Сопротивление грунта: Расчетное сопротивление грунта – Несущая способность – 5.5.2. Расчетное сопротивление грунтов основания

75 фото точного определения базовой характеристики

Удельное сопротивление грунта – это физический параметр, который определяет степень сопротивления грунта прохождению через него электрического тока, иными словами – позволяет определить его проводимость.

Данный параметр определяется как сопротивление, создаваемое условным кубом грунта с длиной рёбер 1 м с присоединёнными к разным сторонам электродами. Единица измерения – Ом на метр.

Любой грунт обладает сложной структурой, включающей в себя твёрдые частички, жидкость (воду в связанном и свободном виде) и воздух, причём ток проводит в основном именно вода.

По своим характеристикам любой грунт обладает очень плохой проводимостью; однако чем она выше (и, соответственно, меньше  сопротивление), тем меньшее число заземлителей нужно устанавливать для получения низкого сопротивления заземления.

А ведь именно оно позволяет грунту поглощать ток от молний и при утечках, что защищает оборудование от поломок, а работающих с ним людей – от травм. При расчётах нужно знать величину сопротивления грунта там, где вы планируете его оборудовать.

На эту цифру влияют различные факторы:

  • температура – один из наиболее важных параметров. При её снижении сопротивление растёт, поскольку замёрзшая вода почти не проводит ток; так, при падении до -5 градусов значение сопротивления возрастает в 8 раз;
  • влажность грунта – чем она выше, тем грунт легче проводит ток. При снижении влажности сопротивление возрастает, сильно это проявляется у песчанистых, глинистых и суглинистых грунтов;
  • структура грунта;
  • наличие в воде растворённых солей и других электролитов – чем их больше, тем сопротивление меньше.

Данные параметры меняются по сезонам. Зимой, когда земля промерзает, значения удельного сопротивления выше всего.

Стоит отметить следующий факт. Грунт состоит из слоёв, имеющих разное среднее сопротивление и разделённых относительно чёткими границами, и в каждом слое сопротивление почти не меняется. Верхний слой (до трёх метров) наиболее сильно подвержен изменениям.

Измерение сопротивления

Чем точнее будет измерено сопротивление, тем надёжнее можно будет оборудовать заземляющее сооружение. Не придётся как устанавливать лишние электроды, так и расширять заземляющие устройства постфактум.

Самые точные результаты будут, если измерения будут проводиться отдельно по сезонам. Но это бывает накладно.

Чаще измерения делают в конце весны или начале лета,  при этом для того, чтобы рассчитать сопротивление грунта при промерзании (или его высыхания), используют поправочные коэффициенты – промерзания, влажности, сезонные; они определяются для каждой климатической зоны отдельно.

Измерения могут проводиться одним из двух методов: амперметра-вольтметра и вертикального электрического зондирования. За расчётное сопротивление грунта берут наибольший результат.

Существуют таблицы сопротивления грунтов, позволяющие узнать примерные величины сопротивления для различных видов грунта в разных климатических зонах.

Однако ориентироваться на эти цифры можно только тогда, когда нет никаких других известных данных. Надёжнее и правильнее делать замеры на месте.

Удельное сопротивление преимущественно зависит от характеристик типа грунта. Чернозём и глина обладают низким сопротивлением – всего 80 Ом*м, суглинок – чуть большим, 100 Ом*м. Для песчаных грунтов содержание влаги влияет на сопротивление очень сильно, и значения могут колебаться от десятка до тысяч Ом*м.

Чем выше содержание горных пород, тем выше сопротивление: каменистые виды грунта способны обладать сопротивлением в тысячи Ом*м, а для грунтов с вечной мерзлотой цифры могут достигать 50000 Ом*м.

Стоит отметить, что в каменистых и вечномёрзлых грунтах, помимо прочего, организовать заземление трудоёмко и дорого, что иногда требует использовать специальные методы по снижению удельного сопротивления.

Как понизить сопротивление

Традиционный способ снизить сопротивление заземлителя – увеличить число электродов и/или размер заземлителя.

Рост габаритов позволяет добиться многих преимуществ, поскольку глубинные слои мало зависят от сезонных колебаний. Так, при увеличении размеров заземлителя от 10 метров до 100 колебания сопротивления уменьшаются в десятки раз.

Однако в каменистых и вечномерзлых грунтах обычные методы сложны для реализации. Установка дополнительных электродов связана с трудностями и дополнительными тратами; кроме того, давление пластов грунта выталкивает горизонтальные электроды. Поэтому для таких грунтов нужны иные типы решений.

Замена грунта нужного объёма на грунт с более низким сопротивлением. Способ неплох для каменистых типов, но для вечномёрзлых польза метода ограничена: новый грунт тоже будет промерзать.

Объёмы заменяемого грунта зачастую огромны, а результат не всегда бывает удовлетворительным.

Установка выносного заземлителя в местах грунта, где сопротивление ниже, чем в других. Технологии позволяют устанавливать такое заземление на расстояниях до 2 км, но и такое решение требует большого объёма работ по установке дополнительных коммуникаций.

Использование солей и электролитов, снижающих сопротивление грунта. Метод позволяет сократить размеры заземлителя в разы, но со временем химические вещества вымываются. Поэтому процедуру придётся повторять раз в несколько лет.

Электролитическое заземление. Совмещает в себе замену части грунта и действие электролитов. Для него используется особый электрод, наполненный смесью электролитов; они распределяются в рабочей области при прохождении тока, а стабилизируется процесс наполнителем.

Внимательно учитывайте удельное сопротивление при монтаже заземляющих устройств. Сделанные замеры позволят сэкономить вам много сил, времени и денег, а правильно смонтированное заземление обезопасит вас и вашу технику.

Фото сопротивления грунта



Также рекомендуем посетить:

Измерение удельного сопротивления грунта

 

ООО «ЭнергоАльянс»

ЭЛЕКТРОЛАБОРАТОРИЯ

 

  

 1.   Назначение и область применения.

1.1   Настоящий документ устанавливает методику выполнения измерения сопротивления грунта на соответствие проекту и требованиям НД.

1.2     Настоящий документ разработан для применения персоналом электролаборатории при проведении приемо-сдаточных, периодических и ремонтных  испытаний в электроустановках, напряжением до 1000 В и вне электроустановок.

 

2.   Нормативные ссылки.

 

В данной методике использованы ссылки на следующие нормативные документы:

2.1 Руководство пользователя. Измеритель сопротивления заземления ИС-10 или аналогичный.

2.2 Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей

2.4  Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Изд. 6 с изменениями и дополнениями.

2.3 Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок ПОТЭЭ. С изменениями на 15 ноября 2018 года.

2.4  ГОСТ Р 16504-81 «Испытания и контроль качества продукции».

2.5  ГОСТ Р 8.563-96 «Методики выполнения измерений»

2.6  Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Издание 7-е.

2.7    Комплекс стандартов ГОСТ Р 50571.16 - 2007 «Электроустановки низковольтные. Часть 6. Испытания».

 

3     Термины и определения.

 

В данной методике используются следующие термины и определения, принятые согласно ПУЭ изд. 7 и комплекса стандартов ГОСТ Р 50571.16 - 2007:

3.1 Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

3.2   Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

3.3 Рабочее (функциональное) заземление - заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).

3.4 Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ - преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

3.5 Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

3.6 Искусственный заземлитель - заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.

3.7 Естественный заземлитель

- сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления.

3.8 Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем.

3.9   Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

3.10 Зона нулевого потенциала (относительная земля) - часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю.

3.11 Зона растекания (локальная земля) - зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала.

Термин земля, используемый в главе, следует понимать как земля в зоне растекания.

3.12  Замыкание на землю - случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей.

3.13 Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.

3.14 Напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Ожидаемое напряжение прикосновения - напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек или животное их не касается.

3.15 Напряжение шага - напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.

3.16 Сопротивление заземляющего устройства - отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

3.17 Эквивалентное удельное сопротивление земли с неоднородной структурой - удельное электрическое сопротивление земли с однородной структурой, в которой сопротивление заземляющего устройства имеет то же значение, что и в земле с неоднородной структурой.

Термин удельное сопротивление, используемый в главе для земли с неоднородной структурой, следует понимать как эквивалентное удельное сопротивление.

3.18 Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

3.19 Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

3.20 Рабочее (функциональное) заземление - заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).3.1  Заземление -- преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

3.21 Главная заземляющая шина - шина, являющаяся частью заземляющего устройства электроустановки до 1 кВ и предназначенная для присоединения нескольких проводников с целью заземления и уравнивания потенциалов.

 

4.     Характеристика измеряемой величины, нормативные значения измеряемой величины.

 

Объектом измерения является грунт.

Цель измерений - установление и расчет параметров вновь сооружаемого заземляющего устройства или соответствия имеющегося ЗУ требованиям проекта нормативных документов.

Измеряемая величина – удельное сопротивление грунта р (Ом·м)

Согласно действующему ГОСТ 12.1.030-81, при удельном электрическом сопротивлении “земли” P выше 100 Ом х м допускается увеличение указанной нормы в P / 100 раз, но не более десятикратного, эта информация также дублируется в ПУЭ. Исходя из этого, имея, например, удельное сопротивление грунта 631 Ом на метр, делим полученное значение на 100, получаем 6,31 и во столько раз мы можем превысить норматив в 4 Ома и значение сопротивление заземляющего устройства. 25,24 Ом в данном случае будет считаться удовлетворительным.

Величина сопротивления заземляющего устройства зависит от удельного сопротивления грунта (удельное сопротивление принято обозначать греческой буквой р). Эта величина определяет свойства грунта с точки зрения его электрической проводимости и чем она меньше, тем меньше сопротивление растеканию, а следовательно, благоприятнее условия для устройства заземления. В зависимости от состава (чернозем, песок, глина и т. п.), размеров и плотности прилегания друг к другу частиц, влажности и температуры, наличия растворимых химических веществ (кислот, щелочей, продуктов гниения и т. д.) удельное сопротивление грунтов изменяется в очень широких пределах. Грунт может в летнее время просыхать, а в зимнее - промерзать. И в том и в другом случаях сопротивление растеканию заземлителей возрастает, часто довольно значительно.

Наиболее важными факторами, влияющими на величину удельного сопротивления грунта, являются влажность и температура. В течение года в связи с изменением атмосферных и климатических условий содержание влаги в грунте изменяются, а следовательно, изменяется и удельное сопротивление.

Наиболее резкие колебания удельного сопротивления наблюдаются в верхних слоях земли, которые зимой промерзают, а летом высыхают. Из данных измерений следует, что при понижении температуры воздуха от 0 до -10°С удельное сопротивление грунта на глубине 0,3 м увеличивается в 10 раз, а на глубине 0,5 м - в 3 раза.

Величина удельного сопротивления грунта определяется путем измерений в месте устройства заземления(монтажа) с учетом коэффициентов влажности.

В исключительных случаях для оценки величины удельного сопротивления р при проектировании заземляющих устройств можно пользоваться средними величинами удельного сопротивлений грунта из таблиц.

Однако в последующем при строительстве заземлений необходимо пересчитать сопротивление заземления, предварительно уточнив удельное сопротивление грунта путем контрольных измерений.

 

Приближенные значения средних удельных сопротивлений отдельных видов грунтов р,Ом·м.

 

Наименование грунта

Среднее удельное сопротивление, Ом·м

Песок

500

Супесок

300

Суглинок

80

Глина

60

Садовая земля

40

Чернозем

50

Торф

25

Пористый известняк

180

Песчаник

1000

 

Зная величину удельного сопротивления грунта, можно определить приближенные сопротивления растеканию различных заземлителей.

Эффективность заземлителя зависит от конкретных грунтовых условий, и поэтому в зависимости от этих условий и требуемого значения сопротивления растеканию должны быть выбраны количество и конструкция заземлителей. Значение сопротивления растеканию заземляющего устройства должно быть измерено и соответствовать допустимому значению.

 

 

5.         Условия испытаний (измерений).

 

5.1 При  выполнении измерений и испытаний, согласно руководству пользователя прибором ИС-10 или аналогичным, соблюдают следующие условия:

температура окружающего воздуха  - 250С до +600С,

относительная влажность (95 ±3%) при температуре 350С,

измерение рекомендуется проводить в периоды наименьшей проводимости грунта, в засушливое летнее время при наибольшем высыхании грунта или в периоды промерзания грунта зимой,

5.2              Измерения проводят в светлое время суток. Производить измерения на заземляющих устройствах во время грозы, дождя, мокрого тумана и снега, а также в темное время суток запрещается.

 

6.              Метод  испытаний (измерений).

 

6.1              Величина удельного сопротивления грунта определяется по методике измерения Вернера. Эта методика предполагает равные расстояния между электродами (d) и удельное сопротивление рассчитывается по формуле:

R уд = 2π • d • R

 (6,28 • d • R),

где R – сопротивление, измеренное прибором.

ИС-10 или аналогичный данные расчеты проводит автоматически

 

7.  Производство измерений.

 

7.1 Измерение удельного сопротивления грунта. (Rуд)

Измерительные штыри установить в грунт по прямой линии, через равные расстояния (d), которое следует принимать не менее чем в 5 раз больше глубины погружения штырей.

Соединить штыри с измерительными гнездами Т1, П1, П2 и Т2 в соответствии с рисунком 2.3.6.

Кнопкой «РЕЖИМ» выбрать режим «Rуд», при этом на индикаторе отображается ранее установленное расстояние между штырями. Расстояние между штырями можно изменить в меню прибора. Выбрать функцию «УСТ. РАССТ». Появится сообщение «РАССТОЯНИЕ ХХм».

Кнопками «▲» или «▼» Т1 П2 Т2 R 3П 2,21 Ом  установить расстояние от 1 до 99 м с шагом 1 м. Для подтверждения выбранного расстояния нажать кнопку «Rx / ¿». Заданное расстояние сохраняется в памяти прибора до введения новых значений. Результат измерений будет отображаться в «мОм*м», «Ом*м» или «кОм*м». Нажать кнопку «Rx / ¿» и считать показания значения удельного сопротивления.

Рисунок 2.3.6 - Схема подключения при измерении удельного сопротивления грунта и вид индикатора

 

 

 

8.    Контроль точности результатов испытаний (измерений).

 

8.1 Контроль точности результатов измерений обеспечивается ежегодной поверкой средств измерений в органах Госстандарта РФ и проверкой соответствия размеров вспомогательных технических средств перед выполнением измерений. Выполнение измерений прибором с просроченным сроком поверки не допускается.

 

9. Требования к квалификации персонала.

 

9.1 К выполнению измерений и испытаний допускают лиц, прошедших специальное  обучение и аттестацию с присвоением  группы по электробезопасности не ниже III  при работе в электроустановках до 1000 В, имеющих запись о допуске к испытаниям и измерениям в электроустановках до 1000 В.

9.2 Измерения должен проводить только квалифицированный персонал в составе бригады, в количестве не менее 2 человек.

 

 

 

10. Требования к обеспечению безопасности при выполнении испытаний (измерений) и экологической безопасности.

 

10.1 При проведении измерений персонал должен соблюдать требования ПОТЭЭ, инструкций по производственной санитарии, требования инструкций по технике безопасности.

10.2 Забивать электроды в землю необходимо исправным молотком (ударная часть без сколов и трещин, рукоять без повреждений) только в рукавицах.

10.3 При сборке измерительных схем следует соблюдать последовательность соединения проводов токовой и потенциальной цепи. Сначала необходимо присоединить провод к вспомогательному электроду  и лишь затем к прибору.

10.4     Испытания не наносят вреда окружающей среде.

 

 

 

11. Оформление результатов измерений

 

По результатам проверки составляется протокол испытаний.

 

Электролаборатория Краснодар. Электролаборатория Краснодарский край

 

таблица средних значений и применение для различных целей

Сопротивление грунтаФизико-химические особенности верхних слоёв земли, где протекают токи электрических установок, влияют на состояние подземных металлических конструкций. При проектировании и монтаже деталей трубопроводов и заземлителей необходимы знания об электропроводности почвы. Важное значение имеет показатель удельного сопротивления грунта. Этот параметр обуславливает уровень коррозионной опасности для заглубляемых металлоизделий.

Общие понятия и определения

Свойства почвы, позволяющие проводить ток, зависят от структуры и содержания различных компонентов. Преимущественное влияние на сопротивление заземлителей оказывают верхние грунтовые слои на глубине от 20 до 25 м. Изоляторы в виде кремнезёма, глинозёма и известняка заставляют выступать в роли проводника т. н. почвенный раствор, где между твёрдыми частями диэлектриков циркулируют соли и влага. Это обуславливает возникновение ионной проводимости почвы, а от электронной проводимости металлов её отличает оказание большего сопротивления электрическому току.

