Удельное сопротивление грунта: как измерить, теория

Подписаться

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

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.

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:



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):



Рис. 4

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:

Рис. 5

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).



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:

U = ρI /2πа

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

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

р = 2πaR

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.



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.

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):


Рис. 9

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:

+
2
-
22 Июля 2014, 10:34