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6. Voruntersuchungen und Plausibilitätskontrolle des Simulationsmodells
6.1.4. Auswertung der Simulationen
In Voruntersuchungen hatte sich gezeigt, dass bei Gebäuden mit rechteckigem Grundriss
die höchsten Schrittspannungen stets entlang einer Linie auftreten, die von einer
beliebigen Gebäudeecke aus im 45 ◦ -Winkel zu den Gebäudewänden ausgeht, sofern
sich aktive Erderteile unmittelbar an den Gebäudeecken benden. (Eine nähere Begründung
dieses Sachverhalts ist in Kapitel 6.2.4 zu nden.) Daher beziehen sich
sämtliche in den folgenden Kapiteln dargestellte Ergebnisse, sofern nicht anders angegeben,
auf eine Betrachtung entlang einer solchen 45 ◦ -Achse. Die Angabe des Ortes
erfolgt dabei, sofern nicht ebenfalls anders angeben, in Form der Entfernung r von
der Gebäudeecke aus. Die Entfernung r bezieht sich dabei stets auf denjenigen Fuÿ
der Person, der dem Gebäude näher ist, wie in Abbildung 3.1 dargestellt ist.
Zur Auswertung wurde dabei, da COMSOL selbst keine Schrittspannung berechnen
kann, zunächst das elektrische Potential auf der Erdoberäche entlang einer
45 ◦ -Achse ausgelesen. Aus den so erhaltenen Werten wurden mit Hilfe eines selbst
geschriebenen awk-Skriptes 2 die (prospektiven) Schrittspannungen berechnet. Das
Skript ist dabei so angelegt, dass für die Berechnung per Aufrufparameter beliebige
Schrittweiten angegeben werden können. Alle hier vorgestellten Ergebnisse sind
jedoch mit einer Schrittweite von 1 m entsprechend DIN EN 50522 (VDE 0101-2)
berechnet.
Bei einigen Erdungskongurationen ist das Oberächenpotential jedoch nicht wie
beispielsweise einem einfachen Stab- oder Halbkugelerder streng monoton fallend,
sondern weist lokale Maxima auf, wie in Abbildung 6.4a für das Beispiel einer Vier-
Ringerder-Anlage zu sehen ist.
Die Berechnung der Schrittspannung aus dem Oberächenpotential nach (3.2)
führt dabei rein mathematisch auch zu negativen Schrittspannungen. Dies ist jedoch
in der Darstellung nicht intuitiv verständlich, zudem hat aus medizinischer Sicht
die Polarität der Schrittspannung keinen Einuss. Daher enthält das Berechnungsskript
zusätzlich eine Betragsbildung. Entsprechend werden alle Schrittspannungen
in dieser Arbeit auch in Betragsform angegeben.
Der Quellcode des Skriptes ist in Anhang A zu nden.
Prinzipbedingt kann auf diese Weise jedoch nur die leerlaufende Schrittspannung
U vS bestimmt werden. Für die Betrachtung aus der Sicht einer möglichen Personengefährdung
ist jedoch die Schrittspannung U S interessant, welche tatsächlich an einer
Person anliegt. Der bereits in Kapitel 3.2.2 angesprochene Unterschied zwischen U vS
und U S kann dabei mit zwei unterschiedlichen Modellvorstellungen erklärt werden:
1. Die (leerlaufende) Schrittspannung stellt eine Spannungsquelle dar, wobei der
Innenwiderstand der Spannungsquelle bedingt durch die relativ schlechte Leitfähigkeit
des Bodens hoch ist. Ein menschlicher Körper stellt dazu eine vergleichsweise
niederimpedante Last dar, sodass es zu einem (lokalen) Einbruch
der Spannung kommt, sobald sie durch einen Menschen belastet wird.
2
awk ist eine Skriptsprache, die zur zeilenweisen Verarbeitung von Textdateien optimiert ist. Ihr
Name setzt sich aus den Anfangsbuchstaben der Nachnamen ihrer Ernder Aho, Weinberger
und Kernighan zusammen.
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