured.

In der Schalterstellung D erfolgt dann abermals ein zyklischer Wechsel der Messsondenpaare. Es werden die Messanschlüsse M2 und M3 mit den Stromanschlüssen I1 bzw. I2 verbunden, die Messsonden 2 und 3 bilden nun also das stromführende Strom-Messsondenpaar. Ebenso werden die Messenanschlüsse M4 und M1 mit den Spannungsmessanschlüssen U1 bzw. U2 verbunden, so dass an dem Spannungs-Messsondenpaar aus den Messsonden 4 und 1 der Spannungsabfall gemessen wird. In the switch position D, a cyclic change of the probe pairs then takes place again. The measuring connections M2 and M3 are connected to the power connections I1 and I2, the measuring probes 2 and 3 So now form the current-carrying current probe pair. Likewise, the measurement terminals M4 and M1 are connected to the voltage measuring terminals U1 and U2, respectively, so that at the pair of voltage probes from the measuring probes 4 and 1 the voltage drop is measured.

In jedem der obigen Schritte wird aus dem eingeprägten Strom und der gemessenen Spannung dann der Erdwiderstand R gemäß der bekannten Ohmschen Gleichung bestimmt. Der spezifische Erdwiderstand wird dann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels der nachfolgenden Gleichung berechnet:

In each of the above steps, the earth resistance R is determined from the impressed current and the measured voltage according to the known Ohm's equation. The specific earth resistance is then calculated in the device according to the invention by means of the following equation:

Auch kann aus den Strom- und Spannungswerten ein Mittelwert für den Erdwiderstand R und/oder den spezifischen Erdwiderstand berechnet werden. Ebenso kann auch aus den einzelnen berechneten Werten des Erdwiderstands R und/oder des spezifischen Erdwiderstand auch ein gemittelter Erdwiderstandswert oder spezifischer Erdwiderstandswert berechnet werden. It is also possible to calculate an average value for the earth resistance R and / or the specific earth resistance from the current and voltage values. Likewise, an average earth resistance value or specific earth resistance value can also be calculated from the individual calculated values of the earth resistance R and / or the specific earth resistance.

In einer alternativen Ausgestaltung können die einzelnen Strom- und Spannungswerte für den Erdwiderstand R auch abgespeichert und dann ein gemittelter Erdwiderstand hieraus berechnet werden, welcher der Berechnung des spezifischen Erdwiderstands zugrunde gelegt wird. In an alternative embodiment, the individual current and voltage values for the earth resistance R can also be stored and then an average earth resistance calculated therefrom, which is used as a basis for calculating the specific earth resistance.

Weiter können die einzelnen Strom- und Spannungswerten, die berechneten Erdwiderstandswerte sowie die spezifischen Erdwiderstandswerte, sei es gemittelt oder ungemittelt, am Ende der gesamten Berechnung oder auch während einzelner oder aller Schritte an einer Anzeige der Vorrichtung angezeigt werden oder an eine externe Anzeigevorrichtung, z. B. einem Notebook, übertragen werden. Furthermore, the individual current and voltage values, the calculated earth resistance values and the specific earth resistance values, whether averaged or unmediated, can be displayed on a display of the device at the end of the entire calculation or even during individual or all steps or to an external display device, e.g. As a notebook to be transferred.

Eine Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands mit der Sondenanordnung nach Wenner mit einem Erdungsmessgerät LEM Saturn GEO X bei einem Sondenabstand von 5 m ergab spezifische Erdwiderstandswerte von 733 Ωm in x-Richtung und 736 Ωm in y-Richtung. A determination of the specific earth resistance using the Wenner probe arrangement with a LEM Saturn GEO X grounding device with a probe spacing of 5 m resulted in specific earth resistance values of 733 Ωm in the x-direction and 736 Ωm in the y-direction.

Bei einer Bestimmung mit der erfindungsgemäßen Messanordnung mit quadratischer Anordnung der Messsonden 1 bis 4 ergaben sich spezifische Erdwiderstandswerte von 675 Ωm bzw. 682 Ωm in y-Richtung und 690 Ωm und 690 Ωm in y-Richtung. Diese Abweichungen der erfindungsgemäßen zur herkömmlichen Bestimmung spezifischen Erdwiderstands ließen sich auf Inhomogenitäten im Erdreich zurückführen, welche durch die höhere örtliche Auflösung der erfindungsgemäßen Messanordnung messbar wurden. In a determination with the measuring arrangement according to the invention with a square arrangement of the measuring probes 1 to 4 Specific earth resistance values of 675 Ωm and 682 Ωm in the y direction and 690 Ωm and 690 Ωm in the y direction were obtained. These deviations of the earth resistance according to the invention, which was specific for conventional determination, could be attributed to inhomogeneities in the Recirculate soil, which were measured by the higher spatial resolution of the measuring device according to the invention.