Коррозионной активностью земли называют её способность к разрушительным физико-химическим взаимодействиям с металлами. Влажность, пористость, кислотность и проницаемость почвы, присутствие органических соединений и продуктов жизнедеятельности бактерий, минерализация, количественный и качественный состав солей электролита могут увеличивать или уменьшать эту активность.

Удельное электросопротивление грунта, или просто сопротивление, обозначается буквой греческого алфавита ρ и определяет свойства в отношении электропроводности. Оно характеризует способность почвы сопротивляться движению электрических зарядов (токорастеканию) в условном проводнике, имеющем площадь поперечного сечения 1 кв. метр и длину 1 метр. За единицу измерения показателя принят Ом·м.

Удельное электросопротивление грунта,

Чтобы определить значение удельного сопротивления грунта, применяются два основных способа:

  • Метод контрольного электрода (употребляется в проектировании одиночных заземляющих устройств). Для этого изготавливают образец, соответствующий размерам будущей установки заземления, и погружают в исследуемую почву. Затем туда же помещают пару вспомогательных электродов и производят измерение сопротивления растеканию тока от контрольного устройства.
  • Метод четырёх электродов. Их опускают в землю с расстоянием от 2 до 4 метров друг от друга на глубину до 1/20 от этого расстояния. Значение, измеренное таким образом, соответствует той глубине, на которую разнесены электроды.

Существуют и специальные высокоточные приборы для анализа активности грунта. Они позволяют работать не только в лабораторных, но и полевых условиях.

Влияние различных факторов

Состав земли, размеры, конфигурация и компактность размещения её фрагментов, влагосодержание и температура, содержание растворимых химических компонентов (солей, кислот, щелочей, остатков гниения органических примесей) отражаются на значении уровня электропроводности. Все эти параметры трансформируются в зависимости от времени года, поэтому меняются и свойства грунта, причём в обширном диапазоне.

Растекание тока в землеВ условиях сухого и жаркого лета верхние почвенные слои просыхают, зимой промерзают, в обоих случаях противодействие токорастеканию значительно увеличивается. Так, на глубине 30 см при понижении температуры воздуха с 0 °C до минус 10 °C удельное электросопротивление грунта возрастает в 10 раз, а на глубине 50 см — в 3 раза. Это позволяет оценить коррозионную активность почвы и получить исходные данные для выбора эффективной конструкции заземления или проектирования электрозащитного оборудования для подземного сооружения.

Исходя из этого, коррозионная активность грунтов делится на группы, сведения о которых приводятся в таблице:

Коррозионная активностьУдельное электросопротивление, Ом·м
Низкаяболее 100
Средняяот 20 до 100
Повышеннаяот 10 до 20
Высокаяот 5 до 10
Весьма высокаядо 5

Электросопротивление грунта непосредственно влияет на монтажные работы: чем меньше его значение, тем проще произвести установку заземляющих устройств, а это снижает денежные и трудовые затраты.

Ведь для того чтобы эффективно противостоять растеканию тока при организации заземления установки для производства электроэнергии, отопительного или молниезащитного оборудования в почве с низким удельным сопротивлением, будут применяться заземлители существенно меньшего размера.

Роль табличных значений параметра

Устройства заземления При расчёте устройства заземления проектировщиков интересуют сведения об электропроводящих свойствах почвы. Для предварительной оценки пользуются их средними величинами, но для нужд конкретного строительства выполняют пересчёт характеристик заземлителей. Исходные данные получают путём контрольных измерений и изыскательских работ, уточняющих для конкретной территории параметры удельного сопротивления грунта.

Таблица приблизительных значений выглядит таким образом:

Наименование грунтаСреднее удельное электросопротивление, Ом·м
Базальт2 тыс.
Песчаник1 тыс.
Слюдистые сланцы800
Песок500
Супесок300
Пористый известняк180
Каменный уголь150
Суглинок80
Глина60
Чернозём50
Земля садовая40
Ил30
Торф25
Солончак20

Грунты типа глины, чернозёма, суглинка (т. н. хорошие) обладают низким удельным электросопротивлением. Показатели песка во многом зависят от влагосодержания и лежат в пределах от 10 до 4 тыс. Ом·м. В случае скальных грунтов счёт уже идёт на тысячи, у щебенистых — от трёх до пяти тысяч, а у гранитных пород — 20 тыс. Ом·м.

Особенно сложно дело обстоит с вечномёрзлыми грунтами, ведь понижение температуры резко увеличивает их удельное сопротивление. Например, для того же суглинка при +10 °C оно равно 80 Ом·м, а при минус 10 °C уже достигает 1 тыс. Ом·м. Почвенный монолит зимой промерзает в глубину на километры, а летом оттаивание верхних слоёв происходит всего на несколько метров.

Влияние свойств грунта на заземление

Уменьшение значений удельного электросопротивления почвы создаёт более благоприятные условия для растекания электрического заряда. Поглощение токов утечки и разрядов молний надёжно защищает заглублённые металлоконструкции. Тем самым предотвращаются электротравмы работников и нарушения функционирования других приборов.

Влияние свойств грунта на заземлениеСредства и сети связи, электрические подстанции и медицинские учреждения с энергоёмким оборудованием требуют более низких значений сопротивления заземлителей, нежели компоненты электрической сети в виде ЛЭП и простые жилые дома. Их установка и безопасное использование регламентируется ПУЭ и многочисленными отраслевыми стандартами, а нормы указываются в сопроводительной документации к установленным приборам.

