Влияние размеров заземляющего электрода и глубины его заземления на значение сопротивления заземления

Измерение удельного сопротивления грунта

Цель работы:

– получение необходимых навыков для измерения и расчета удельного сопротивления земли;

– ознакомление с их нормируемыми параметрами.

Краткие теоретические сведения

Полное сопротивление заземляющего устройства состоит из следующих слагаемых:

· Сопротивление металла электрода и сопротивление в месте контакта заземляющего проводника и заземляющего электрода.

· Сопротивление в области контакта электрода и грунта.

· Сопротивление грунта по отношению к протекающим токам.

На Рис. 1 показана схема размещения заземляющего электрода (штыря) в грунте.

Рис 1. Заземляющий штырь

Как правило, штырь для обустройства заземления изготавливают из металла, проводящего электрический ток (сталь или медь) и маркируют соответствующей клеммой. Поэтому для практических расчётов можно пренебречь величиной сопротивления заземляющего штыря и места контакта с проводником. По результатам проведённых исследований было установлено, что при соблюдении технологии монтажа заземляющего устройства (плотный контакт электрода с грунтом и отсутствие на поверхности электрода посторонних примесей в виде краски, масла и пр.) в виду небольшого значения можно не учитывать сопротивление в месте контакта заземляющего электрода с землёй.

Сопротивление поверхности грунта – это единственная составляющая полного сопротивления заземляющего устройства, которая должна рассчитываться при конструировании и монтаже заземляющих устройств. В первом приближении можно считать, что электрод для заземления находится среди одинаковых слоев грунта, располагающих в виде концентрических поверхностей. У самого ближнего слоя наименьший радиус и поэтому минимальная площадь поверхности и максимальное сопротивление.

При удалении от заземляющего электрода у каждого последующего слоя увеличивается поверхность и уменьшается сопротивление. На определённом расстоянии от электрода сопротивление слоев грунта становится настолько малым, что его значение не берется для расчётов. Область грунта, за пределами которой сопротивление представляет собой незначительную величину, называется областью эффективного сопротивления. Размер данной области находится в непосредственной зависимости от глубины погружения в грунт заземляющего электрода.

Теоретическое значения сопротивления грунта определяется по общей формуле:

где ρ – величина удельного сопротивления грунта, Ом*см.
L – толщина слоя грунта, см.
A – площадь концентрической поверхности грунта, см2.

Данная формула наглядно объясняет, почему происходит уменьшение сопротивления каждого слоя грунта при удалении от заземляющего электрода. При определении сопротивления грунта его удельное сопротивление принимают за константу, однако на практике величина удельного сопротивления может изменяться в определенных пределах и зависит от конкретных условий. Формулы для нахождения сопротивления заземления при большом количестве заземляющих электродов имеют сложной вид и позволяют найти только приблизительное значение.

Чаще всего сопротивление заземления штыря определяют по классической формуле:

где ρ – среднее значение удельного сопротивления грунта, Ом*см.
R – сопротивление заземления штыря, Ом.
L – глубина расположения заземляющего электрода, см.
r – радиус заземляющего электрода, см.

Влияние размеров заземляющего электрода и глубины его заземления на значение сопротивления заземления

Поперечные размеры заземляющего электрода в незначительной степени влияют на сопротивление заземления. При увеличении диаметра штыря заземления отмечается небольшое снижение сопротивления заземления. Например, если диаметр электрода увеличить в 2 раза (Рис. 2), то сопротивление заземления уменьшится меньше, чем на десять процентов.

Рис. 2. Зависимость сопротивления заземляющего штыря от диаметра его сечения, измеренного в дюймах

При увеличении глубины размещения заземляющего электрода сопротивление заземления снижается. Теоретически доказано, что увеличение глубины в два раза позволяет уменьшить сопротивление на целых 40%. В соответствии со стандартом NEC (1987, 250-83-3) для обеспечения надёжного контакта с землёй следует погружать штырь на глубину не менее 2,4 метра (Рис. 3). Во многих случаях штырь, заземленный на три метра, полностью удовлетворяет актуальным требованиям стандартов NEC.

Согласно стандартов NEC (1987, 250-83-2) минимально допустимый диаметр стального заземляющего электрода составляет 5/8 '' (1,58 см), стального электрода с медным покрытием или электрода из меди – 1/2 '' (1,27 см).

На практике используют следующие поперечные размеры заземляющего штыря при его общей длине равной 3 метрам:

o Обычный грунт – 1/2 '' (1,27 см).

o Сырой грунт – 5/8 '' (1,58 см).

o Твёрдый грунт – 3/4 '' (1,90 см).

o При длине штыря более 3 метров – 3/4 '' (1,91 см).

Рис. 3. Зависимость сопротивления заземляющего устройства от глубины заземления (по вертикали – величина сопротивления электрода (Ом), по горизонтали – глубина заземления в футах)

Поиск по сайту: