Удельное сопротивление грунта таблица

УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА. ВЛИЯНИЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ РАСТЕКАНИЮ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ(ЗАЗЕМЛЕНИЯ)?

Удельное сопротивление грунта таблица

Величина сопротивления заземляющего устройства зависит от удельного сопротивления грунта (удельное сопротивление принято обозначать греческой буквой р ). Эта величина определяет свойства грунта с точки зрения его электрической проводимости и чем она меньше, тем меньше сопротивление растеканию, а следовательно, благоприятнее условия для устройства заземления. В зависимости от состава (чернозем, песок, глина и т. п.), размеров и плотности прилегания друг к другу частиц, влажности и температуры, наличия растворимых химических веществ (кислот, щелочей, продуктов гниения и т. д.) удельное сопротивление грунтов изменяется в очень широких пределах. Грунт может в летнее время просыхать, а в зимнее - промерзать. И в том и в другом случаях сопротивление растеканию заземлителей возрастает, часто довольно значительно.
Наиболее важными факторами, влияющими на величину удельного сопротивления грунта, являются влажность и температура. В течение года в связи с изменением атмосферных и климатических условий содержание влаги в грунте изменяются, а следовательно, изменяется и удельное сопротивление.
Наиболее резкие колебания удельного сопротивления наблюдаются в верхних слоях земли, которые зимой промерзают, а летом высыхают. Из данных измерений следует, что при понижении температуры воздуха от 0 до -10°С удельное сопротивление грунта на глубине 0,3 м увеличивается в 10 раз, а на глубине 0,5 м - в 3 раза.
Величина удельного сопротивления грунта определяется путем измерений в месте устройства заземления(монтажа) с учетом коэффициентов влажности.
В исключительных случаях для оценки величины удельного сопротивления р при проектировании заземляющих устройств можно пользоваться средними величинами удельного сопротивлений грунта из таблиц.
Однако в последующем при строительстве заземлений необходимо пересчитать сопротивление заземления, предварительно уточнив удельное сопротивление грунта путем контрольных измерений.

Приближенные значения средних удельных сопротивлений отдельных видов грунтов р,Ом·м.

Среднее удельное сопротивление, Ом·м

Точные значения удельных сопротивлений грунта должны определяться измерениями.

Зная величину удельного сопротивления грунта, можно определить приближенные сопротивления растеканию различных заземлителей.
Эффективность заземлителя зависит от конкретных грунтовых условий, и поэтому в зависимости от этих условий и требуемого значения сопротивления растеканию должны быть выбраны количество и конструкция заземлителей. Значение сопротивления растеканию заземлителяющего устройства должно быть измерено и соответствовать допустимому значению.
Окончательная конфигурация, количество, протяжённость заземлителей определяются после замера измерительным прибором сопртивления заземляющего устройства, когда выполняется монтаж заземления .
Например, прежде чем купить комплект для монтажа заземления частного дома - следует обратить внимание на грунтовые условия.

© 2006-2016 el-line.ru

*****

Удельное электрическое сопротивление земли

Удельное сопротивление грунта таблицаВерхние слои земной коры, в которых могут протекать токи электрических установок, принято называть землей. Свойство земли как проводника тока зависит от его структуры и компонентов, которые она содержит.

Основные компоненты земли - кремнезем, глинозем, известняк, уголь и т. д. - представляют собой изоляторы, и проводимость земли зависит от почвенного раствора, т. е. влаги и солей, находящихся между непроводящими твердыми частицами компонентов. Таким образом, земля обладает ионной проводимостью, которая, в отличие от электронной проводимости в металлах, оказывает большее электрическое сопротивление электрическому току.

Свойства земли как проводника тока принято определять ее удельным электрическим сопротивлением ρ, под которым понимается сопротивление кубика грунта с ребрами 1 см. Эта величина определяется из выражения:

Ом • см2 /см, или Ом/см, где R - сопротивление (Ом) некоторого объема грунта сечением S (см2) и длиной l (см).

Величина удельного сопротивления земли ρ зависит от характера грунта, влажности, содержания щелочей, солей и кислот, а также от его температуры.

Диапазон изменения у дельного электрического сопротивления земли ρ различных грунтов огромен, например глина имеет сопротивление 1 - 50 Ом-/м, песчаник 10 - 10 2 Ом /м, а кварц 10 12 - 10 14 Ом/м. Для сравнения приведем удельные электрические сопротивления естественных растворов, заполняющих поры и трещины. Например, природные воды в зависимости от растворенных в них солей имеют сопротивление 0,07 - 600 Ом/м, из них речные и пресные грунтовые воды 60 - 300 Ом/м, а морская вода и глубинные воды 0,1 - 1 Ом/м.

Увеличение содержания растворенных веществ в грунте, общей влажности, уплотнение его частиц, повышение температуры (если при этом влажность не будет уменьшаться) приводят к уменьшению ρ. Пропитывание грунта маслами и нефтью, а также промерзание значительно увеличивают ρ.

Удельное сопротивление грунта таблица

Земля неоднородна, она состоит из нескольких слоев грунта с различными значениями ρ. Вначале при расчетах заземлений и инженерных изысканий основывались на допущении об однородности ρ земли в вертикальном направлении. Теперь при расчетах заземлителей принимают, что земля состоит из двух слоев: верхнего - с удельным сопротивлением ρ1 и толщиной h и нижнего - с удельным сопротивлением ρ2. Такая расчетная двухслойная модель земли хорошо отражает особенности изменения по глубине земли, вызванные промерзанием и высыханием ее поверхностного слоя, а также влиянием на р зоны грунтовых вод.

Аналитический расчет всех факторов, влияющих на величину ρ, затруднен, поэтому удельное сопротивление, удовлетворяющее принятой точности расчета, получают путем непосредственных измерений.

Для измерения параметров электрической структуры земли - толщины слоев и удельного электрического сопротивления каждого слоя - в настоящее время рекомендуется два способа: пробного вертикального электрода и вертикального электрического зондирования. Выбор способа измерения зависит от характеристики грунтов и необходимой точности измерения.

Ниже в таблице приведены удельные сопротивления наиболее распространенных грунтов.

Удельное сопротивление грунтов

Статьи и схемы

Полезное для электрика

*****

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА

Электрофизические свойства грунта, в котором находится заземлитель, определяются прежде всего его удельным сопротивлением. Чем меньше удельное сопротивление, тем более благоприятные условия для расположения заземлителя.

Удельное сопротивление грунта – сопротивление между противоположными плоскостями куба земли с ребром длины 1 м. Единица измерения удельного сопротивления – ом на метр (Ом·м).

Чтобы оценить величину удельного сопротивления грунта, сравним его с наиболее распространенным электротехническим материалом – медью. Так, куб меди таких же размеров имеет сопротивление 1,72·10 -8 Ом·м. При 20°С и средней влажности удельное сопротивление грунта составляет примерно ρ = 100 Ом·м, то есть земля имеет удельное сопротивление в 5,7 млрд. раз больше.

В табл. 6.3. приведены приближенные значения удельных сопротивлений различных типов почвы при средней влажности.

Таблица 6.3 – Удельное электрическое сопротивление грунтов ρгр

Расчетное значение, Ом·м

Возможные пределы колебаний, Ом·м

При оборудовании заземляющих устройств необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений грунта в данном месте. Получение такой информации возможно только непосредственными измерениями на местах.

Свойства почвы могут меняться в зависимости от ее влажности и температуры, поэтому удельное сопротивление может иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами. В табл. 6.4 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли во время измерений.

Таблица 6.4 – Сезонные коэффициенты сопротивления грунта

Вертикальный длины 3 м

Вертикальный длины 5 м

Горизонтальный длины 10 м

Горизонтальный длины 50 м

Коэффициент k1 применяется, если земля влажная и измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков; k2 – земля нормальной влажности и измерения предшествовало выпадение небольшого количества осадков; k3 – земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Измерение удельного сопротивления почвы обычно проводят в теплое время года. В данной лабораторной работе используется измеритель заземлений типа МС-08 (рис. 6.3). Прибор имеет собственный источник питания в виде генератора, приводимого во вращательное движение с помощью ручки. Если в процессе измерения стрелка прибора колеблется, это является признаком наличия посторонних токов в земле. Чтобы избежать погрешности в измерениях достаточно изменить частоту вращения ручки. Однако следует заметить, что для обеспечения надлежащей точности измерения эта частота должна находиться в пределах 90. 150 об/мин.

Удельное сопротивление грунта таблица Измеритель заземления МС-08 имеет три шкалы: 0 – 1000 Ом, 0 – 100 Ом и 0 – 10 Ом. Удельное сопротивление грунта измеряют шкалой на 1000 Ом. Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра, он содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, а другая – как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению.

Рис. 6.3 – Измеритель заземлений МС-08

Шкала прибора градуирована в омах, источником питания при измерении служит генератор Г постоянного тока, приводимого во вращение от руки. На общей с генератором оси укреплены прерыватель П1 и выпрямитель П2 (рис. 6.4).

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 6.4 – Электрическая схема измерителя заземлений МС-08: Г – генератор, Р – реостат, Л – логометр, П1 – прерыватель, П2 – выпрямитель, П3 – переключатель.

Измерение удельного сопротивления грунта следует выполнять в стороне от трубопроводов и других металлических конструкций, которые могут внести погрешность в результаты. Схема измерения показана на рис. 6.5.