Во всех климатических зонах одни и те же явления природы по-разному воздействуют на почву, что нашло отражение в специальных коэффициентах промерзания, увлажнения и сезонности. Когда грунт намокает, его удельное сопротивление в несколько раз снижается, а при промерзании — увеличивается. Коэффициент увлажнения оказывает существенное влияние на удельное электросопротивление грунта. Его применяют для корректировки измерений в местах планируемого устройства заземления в ряде случаев:

  1. Характеристики грунтаГрунт перенасыщен влагой — выпало много осадков. Измеренный показатель соответствует минимально возможному.
  2. Грунт имеет среднюю влажность — осадки были немногочисленными. Замеры тоже имеют среднее значение.
  3. Грунт сухой — осадков мало. Результат измерений сопротивления грунта — максимальный.

Рост размеров заземляющих устройств уменьшает зависимость конструкции от климатических явлений.

Это объясняется тем, что ток растекается на глубину, соответствующую горизонтальным габаритам заземлителя, и основное воздействие приходится на внутренние слои почвы, которые имеют заведомо невысокое удельное сопротивление.

Способы получения необходимых параметров

Заземлители традиционной конструкции состоят из набора вертикальных и горизонтальных электродов и монтируются в беспроблемных, «хороших» грунтах. Вертикальные электроды обладают множеством достоинств, т. к. с увеличением глубины:

  • характеристики почвы более стабильны;
  • сезонные колебания меньше дают о себе знать;
  • содержание влаги повышается и тоже снижает сопротивление.

Горизонтальные электроды применяются для нужд соединения, но могут использоваться и как самостоятельные элементы, когда невозможно нормально смонтировать вертикальные заземлители или требуется устройство определённой конструкции. В критических условиях вечной мерзлоты или тяжёлых грунтов монтаж классического заземления неэффективен. Специфическая ситуация местности потребует гигантских размеров заземляющих устройств, а в результате явления выталкивания электроды просуществуют в почве не более года.

Для решения этих проблем специалисты разработали ряд методик:

  • Замещение грунтаНужные объёмы «плохих» грунтов изымаются и заменяются «хорошими»: углём или глиной. В случае вечной мерзлоты эффект от этого будет краткосрочным, т. к. грунт-заместитель тоже рано или поздно застывает.
  • В районах, имеющих низкое удельное сопротивление почв, монтируются установки выносного заземления на удалении до 2 км от основного источника.
  • Используются химические соединения — соли и электролиты. Хлористый натрий (обычная поваренная соль), хлористый кальций, сернокислая медь (медный купорос) уменьшают сопротивление промерзающего грунта, но требуют обновления через непродолжительное время (от 2 до 4 лет), т. к. подвержены вымыванию.

Лучшее решение проблемы — создание комплекса электролитического заземления. В нём выгодно сочетается химическая обработка почвы и замена грунта. Для этого используются электролитические электроды, которые наполняются подготовленной смесью минеральных солей и равномерно распределяются по рабочему пространству. Процесс выщелачивания реагентов становится более стабильным за счёт использования специального околоэлектродного заполнителя, увеличивающего площадь контакта с почвой. Это позволяет решать проблемы установки традиционных заземлителей, существенно уменьшает размеры и количество оборудования, снижает объёмы общестроительных работ.

Применение на практике

Установка заземленияУровень электропроводности земли — величина непостоянная. На его значение влияют разнообразные факторы, среди которых основные — влажность, температура, структура и воздухопроницаемость. При установке заземляющего устройства требуется достоверная информация о местах проведения строительных работ. Чтобы сопротивление заземлителя не превысило допустимую норму, необходимо точно обозначить пределы, в которых оно может изменяться.

Все данные для нужд проектирования получают при помощи геологических изысканий и измерений на конкретном объекте. Полученные результаты подлежат корректировке с учётом времени года, ведь нормируемые значения необходимо обеспечить при самых критических условиях. И только если выясняется, что возможность привязки к местности по разным причинам отсутствует, пользуются справочными таблицами, при этом расчёт всегда будет ориентировочным.

Удельное электрическое сопротивление грунта 100 Ом*м, 2 вертикальных очага

Молниезащита объекта III категории
Контур заземления

Общие данные 

Устройство молниезащиты предназначено для обеспечения защиты от прямых ударов молнии (ПУМ).
Здание относится к III категории молниезащиты согласно пп.9, таблицы 1 Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87.

Таблица 1

№ пп.

Здания и сооружения

Местоположение

Тип зоны защиты при использова­нии стержне­вых и тросо­вых молние­отводов

Катего­рия молние­защиты

1

2

3

4

5

9

Небольшие строения III-V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво - и пожароопасных классов

В местностях со средней про­должительностью гроз 20 ч в год и более для III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости при N<0,1, для IVа степени огнестойкости при N<0,02

-

III

В случае с данным зданием, молниеприемником являются металлические фермы крыши промышленного здания, токоотводами служат металлические колонны, к колонне приваривается кусок металлической арматуры, выходящий сквозь стену наружу, к которому и крепится зажим соединения тип N с последующим устройством очага заземления.

Заземление объекта.

Согласно п.п. 2.13 «В качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии во всех возможных случаях (см. п. 1.8) следует использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений. При невозможности использования фундаментов предусматриваются искусственные заземлители:

  • при наличии молниеприемной сетки или металлической кровли по периметру здания или сооружения прокладывается наружный контур следующей конструкции:
  • в грунтах с эквивалентным удельным сопротивлением   500 Омм при площади здания более 250 м2 выполняется контур из горизонтальных электродов, уложенных в земле на глубине не менее 0,5 м, а при площади здания менее 250 м2 к этому контуру в местах присоединения токоотводов приваривается по одному вертикальному или горизонтальному лучевому электроду длиной 2—3 м;»

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды СО 153-34.21.122-2003.

«Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения. Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются из условия обеспечения минимальной коррозии, а также возможно меньшей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыхания и промерзания грунта.»

Необходимо выполнить траншею глубиной 0,5 м и шириной 0,25 м

Таким образом, согласно таблице 2. 11 РД 34.21.122-87, минимальный диаметр стального вертикального электрода заземления: 10 мм.

Выбираем стержень стальной оцинкованный диаметром 16 мм длиной 1,5 (Z10161).

Конструкция стержня такова, что толщина стержня позволяет заглублять его вертикально при помощи электроинструмента. А резьбовая оснастка позволяет соединять стержня между собой для увеличения глубины залегания. Так достигается наилучшее растекание тока, кроме того на большой глубине, грунт не промерзает и не высыхает.

Стержень оцинкованный длиной 1,5 м – соединяется между собой при помощи муфты (Z10163) и образует вертикальный очаг заземления длиной 3 м.

Стержни заглубляются при помощи кувалды или электроинструмента. Удар должен осуществляться по удароприемной головке (Z10174), которая закручивается в соединительную муфту.

При использовании электроинструмента типа «отбойный молоток» или «перфоратор» необходимо использовать тип патрон SDS-MAX и насадку (Z10105) для передачи удара в головку.

Заглубить вертикальные стержни заземления в местах опусков токоотводов. При установке вертикальных заземлителей необходимо оставить на дне траншеи выпуск стержня длиной 150 мм для подключения горизонтального заземлителя (S10309).

Горизонтальный заземлитель полоса стальная оцинкованная 40х4 мм. П.п. Таблица 3. РД 34.21.122-87.
Таблица 3

 

 

Форма токоотвода и заземлителя

Сечение (диаметр) токоотвода и заземлителя, проложенных

 

снаружи здания на воздухе

в земле

Круглые токоотводы и перемычки диаметром, мм

6

Круглые вертикальные электроды диаметром, мм

10

Круглые горизонтальные* электроды диаметром, мм

10

Прямоугольные электроды:

 

 

сечением, мм

48

160

толщиной, мм

4

4

* Только для выравнивания потенциалов внутри зданий и для прокладки наружных контуров на дне котлована по периметру здания.

Контур прокладывается вокруг здания и соединяется между собой сваркой. Перед сваркой необходимо зачистить слой цинка. После сварки требуется окрасить цинконаполненным составом (M10247). Длина шва 6 см.

 

Выполнить соединение горизонтального и вертикального заземлителя при помощи специального зажима типа N (Z10106). Подключить к зажиму токоотвод.

Очистить соединение «полоса-токоотвод-стержень» от грунта, воды. Обмотать соединение лентой изоляционной (Z10104).

Расчет сопротивления растекания заземляющего устройства

Для сопротивления внешней молниезащиты здания требуется заземляющее устройство с сопротивлением до 10 Ом. Для расчета возьмем усредненную величину удельного сопротивления грунта – 400 Ом/м.

Сопротивление растеканию вертикального заземлителя определяется по формуле:

 

Где:

ρ- удельное сопротивление грунта, Ом/м;

Сij – безразмерный коэффициент, зависящий от формы заземлителя и условий его заглубления;

l - длина вертикального электрода, м;

d - диаметр глубинного электрода, м;

n - количество электродов, шт;

H - заглубление (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м).

Как правило, с учетом прокладки заземляющего проводника на глубине 0,5 м, H = L/2 + 0,5;

ρ- 100 Ом/м;

l - 7,5 м;

d – 0,016 м;

n – 2 шт;

H – 2 м.

Сопротивление одного вертикального электрода

Коэффициент использования стержней равен 0,8

Сопротивление всех вертикальных заземлителей

Безразмерный коэффициент вертикального электрода, зависящий от формы заземлителя и условий его заглубления:

Найдем коэффициент по формуле, указанной в п.6 таблицы 8 справочника по молниезащите Р.Н. Карякина

Предусматривая коэффициент использования стержней находим сопротивление всех вертикальных заземлителей по формуле:

Число заземлителей

Отношение расстояний между электродами к их длине

1

2

3

1

2

3

Электроды размещены в ряд (рас.1)

Электроды размещены по контуру (рис.2)

2

0,85

0,91

0,94

-

-

-

4

0,73

0,83

0,89

0,69

0,78

0,85

6

0,65

0,77

0,85

0,61

0,73

0,80

10

0,59

0,74

0,81

0,56

0,68

0,76

20

0,48

0,67

0,76

0,47

0,63

0,71

40

-

-

-

0,41

0,58

0,66

60

-

-

-

0,39

0,55

0,64

100

-

-

-

0,36

0,52

0,62

Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине

Число вертикальных электродов

2

4

6

10

20

40

60

100

Вертикальные электроды размещены в ряд (рис.1 см. выше)

1

0,85

0,77

0,72

0,62

0,42

-

-

-

2

0,94

0,80

0,84

0,75

0,56

-

-

-

3

0,96

0,92

0,88

0,82

0,68

-

-

-

Вертикальные электроды размещены по контуру (рис.2 см. выше)

1

-

0,45

0,40

0,34

0,27

0,22

0,20

0,19

2

-

0,55

0,48

0,40

0,32

0,29

0,27

0,23

3

-

0,70

0,64

0,56

0,45

0,39

0,36

0,33

Условия эксплуатации

Для обеспечения постоянной надежности работы устройства молниезащиты ежегодно перед началом грозового сезона производится проверка и осмотр всех устройств молниезащиты.

Во время осмотра и проверки устройств молниезащиты рекомендуется:

  • проверить визуальным осмотром целостность молниеприемников и токоотводов, надежность их соединения и крепления к мачтам;
  • выявить элементы устройств молниезащиты, требующие замены или ремонта вследствие нарушения их механической прочности;
  • определить степень разрушения коррозией отдельных элементов устройств молниезащиты, принять меры по антикоррозионной защите и усилению элементов, поврежденных коррозией;
  • проверить надежность электрических соединений между токоведущими частями всех элементов устройств молниезащиты;
  • проверить соответствие устройств молниезащиты назначению объектов и в случае наличия строительных или технологических изменений за предшествующий период наметить мероприятия по модернизации и реконструкции молниезащиты в соответствии с требованиями настоящей Инструкции;
  • уточнить исполнительную схему устройств молниезащиты и определить пути растекания тока
  • молнии по ее элементам при разряде молнии методом имитации разряда молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса, подключенного между молниеприемником и удаленным токовым электродом;
  • Внеочередные осмотры устройств молниезащиты следует производить после стихийных бедствий (ураганный ветер, наводнение, землетрясение, пожар) и гроз чрезвычайной интенсивности.

Для определения технического состояния заземляющего устройства должны проводиться визуальные осмотры видимой части, осмотры заземляющего устройства с выборочным вскрытием грунта, измерение параметров заземляющего устройства в соответствии с нормами испытания электрооборудования.

Визуальные осмотры видимой части заземляющего устройства должны производиться по графику, но не реже 1 раза в 6 месяцев ответственным за электрохозяйство Потребителя или работником, им уполномоченным.

При осмотре оценивается состояние контактных соединений между защитным проводником и оборудованием, наличие антикоррозионного покрытия, отсутствие обрывов.

Результаты осмотров должны заноситься в паспорт заземляющего устройства.

Для определения технического состояния заземляющего устройства в соответствии с нормами испытаний электрооборудования должны производиться:

  • измерение сопротивления заземляющего устройства;
  • измерение напряжения прикосновения (в электроустановках, заземляющее устройство которых выполнено по нормам на напряжение прикосновения), проверка наличия цепи между заземляющим устройством и заземляемыми элементами, а также соединений естественных заземлителей с заземляющим устройством;
  • измерение удельного сопротивления грунта в районе заземляющего устройства

Периодическому контролю со вскрытием в течение шести лет подвергаются все искусственные заземлители, токоотводы и места их присоединений, при этом ежегодно производится проверка до 20 % их общего количества. Пораженные коррозией заземлители и токоотводы при уменьшении их площади поперечного сечения более чем на 25 % должны быть заменены новыми.

Внеочередные замеры сопротивления заземления устройств молниезащиты следует

производить после выполнения ремонтных работ как на устройствах молниезащиты, так и на самих защищаемых объектах и вблизи них.

Результаты проверок оформляются актами, заносятся в паспорта и журнал учета состоянияустройств молниезащиты.

Земляные работы у защищаемых зданий и сооружений объектов, устройств молниезащиты, а также вблизи них производятся, как правило, с разрешения эксплуатирующей организации, которая выделяет ответственных лиц, наблюдающих за сохранностью устройств молниезащиты.

Во время грозы работы на устройствах молниезащиты и вблизи них не производятся.

Приложения 1 – Схема заземляющего устройства

 

Добавить комментарий

Сопротивление грунтов сдвигу. закон Кулона

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

Сопротивление грунтов сдвигу. закон Кулона

Под действием собственного веса или приложенной внешней нагрузки в отдельных точках (областях) массива грунта внешние эффективные давления могут вызвать касательные напряжения, превышающих внутренние связи в точках контактов структурных агрегатов и самых твердых частиц. В результате возникают оползни (скольжения) одних частиц и их агрегатов относительно других, что может нарушить целостность грунта в некоторой области, то есть прочность грунта будет исчерпана.

Характерными проявлениями сдвига является выпирание массивов грунта из-под подошвы фундаментов, сползания грунтовых массивов в откосах и склонах и тому подобное.

Внутреннее сопротивление, препятствует смещению частиц в сыпучих (несвязные) грунтах, т.к. объясняется возникающим в точках их контакта внутренним межчастичным трением, которое связанно с шероховатостью поверхности твердых частиц. В связных грунтах смещения частиц, кроме трения, оказывают силы внутреннего сцепления, обусловлены рядом факторов:

— наличием жестких кристаллизационных и цементационных структурных связей (природных цементов — коллоидных гелей и солей, как растворимых, так и не растворимых в воде) в точках контакта твердых частиц и по поверхностям оболочек связанной воды;

— наличием вязкопластических водно-коллоидных структурных связей, вызванных электро-молекулярными силами взаимодействия между твердыми частицами, с одной стороны, и пленками связанной воды, и коллоидными оболочками, прочно связанными с твердыми частицами — с другой;

— капиллярным давлением в зоне капиллярного увлажнения;

— взаимным заклиниванием и зацепленем частиц и тому подобное.

Вместе с тем, процесс деформирования грунта при сдвиге является очень сложным, и разграничивать сопротивление грунтов оползня на внутреннее трение и сцепление имеет в значительной степени условный характер. Так, невозможно выделить в чистом виде элементы, связанные с преодолением сил цементации структурных агрегатов, молекулярной связности, сопротивления деформированию водных пленок, взаимного заклинивания и зацепления частиц и т.д.