Durch den Wechsel der stromführenden und spannungsermittelnden bzw. -messenden Messsondenpaare, was sowohl zyklisch als auch in zufälliger Reihenfolge geschehen kann, können bei der Ausführung nach 1 bis 3 insgesamt vier Paare von Strom- und Spannungswerten einfach und schnell ermittelt werden, aus denen dann jeweils vier Erdwiderstandswerte und spezifische Erdwiderstandswerte bestimmt werden können. By changing the current-carrying and voltage-determining or -messenden probe pairs, which can be done both cyclically and in random order, in the execution after 1 to 3 a total of four pairs of current and voltage values can be determined easily and quickly, from which four earth resistance values and specific earth resistance values can be determined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und Messanordnung und das vorteilhafte Verfahren zur Bestimmung des spezifischen Erdwiderstands weisen den Vorteil auf, dass trotz geringem Platzbedarf eine hohe örtliche Auflösung ermöglicht wird. Zudem verringert sich der Arbeitsaufwand beim Aufbau der Anordnung deutlich, da ein Versetzen der Messsonden 1 bis 4 oder vertauschen der Zuleitungen an den Messanschlüssen, wie im Stand der Technik notwendig, entfällt. Zudem kann der spezifische Erdwiderstandsmesswert aufgrund der Mittelwertbildung deutlich genauer berechnet werden. Ebenso können örtliche Inhomogenitäten des spezifischen Erdwiderstands bestimmt werden. The device and measuring arrangement according to the invention and the advantageous method for determining the specific earth resistance have the advantage that, despite the small space requirement, a high local resolution is made possible. In addition, the amount of work involved in the construction of the arrangement is significantly reduced, since a displacement of the probes 1 to 4 or replace the supply lines to the measuring connections, as necessary in the prior art, is eliminated. In addition, the specific earth resistance reading can be calculated much more accurately due to averaging. Likewise, local inhomogeneities of the specific earth resistance can be determined.

Eine alternative Ausführung der Erfindung mit Anordnung von nur drei Messsonden 1, 2 und 3 in Form eines gleichschenkligen Dreiecks ist in 4 dargestellt. Sofern möglich, werden gleiche Teile wie beim Ausführungsbeispiel nach 1 bis 3 mit gleichen Bezugsziffern versehen und gleich bezeichnet. An alternative embodiment of the invention with the arrangement of only three probes 1 . 2 and 3 in the form of an isosceles triangle is in 4 shown. If possible, the same parts as in the embodiment after 1 to 3 provided with the same reference numerals and referred to the same.

Dort wird ausgehend von der in 4a) gezeigten Verbindung der Messsonden 1 und 3 über Messanschlüsse M1 und M3 mit der Stromquelle und der Messsonden 2 und 3 über Messanschlüssen M2 und M3 mit der Spannungsmesseinheit in 4b) nur der Messanschluss M3 mit dem Messanschluss M2 für die Verbindung mit der Spannungsmesseinheit vertauscht. Ausgehend von 4a) wird demgegenüber in 4c) die mit mehreren Spannungsmessanschlüssen ausgerüstete Spannungsmesseinheit sowohl mit dem Messsondenpaar 2, 1 als auch dem Messsondenpaar 2, 3 verbunden, so dass zwei Spannungswerte gemessen werden können. Ausgehend von 4a) wird in 4d) nur das mit der Stromquelle verbundene Messsondenpaar 1, 3 mit dem Messsondenpaar 1, 2 getauscht. Ausgehend von 4a) wird in 4e) sowohl das mit der Stromquelle verbundene Messsondenpaar 1, 3 mit dem Messsondenpaar 1, 2 als auch das mit der Spannungsmesseinheit verbundene Messsondenpaar 2, 3 mit dem Messsondenpaar 1, 2 vertauscht wird. Ausgehend von 4a) wird in 4e) das mit der Stromquelle verbundene Messsondenpaar 1, 3 mit dem Messsondenpaar 1, 2 getauscht und zusätzlich das Messsondenpaar 1, 3 mit der Spannungsmesseinheit verbunden. Hierdurch können eine Vielzahl von Messwerten mit korrespondierenden Stromwerten zur Berechnung des spezifischen Erdwiderstands herangezogen werden. There, starting from the in 4a) shown connection of the probes 1 and 3 via measuring connections M1 and M3 with the power source and the measuring probes 2 and 3 via measuring connections M2 and M3 with the voltage measuring unit in 4b) only the measuring connection M3 is interchanged with the measuring connection M2 for the connection to the voltage measuring unit. Starting from 4a) is in contrast in 4c) the voltage measuring unit equipped with several voltage measuring terminals both with the measuring probe pair 2 . 1 as well as the probe pair 2 . 3 connected, so that two voltage values can be measured. Starting from 4a) is in 4d) only the pair of probes connected to the power source 1 . 3 with the probe pair 1 . 2 exchanged. Starting from 4a) is in 4e) both the pair of probes connected to the power source 1 . 3 with the probe pair 1 . 2 as well as the pair of probes connected to the voltage measuring unit 2 . 3 with the probe pair 1 . 2 is exchanged. Starting from 4a) is in 4e) the pair of probes connected to the power source 1 . 3 with the probe pair 1 . 2 exchanged and additionally the probe pair 1 . 3 connected to the voltage measuring unit. As a result, a large number of measured values with corresponding current values can be used to calculate the specific earth resistance.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2810358 A1 [0003]
EP 2189799 A1 [0005]