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 6.5 – Схема измерения удельного сопротивления грунта

Чем больше значение а. тем больший объем почвы охватывается электрическим полем электродов и более точными являются результаты измерений. Изменяя расстояние а, можно получить зависимость удельного сопротивления земли от разнесения электродов. При однородной структуре грунта значение ρ не зависит от расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности).

Таким образом, используя зависимость ρ от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине. Удельное сопротивление грунта определяют по формуле

где R – сопротивление прибора, Ом.

Измерения удельного сопротивления желательно выполнять в нескольких местах, рассчитывая затем среднее значение. Электроды следует забивать в землю для более плотного контакта, ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

*****

Удельное сопротивление грунта: как измерить, теория

По своей структуре грунт – это пористое дисперсионное тело, которое состоит из трех основных частей: твердой, газообразной и жидкой (свободная и связанная вода). Структура грунта схематически приведена на рис. 1

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис.1. Структура земли (1 – твердые частицы, 2 – связанная вода, 3 – свободная вода, 4 – газообразная составляющая (водяные пары, воздух )

По своим характеристикам земля – очень плохой проводник, ее проводимость в тысячи раз хуже, чем проводимость воды или металлов. Удельное сопротивление грунта – это величина, характеризующая сопротивление грунта прохождению тока (токорастеканию), другими словами – служит для определения электропроводности грунта в качестве проводника.

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 2. Схема измерения удельного сопротивления

Удельное сопротивление грунта – это сопротивление, создаваемое материалом земли (грунта) в виде куба с размерами 1х1х1 м, к которому присоединены измерительные электроды к разным сторона куба (рис. 2). За единицу объемного удельного сопротивления принят Ом на метр (общепринятое обозначение Омм).

Значение удельного сопротивления грунта – это исходный и основополагающий параметр при проведении расчетов сопротивления заземления. Чем больше будет этот показатель, тем большее количество заземлителей необходимо будет установить, чтобы добиться необходимого значения сопротивления заземления. При расчете заземляющего устройства требуется знать точное значение удельного сопротивления грунта в конкретном месте, где будет создаваться заземление.

Удельное сопротивление грунта зависит от множества факторов:

  • температуры
  • влажности
  • состава, структуры и уплотненности грунта
  • времени года
  • присутствия солей, щелочных и кислотных остатков

На основе геодезических изысканий, проведенных в верхних слоях грунта, можно утверждать, что электрическая структура земли в подавляющем большинстве носит выраженный вид слоев, которые имеют различное сопротивление с достаточно четкими горизонтальными границами. При этом удельное сопротивление в горизонтальном направлении практически постоянное и изменяется незначительно. При этом верхний слой (до 3 м глубиной) подвержен интенсивным сезонным изменениям, вызванным, прежде всего, температурными колебаниями, а так же количеством и интенсивностью попадающей в грунт влаги. Другие факторы, в принципе, влияют незначительно. Наибольшее (пиковое) значение удельного сопротивления приходится на зиму, когда грунт промерзает, и лето – при высыхании грунта. Самое высокое значение удельного сопротивления приходится как раз на вечномерзлые грунты. Это вызвано тем, что у воды практически прекращаются процессы передачи заряда при переходе из жидкого состояния в твердое. На рисунке ниже приводится график зависимости удельного сопротивления грунта от значения температуры:

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 3 Зависимость удельного сопротивления грунта от значения температуры

Характерно, что при понижении температуры всего до -5, значение удельного сопротивления возрастает в 8 раз. Не менее важное значение имеет и уровень влажности – при его даже незначительном снижении у некоторых грунтов (пески, глина и суглинок) удельное сопротивление возрастает в разы.

Примеры значения удельного сопротивления для разных типов грунта приводится в таблице (Рис. 4) :

Удельное сопротивление грунта таблица

Точное измерение удельного сопротивления грунта позволяет существенно сэкономить на организации сооружения заземления. С одной стороны, не придется устанавливать лишние заземлители, с другой – не придется проводить после окончания строительства и ввода объекта в эксплуатацию дополнительные мероприятия, направленные на расширение (увеличение) заземляющих устройств. Для получения максимально достоверного результата измерения следует проводить в течение всего года, для каждого сезона – отдельно. Гораздо чаще все замеры проводят в конце весны – начала лета, а увеличение сопротивления, вызванное промерзанием или высыханием грунта учитывают, вводя повышающие коэффициенты.

В таблице (Рис. 5) приведены примеры коэффициенты, которые учитывают состояние земли при проведении расчетов.

Удельное сопротивление грунта таблица

Способы измерения удельного сопротивления грунта

Для измерения удельного сопротивления земли используют прибор МС-08 или другие, аналогичные ему. Измерение необходимо производить в теплое время года.

В основу работы прибора положен принцип магнитоэлектрического логометра. В приборе располагается две рамки – одна подключена как вольтметр, вторая – амперметр. Эти обмотки, при одновременном подключении, создают на ось прибора воздействия, имеющие противоположное направление. В итоге – результат этого противодействия – отклонение стрелки – будет прямо пропорционален значению сопротивления. Школа прибора проградуирована в омах. В данном случае источником питания при проведении измерения выступает генератор (на рисунке обозначен Г) постоянного тока, который приводится в движение за счет вращения рукой. С генератором на общей оси крепится выпрямитель (обозначен Вп) и прерыватель (П).

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 6. Принципиальная схема для измерителя заземлений МС-07 (МС-08)

При подаче тока на крайние электроды между средними возникнет разность напряжений U. Для однородного грунта значение U будет прямо пропорционально току I и удельному сопротивлению р и обратно пропорцилнально расстоянию между электродами а. Формулой это можно определить как.

откуда следует, что удельное сопротивление р = 2πaU/I.

Если принять, что U/I – это и есть показание прибора R, то получаем

Чем больше будет значение а, тем значительно больший объем земли будет охвачен электрическим полем, генерируемым токовыми электродами. Варьируя значение а (расстояние между электродами) можно получить зависимость значения удельного сопротивления грунта от разноса электродов. Для однородной земли полученное значение ρ будет практически постоянным.

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 7. Измерение удельного сопротивления земли с помощью МС-08

Для увеличения точности проводимых измерений важно правильно разместить на местности измерительные штыри. Желательно, чтобы они располагались в местах предполагаемого расположения заземляющего устройства. При этом стоит соблюдать следующие правила:

  • штыри нужно обязательно очистить от грязи, оставшейся от предыдущих замеров. Засохшая грязь существенно увеличит полученное значение
  • стрежни устанавливаются в грунт строго вертикально по прямой линии, на равных расстояниях друг от друга
  • дистанция между электродами должна быть минимум в 5 раз больше, чем глубина, на которую забиты измерительные штыри
  • измерительные электроды необходимо вдавливать или забивать в грунт – это обеспечивает плотный контакт с грунтом. Вкручивать (вворачивать) стержни не рекомендуется – при этом между электродом и грунтом образуется воздушная прослойка, искажающая результат измерений

Измерения должны производиться в стороне от металлоконструкций и трубопроводов, которые могут влиять на точность полученных результатов.

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 8. Практическое измерение удельного сопротивления

Приблизительно значение удельного сопротивления земли можно определить с помощью метода пробного электрода. В этом случае электрод (можно использовать стержень или уголок) погружают вертикально в землю, чтобы над землей оставалось всего 60-70 см, после чего с помощью МС-08 проводят замер сопротивления электрода. После этого проводят коррекцию данных, используя приближенные значения сопротивления вертикальных значений (приведены в таблице ниже), в результате получая приближенное значение для искомого удельного сопротивления грунта. Измерение лучше провести в двух-трех местах и за рабочее значение принять усредненное значение (см. таблицу, рис. 9):

Удельное сопротивление грунта таблица

Удельное сопротивление грунта таблица

Рис. 10. Прибор ИС - 10

Прибор ИС-10 позволяет проводить измерения сопротивления заземления, удельного сопротивления грунта и металлосоединений

Практическое измерение удельного сопротивления грунта с помощью прибора MRU -200 показано на видео.

*****

Расчет защитного заземления

Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.

Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.

Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.

К чему сводится расчет заземления?

Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.

Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.

Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.

Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.

Исходные данные для расчета заземления

1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

  • а) полоса 12х4 – 48 мм2;
  • б) уголок 4х4;
  • в) круглая сталь – 10 мм2;
  • г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств

Удельное сопротивление грунта таблица

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

Удельное сопротивление грунта таблица

1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

Удельное сопротивление грунта таблица

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).

Цель расчета защитного заземления.

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

Удельное сопротивление грунта таблица

где – ρэкв - эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:

Удельное сопротивление грунта таблица

где – Ψ - сезонный климатический коэффициент (таблица 2); ρ1. ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t - заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Удельное сопротивление грунта Таблица 1

Удельное сопротивление грунта, Ом·м

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

Удельное сопротивление грунта таблица

Lг. b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

Удельное сопротивление грунта таблица - в ряд; Удельное сопротивление грунта таблица- по контуру.

а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Удельное сопротивление грунта таблица

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

Удельное сопротивление грунта таблица

ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

Удельное сопротивление грунта таблица

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше .

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

Расчет заземления по указанным выше формулам можно автоматизировать воспользовавшись для расчета специальной программой «Электрик v.6.6», скачать ее можно в интернете бесплатно.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *