Удельное электрическое сопротивление земли

Верхние 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:

ρ = RS/l,

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 удельного электрического сопротивления земли ρ различных грунтов огромен, например глина имеет сопротивление 1 - 50 Ом-/м, песчаник 10 - 10² Ом/м, а кварц 10¹² - 10¹⁴ 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.

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.

Смотрите также: Как измерить удельное сопротивление земли

Ниже в таблице приведены удельные сопротивления наиболее распространенных грунтов.