Claims

Device for determining the specific earth resistance with a drive unit ( 6 ) with at least three measuring connections (M1, M2, M3, M4) for connecting one measuring probe each ( 1 . 2 . 3 . 4 ), with a current source (I1, I2) for impressing a current on a pair of measuring probes (M1, M2) and a voltage measuring unit (U1, U2) for determining the voltage dropping across at least one other measuring probe pair (M3, M4), characterized in that they have a switching logic ( 7 . 8th ), a) which connects in a first switching position (A) a first measuring terminal pair (M1, M2) to the current source (I1, I2) and at least one other, second measuring terminal pair (M3, M4) to the voltage measuring unit (U1, U2) , and b) in at least one second switching position (B) another measuring terminal pair (M4, M1) than the first measuring terminal pair (M1, M2) with the current source (I1, I2) and / or at least one further and / or other measuring terminal pair ( M2, M3) as the second measuring terminal pair (M3, M4) connects to the voltage measuring unit (U1, U2), wherein in each switching position (A, B, C, D) respectively connected to the current source (I1, I2) measuring terminal pair ( M1, M2) differs from the one or more measuring terminal pairs (M3, M4) connected to the voltage measuring unit (U1, U2).

Device according to Claim 1, characterized in that it has four measuring terminals (M1, M2, M3, M4), and that the measuring terminals (M1, M2; M4, M1; M3, M4;) connected to the current source (I1, I2); M2, M3) in at least one of the switching positions (A; B; C; D) differ from the measuring terminals (M3, M4, M2, M3, M1, M2, M4, M1) connected to the voltage measuring unit (U1, U2).

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the switching logic ( 7 . 8th ) is arranged to connect the measuring terminals (M1, M2, M4, M1, M3, M4, M2, M3) connected to the current source (I1, I2) and the measuring terminals (M3, M4; M2, M3, M1, M2, M4, M1) in successive switching positions (A; B; C; D) cyclically.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching logic ( 7 . 8th ) for each measuring terminal (M1, M2, M3, M4) to a switching group (S1, S2, S4, S4) summarized switching means ( 9 ), in particular reed relay.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that each measuring terminal (M1, M2, M3, M4) has four switching means ( 9 ), in particular reed relays, for connection to a first power connection (I1) or second power connection (I2) of the current source (I1, I2) or a first voltage measurement connection (U1) or second voltage measurement connection (U2) of the voltage measurement unit (U1, U2) are assigned.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a computing unit for calculating the earth resistance (R) and / or the specific earth resistance by means of the impressed at the measuring terminals (M1, M2, M3, M4) currents and voltages detected.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the drive unit ( 6 ) is set up to automatically switch over the measuring connections (M1, M2, M3, M4).

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a manually operated switch, in particular a rotary switch ( 7 ), for switching the measuring terminals (M1, M2, M3, M4) is provided.

Measuring arrangement for determining the specific earth resistance with at least three measuring probes ( 1 . 2 . 3 . 4 ), a current source (I1, I2) for impressing a current on a pair of measuring probes (M1, M2) and a voltage measuring unit (U1, U2) for determining the voltage drop across at least one other measuring probe pair (M3, M4), characterized in that the Measuring probes ( 1 . 2 . 3 . 4 ) are not arranged in a line.

Measuring arrangement according to claim 9, characterized in that three in plan view in the form of a triangle, in particular right-angled triangle, arranged measuring probes (M1, M2, M3) are provided.

Measuring arrangement according to claim 9, characterized in that four in plan view square, rectangular, trapezoidal or diamond-shaped mutually arranged measuring probes (M1, M2, M3, M4) are provided.

Measuring arrangement according to one of Claims 9 to 11, characterized in that the measuring probes are connected to measuring connections (M1, M2, M3, M4) of a device for determining the specific earth resistance according to one of Claims 1 to 8.