Самая простая и достоверная методика расчета сопротивления заземления при неизвестном удельном сопротивлении грунта

Самая простая и достоверная методика расчета сопротивления заземления при неизвестном удельном сопротивлении грунта
23 Января 2018
797 0

     Из-за весьма низкой эффективности стандартных вертикальных заземлителей (электроды из проката черного металла, погружаемые на ограниченную глубину в поверхностные слои грунта) глубиной 2,5 – 5 м  процесс создания заземляющих устройств (ЗУ) с нормированными свойствами является чрезвычайно трудоемким, затратным и не всегда выполнимым.

     Получить заданное сопротивление ЗУ с минимальными затратами можно путем применения вертикальных составных глубинных заземлителей «ИГУР», способных достигать более плотных и, как правило, водо-насыщенных нижележащих слоев  грунтов со стабильно низким удельным сопротивлением. Например, для сравнения,  эквивалентное удельное сопротивление земли на отметке 2,5 м составляет 446 Ом м, а  на глубине 15-20 м - 52 Ом м.          

     В условиях, когда  известно лишь сопротивление существующего естественного (например, фундаментного) ЗУ и отсутствует достоверная информация об удельном сопротивлении грунтов на площадке производства работ, затруднен расчет ресурсов, необходимых для создания ЗУ.

     Пояснение к методике расчета.

     Предприятием «ИГУР» предложена методика, позволяющая рассчитать число элементов заземления, не прибегая к каким-либо затратам, связанным с определением удельного сопротивления грунта в месте проведения работ косвенными методами. Следует отметить, что современные методы косвенной оценки удельного сопротивления глубинных слоев грунтов по их характеристикам, замеренным на поверхности земли (в том числе и метод вертикального электрического зондирования ВЭЗ) не отличаются высокой достоверностью. Практика показывает, что удельное сопротивление грунта, определенное по методике ВЭЗ может более чем вдвое отличаться от его реального значения. Затраты же на его проведение  сопоставимы с затратами на монтаж самих ЗУ.

     Для реализации метода «ИГУР» используется прямое зондирование  с применением вертикальных составных глубинных электродов заземления «ИГУР», т.е. именно тех заземлителей, с помощью которых и будут производиться дальнейшие работы по достижению заданного сопротивления заземления.

     Сущность метода состоит в том, что на площадке строительства ЗУ погружают первый (пробный) вертикальный глубинный электрод. По мере погружения электрода замеряют его сопротивление.

     Окончательное значение сопротивления электрода заземления принимают  на глубине погружения, при которой существенно замедляется падение сопротивления. Оптимальной считают глубину погружения 20 м и ниже (до 30 м). В последующем пробный электрод включают в работу заземляющего устройства, объединив его с другими электродами в единый контур.

     Таким образом, измеренная величина сопротивления пробного вертикального электрода заземления при известной глубине погружения, дает представление об эквивалентном удельном сопротивлении грунта в месте производства работ, причем о его истинном значении в точке проведения работ.   Затем, принимая во внимание значения  требуемого (нормированного)  сопротивления ЗУ, а также измеренных значений  естественного заземляющего устройства (если оно существует на площадке) и пробного вертикального электрода,  расчетным путем вычисляют необходимое дополнительное количество вертикальных глубинных электродов N, достаточное для достижения заданных параметров. Для предварительных расчетов вкладом горизонтального электрода заземления обычно пренебрегают.

     Особенностью методики является необходимость размещения первого пробного электрода заземления вне существующего ЗУ и отнесения его на достаточно большое расстояние во избежание их взаимного влияния, снижающего эффективность последующих электродов заземления.

     Известно, что при параллельном соединении единичных вертикальных электродов заземления  имеет место эффект взаимного их экранирования, который сказывается в том, что общее сопротивление заземления уменьшается не пропорционально числу заземлителей соединенных параллельно, а несколько меньше. Эффект экранирования сказывается тем больше, чем ближе друг к другу будут расположены единичные электроды заземления.

     Каждый заземляющий электрод в грунте обладает некоторой эффективной рабочей околоэлектродной зоной, которая оказывает максимальное (90%) влияние на сопротивление электрода. Эта зона имеет вид некой полусферы  определенного радиуса в зависимости от размера и формы ЗУ.

     При этом, в качестве размера ЗУ следует принимать:
- для сложных заземлителей (заземляющей сетки, контура с вертикальными    электродами) – длину большей диагонали контура D;
- для заземлителей из одиночной горизонтальной полосы – длину полосы G;
- для глубинного электрода заземления – длину глубинного электрода H.

