Как измерить и рассчитать удельное сопротивление грунта

Удельное сопротивление грунта – это величина, которая количественно характеризует свойство земли, почвы как электропроводника. Единица измерения данного параметра – Ом*метр, то есть математически величина представляет собой произведение сопротивления и длины проводы. Этот параметр – частный случай удельного электрического сопротивления материалов.

Практический смысл данной величины в том, чтобы определить, насколько эффективно в данном конкретном грунте будет происходить заземление ближайшего электрооборудования. Различаются расчетное (теоретическое) и измеренное (практическое) значения этого параметра. Первое вычисляется по специальным формулам, второе устанавливается опытным путем.

Существуют справочные данные, в которых содержатся средние теоретические (расчетные) значения удельного сопротивления грунта разных видов. Так, для влажной глины эта величина составляет 20 Ом*м, для сухого песка от 1 500 до 4 200 Ом*м, для садовой земли – 40 Ом*м, для черноземных почв – 60 Ом*м, для каменного угля – 150 Ом*м.

Погрешности удельного сопротивления и их причины

Как можно видеть из приведенных справочных значений, в ряде случаев расчетные показатели могут варьироваться в весьма широком диапазоне. Это происходит потому, что теоретические методы не могут учесть всего многообразия факторов, влияющих на уровень удельного сопротивления грунта. Среди таких факторов следует отметить:

• влажность, температуру и иные общие физические параметры почвы;
• химический состав и тип фракции грунта (песок, глина, щебень, гравий, чернозем и т.п.);
• плотность прилегания друг к другу частиц, составляющих грунт;
• наличие и концентрация различных веществ, в том числе кислот, щелочей и солей;
• иные параметры, вообще не учитываемые теоретически, но при этом существующие.

Но для того, чтобы заземляющее устройство было изготовлено правильно и впоследствии успешно выполняло свою функцию, необходимы точные значения удельного сопротивления грунта, получаемые путем электроизмерения и испытания.

Приборы и порядок измерения

Для получения экспериментальных значений удельного сопротивления грунта применяются специализированные модели омметров: Ф-4103 и М-416. Чаще используется первый вариант, потому что второй во многом морально устарел. Кроме того, в последние годы разрабатываются и выпускаются более современные и удобные в работе модели и модификации.

Процесс снятия и обработки показаний прибора по измерению удельного сопротивления грунта состоит из следующих этапов.

• Электрод прибора, через который в почву поступает экспериментальное напряжение, погружается в грунт в любом месте участка. Электрод присоединен к корпусу специализированного омметра двумя клеммами.
• Штыри прибора погружаются в грунт на глубину от 30 см до полуметра, при необходимости – забиваются. Штыри располагаются на одной линии по разные стороны от измеряемого электрода, на расстоянии от 10 до 15 метров от него.
• Штыри также соединены с корпусом прибора двумя клеммами. После погружения в почву производится пробный замер, его результаты фиксируются в журнале измерений. При неудовлетворительном результате штыри и электрод меняются клеммами.
• Далее производится серия минимум из трех снятий показаний, которые также фиксируются в журнале. По принятому в данной сфере правилу, окончательным экспериментальным результатом считается среднее арифметическое трех показаний.
• Окончательное опытное значение подставляется в формулу для расчета удельного сопротивления грунта. Производятся вычисления, результатом которых является искомый параметр, выраженный в Ом*м.

Для расчета данной величины применяется следующая формула: ρ = 2·π·R·a, где ρ – удельное сопротивление грунта (Ом*м), π – математическая константа, равная 3,14 (величина не имеет единиц измерения), R – среднее арифметическое трех опытных значений (измеряется в омах), а – расстояние между штырями (измеряется в метрах).

Источник

Как измерить удельное сопротивление земли

Электрофизические свойства земли

Электрофизические свойства земли, в которой находится заземлитель, определяются ее удельным сопротивлением. Чём удельное сопротивление меньше, тем благоприятнее условия для расположения заземлителя.

Удельным сопротивлением земли называют сопротивление между противоположными плоскостями куба земли ребрами размером 1 м и измеряется оно в омметрах.

Чтобы представить себе это сопротивление, напомним, что куб меди с ребрами 1 м имеет сопротивление 175-10-6 Ом при 20°С; таким образом, например при значении р= 100 Ом-м земля имеет сопротивление в 5,7 млрд. раз больше, чем сопротивление меди в том же объеме.

Ниже приведены приближенные значения удельных сопротивлений земли, Ом м, при средней влажности.

Песок — 400 — 1000 и более

Супесок — 150 — 400

Суглинок — 40 — 150

Садовая земля — 40

Чернозем — 10 — 50

Каменистая глина (приблизительно 50%) — 100

Мергель, известняк, крупнозернистый песок с валунами — 1000 — 2000

Скала, валуны — 2000 — 4000

Речная вода (на равнинах) — 10 — 80

Морская вода — 0,2

Водопроводная вода — 5 — 60

Для сооружения заземлителей необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений земли в месте вооружения. Они определяются на местах измерениями.

Свойства земли могут изменяться в зависимости от ее состояния — влажности, температуры и других факторов — и могут иметь поэтому разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания, а также из-за состояния в момент измерения. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами и коэффициентами, учитывающими состояние земли при измерениях, с тем чтобы требующееся сопротивление заземляющего устройства сохранялось в любой сезон и при любой влажности земли, т. е. при неблагоприятных условиях.

В табл. 1 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли при измерениях, приведены в табл. 1 .

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

Таблица 1. Коэффициенты к измеренным значениям удельного сопротивления земли, учитывающие ее состояние во время измерения

Измерить удельное сопротивление земли можно прибором (измерителем заземлений) типа МС-08 (или другим подобным) методом четырех электродов. Измерение следует проводить в теплое время года.

Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра. Прибор содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, вторая как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению. Шкала прибора градуирована в омах. Источником питания при измерении служит генератор Г постоянного тока, приводимый во вращение от руки. На общей оси с генератором укреплены прерыватель П и выпрямитель Вп.

Принципиальная схема измерителя заземлений типа МС-07 (МС-08)

Если пропускать ток через крайние электроды, то между средними возникает разность напряжений U. Значения U в однородной земле (слое) прямо пропорциональны удельному сопротивлению р и току I и обратно пропорциональны расстоянию а между электродами: U = ρ I / 2 π а или р = 2 π aU/I = 2 π aR, где R — показания прибора.

Чем больше значение а, тем больший объем земли охватывается электрическим полем токовых электродов. Благодаря этому, изменяя расстояние а, можно получить значения удельного сопротивления земли в зависимости от разноса электродов. При однородной земле вычисленное значение ρ не будет изменяться при. изменении расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности). В результате измерений, используя зависимость ρ от расстояния между электродами можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине.

Схема измерения удельного сопротивления земли прибором МС-08

Измерение следует производить в стороне от трубопроводов и других конструкций и частей, которые могут исказить результаты.

Удельное сопротивление земли можно приближенно измерить методом пробного электрода. Для этого электрод (уголок, стержень) погружают в землю в приямок так, чтобы его верх находился на глубине 0,6—0,7 м от уровня земли, и измеряют прибором типа МС- 0 8 сопротивление электрода гв. А затем, пользуясь данными приближенных значений сопротивлений вертикальных электродов (таблицы 2), можно получить приближенное значение удельного сопротивления земли.

Таблица 2. Сопротивления растеканию электродов заземления

Пример расчета удельного сопротивления грунта. В землю погружен уголок длиной 3 м. Сопротивление, измеренное прибором МС-08, оказалось равным 30 Ом. Тогда можем написать: Ризм = rв l = 30 х 3 = 90 Ом х м.

Измерения желательно производить в двух-трех местах и принимать среднее значение. Пробные электроды следует погружать забивкой или вдавливанием, чтобы создавать плотное соприкосновение с землей; ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

Применять аналогичный метод измерений с укладкой в землю полос не следует: метод трудоемок и малонадежен, так как надлежащий контакт полосы с землей после засыпки и трамбовки может быть достигнут только через некоторое время.

Для учета состояния земли во время измерений принимается один из коэффициентов k из табл. 1.

Таким образом, удельное сопротивление земли равно: р = k х Ризм

В протоколе указываются состояние земли (влажность) при измерениях и рекомендуемый сезонный коэффициент промерзания или высыхания земли.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Удельное сопротивление грунта

Расчётное удельное электрическое сопротивление грунта (Ом*м) — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» земли как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземлителя.

Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нём растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Использование в расчётах

Электрическое удельное сопротивление грунта является основным параметром для расчёта заземления.

Чем меньший размер имеет эта величина, тем меньше будет сопротивление заземления смонтированного устройства.

Величины расчётного электрического удельного сопротивления грунта (таблица)

Сопротивление заземления для комплектов ZZ-000-015 и ZZ-000-030, указанное в таблице, может использоваться при различных конфигурациях заземлителя — и точечной, и многоэлектродной.

Вместе с таблицей ориентировочных величин расчётного удельного сопротивления грунта предлагаем Вам
воспользоваться географической картой уже смонтированных ранее заземлителей на базе готовых комплектов заземления ZANDZ с результатами замеров сопротивления заземления.

Типы грунтов республики Казахстан и их удельные электрические сопротивления (карта)

Глина, суглинок, супесь (различия)

Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц:

• глина — более 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур (между ладонями). Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям.
  • тяжелая — более 60%
  • обычная — от 30 до 60% с преобладанием глинистых частиц
  • пылеватая — от 30 до 60% с преобладанием песка
  • суглинок — от 10% до 30% глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку с образованием трещин по краям.
    • тяжелый — от 20 до 30%
    • средний — от 15 до 20%
    • легкий — от 10 до 15%
    • супесь (супесок) — менее 10% глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов; при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки; она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается при сдавливании.

Зависимости от условий

Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его влажности
(данные из IEEE Std 142-1991):

Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры
(данные из IEEE Std 142-1991):

На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) — почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.

Источник