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
Глина - 8 - 70
Садовая земля - 40
Чернозем - 10 - 50
Торф - 20
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
| Электрод | k1 | k2 | k3 |
| Вертикальный | |||
| длина 3 м | 1,15 | 1 | 0,92 |
| длина 5 м | 1,1 | 1 | 0,95 |
| Горизонтальный | |||
| длина 10 м | 1,7 | 1 | 0,75 |
| длина 50 м | 1,6 | 1 | 0,8 |
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 = ρI /2πа или р = 2πaU/I = 2πaR, 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 сопротивленийна 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-08 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
| Электрод | Сопротивление, Ом |
| Вертикальный, угловая сталь, стержень, труба | ρ / l , где l - длина электрода в метрах |
| Полосовая сталь шириной 40 мм или круглая сталь диаметром 20 мм | 2ρ / l , где l - длина полосы в метрах |
| Прямоугольная пластина (при небольшом соотношении размеров сторон), заложенная вертикально | 0,25 (ρ / (ab-1/2)) , где а и b - размеры сторон пластины в м. |
Пример расчета удельного сопротивления грунта. В землю погружен уголок длиной 3 м. Сопротивление, измеренное прибором МС-08, оказалось равным 30Ом. Тогда можем написать: Ризм = rв l = 30х3 = 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.