     Минимальное влияние эффективной зоны, например, для сложных заземлителей наблюдается при достижении расстояния ≥5D. Для глубинного электрода заземления это расстояние оценивается как ≥1,1Н.

     Для достижения максимального эффекта снижения сопротивления, зоны эффективного заземления отдельных электродов по возможности не должны перекрываться.

     Так, например, для существующего контура заземления сложной конфигурации с длиной большей диагонали D оптимальное расстояние L для размещения первого пробного глубинного электрода глубиной погружения Н составляет  L = 5D + 1,1Н. Оптимальное расстояние  между последующими погружаемыми вертикальными глубинными электродами составляет 2,2Н.

     В случае необходимости, обусловленной реальными условиями площадки, допускается уменьшение расстояния L. При этом для отражения в расчете уменьшения действительной  проводимости заземлителя вводится коэффициент использования проводимости заземлителей К.

      К=1,4 для 0,5<L/H<1

      К=1,2 для    1<L/H<5

      К=1,0 для        L/H≥5,

      где    L   – расстояние между единичными вертикальными электродами,

              H  – глубина погружения вертикального глубинного электрода.

     Расчет реализован в компьютерной программе и доступен в форме калькулятора по ссылке:

    КАЛЬКУЛЯТОР 
 

     Описание методики расчета

  1. Определить требуемое (заданное) значение сопротивления заземляющего устройства «R».
  2. Замерить сопротивление естественного (если оно существует) заземляющего устройства «R1». В случае отсутствия естественного заземлителя в расчет следует ввести сколь угодно большое значение, например, 1000 Ом.
  3. Забить первый (пробный) вертикальный электрод заземления глубиной 20 м (комплект из 13 стержней «ИГУР» длиной 1,5 м, соединенных между собой посредством муфт), отступив по возможности на расчетное расстояние L от существующего заземлителя и замерить его сопротивление «R2».
  4. Рассчитать полученное результирующее сопротивление заземляющего устройства «Rр» с учетом забитого пробного вертикального электрода и существующего заземлителя.
  5. Сравнить расчетное значение «Rр» с требуемым нормированным значением сопротивления «R»: если «Rр» ≤ «R» - закончить расчет,

если «Rр» > «R» - продолжить расчет.

  1. Проверить результаты расчета замером сопротивления, объединив вместе существующий  заземлитель и пробный вертикальный электрод.
  2. Рассчитать необходимое сопротивление «R3» дополнительного заземлителя (помимо первого пробного электрода), достаточное для приведения заземляющего устройства к норме.
  3. Рассчитать необходимое  количество вертикальных глубинных электродов заземления «N», дополнительно (помимо первого пробного электрода) необходимых для приведения заземляющего устройства к норме. При получении значения «N» в виде дробного числа необходимо забить количество электродов, соответствующее целой его части и начать забивать следующий вертикальный электрод до достижения требуемого значения сопротивления ЗУ. Например, расчетное количество дополнительных глубинных электродов составляет N = 2,4. Требуется дополнительно забить 2 электрода и начать забивать третий.
  4. Проверить результаты расчета замером сопротивления, объединив вместе все элементы заземляющего устройства. В случае необходимости продолжить погружение дополнительных стержней до доведения сопротивления ЗУ до заданных параметров.

     Например, при значениях R=2 Ом, R1=20 Ом, R2=6 Ом, К=1,2 по расчету дополнительно требуется 3 вертикальных глубинных электрода. При необходимости достижения R=1 Ом и тех же значениях остальных параметров потребуется 7 электродов.

     Особое внимание следует обратить на правильность проведения измерения сопротивления столь протяженных контуров заземления. Измерительные электроды необходимо устанавливать вне заземляющего устройства на территории, свободной от линий электропередач и подземных коммуникаций (трубопроводы, кабели с металлической оболочкой и броней и прочие металлоконструкции, имеющие связь с испытуемым заземлителем), т.к. их влияние приводит к искажению результатов измерения.
     Основная погрешность измерения обусловлена взаимным влиянием измерительных электродов и заземлителя (о взаимном влиянии единичных заземлителей упоминалось выше). В зависимости от конфигурации и размеров ЗУ, близкое к действительному значение сопротивления может быть получено при определенном соотношении расстояний от испытуемого заземлителя до измерительных электродов. Измерительные электроды рекомендуется размещать на одной линии: токовый электрод Rт на расстоянии ≥ 5D от края заземляющего устройства, а потенциальный Rп - в первом приближении - на половине этого расстояния. При этом D является большей диагональю нового, окончательно построенного контура. 




Интересное