Количественные показатели сопротивления сдвигу — это основные характеристики прочности грунта. Они не постоянны и зависят от многих взаимосвязанных факторов: крупности и формы частиц грунта, его минералогического состава, степени водонасыщения и плотности строения, скорости приложения и продолжительности действия нагрузки и тому подобное. Правильный выбор показателей сопротивления сдвигу имеет важное значение для практики, ведь он вызывает точность расчетов большого перечня инженерных задач — предельного давления на грунт основания, устойчивости грунтовых массивов, давления грунтов на ограждающие сооружения и др.

В зависимости от физических свойств грунтов, обусловливающие их напряженно-деформированное состояние под зданием или сооружением, прочностные характеристики можно определять по результатам испытания грунтов методами консолидированного или неконсолидированного смещения.

Опытное определение показателей сопротивления грунтов сдвигу можно выполнять различными методами: по результатам прямого плоскостного сдвига, одноосного и трехосной сжатия, сдвига по цилиндрических поверхностях и др. Наиболее распространенными и простыми являются испытания при прямом плоскостном сдвиге.

Рисунок 1 — Схема одноплоскостного оползневого прибора:1 — образец грунта; 2 — разрезное кольцо (гильза) 3 -нижняя неподвижная обойма; 4 — верхняя подвижная обойма; 5 — фильтр; 6 — фильтр-штамп; 7 — поддон;8 — станина; 9 — плоскость сдвига; 10 — индикатор

Цилиндрический образец грунта 1 после предварительного уплотнения размещают в разрезном кольце (гильзе) 2 оползневого прибора так, чтобы одна его половина оставалась неподвижной, а вторая могла перемещаться горизонтально под действием приложенной к ней оползневой нагрузки T, причем должна быть обеспечена возможность увеличения или уменьшения объема грунта при сдвиге.

К образцу прикладывают нормальную к поверхности сдвига 9 сжимающую нагрузку N. После полной стабилизации деформаций от ее действия, половинки гильзы раздвигают до образования небольшого зазора для устранения трения между ними.

Касательное к поверхности смещения нагрузки T прикладывают к верхней обойме оползневого прибора 4 ступенями до тех пор, пока не произойдет сдвиг и скольжение одной части грунта по второй. Одновременно с приложением оползневой нагрузки выполняют измерения горизонтальных деформаций грунта Δl индикатором 10. Происходит свободный отвод воды, которая выжимается из пор грунта при его сжатии, что осуществляется через фильтры 5 и 6. Сдвигающие силы Ti, отнесенные к площади поперечного сечения образца A в плоскости сдвига, дают касательные сдвигающие напряжения ti, а силы Ni, отнесены к той же самой площади, дают нормальные плоскости сдвига сжимающие напряжения в образце si:

ti= Ti/A и si= Ni/A.

 Выполняют смещение нескольких (не менее трех) образцов, обжимаемых различными вертикальными нормальными напряжениямиσ1 … σ3, которые в течение одного испытания оставляют неизменными, и определяют соответствующие им значения предельных касательных напряжений (предельных сопротивлений смещения)tu,1tu,3.

Результаты исследования сопротивления грунта сдвигу оформляют в виде графиков зависимостей горизонтальных деформаций грунта Δlот касательных напряжений ti (2, а) и предельных сопротивлений смещения tu,i от вертикальных нормальных сжимающих напряжений si (2, б).

Рисунок 2 — Графики сопротивлений смещению сыпучего грунта при различных вертикальных нормальных сжимающих напряжениях:а — горизонтальных перемещений Δl; б — предельных сопротивлений смещенииtu

Как показывают многочисленные результаты исследований, для сыпучих грунтов (сухие пески и крупнообломочные грунты) в пределах обычных изменений вертикальных нормальных давлений, в большинстве случаев имеет место (от 0,05 до 0,5 … 0,7 МПа), зависимость между предельными опорами сдвига tu, i и вертикальными нормальными сжимающими напряжениями si можно принять линейной из начала координат (рис. 2, б) в виде

tu, i= sitgφ

где tgφ — коэффициент внутреннего трения, характеризующий трением между частицами; φ — угол наклона прямой к горизонтальной оси нормальных сжимающих напряжений, который называют углом внутреннего трения.

Эта зависимость установлена ​​еще в 1773 г.. Французским ученым Ш. Кулоном. Она выражает закон сопротивления сыпучих (несвязных) грунтов смещению, формулируется следующим образом: предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально внешнему нормальному к плоскости сдвига давлению. Этот закон в механике грунтов называется закона Кулона для сыпучих грунтов.

В сопротивлении сдвига связных грунтов (глинистые грунты, сапропели и др.) решающую роль играет сцепление — составляющая, которая не зависит от величины вертикального нормального сжимающего напряжения.

Если по аналогичной методике в таком же приборе провести несколько (не менее трех) испытаний на сдвиг одного и того же связного грунта, подвергая образцы действию различных вертикальных нормальных сжимающих напряжений σi, то в общем случае можно получить криволинейную зависимость предельных сопротивлений грунта сдвигу (рис. 3).

Рисунок 3 — График предельных сопротивлений смещения связного грунта при различных вертикальных нормальных сжимающих напряжениях.

Криволинейность зависимости наиболее ощутима при небольших значениях уплотнительных давлений (в пределах от 0 до σ0=0,05 МПа). При нормальных сжимающих напряжениях в диапазоне σi = 0,05 … 0,5 МПа зависимость можно представить прямой линией, описываемой уравнением

tu, i= sitgφ + с

где c — удельное сцепление грунта (величина отрезка, отсеченного прямой на вертикальной оси предельных сопротивлений смещения), МПа. Эта зависимость получила название закона Кулона для связных грунтов, формулируют так: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу, при завершенной их консолидации, можно рассматривать как сумму сопротивления трения, прямо пропорционального внешнему нормальному к плоскости сдвига давлению, и сопротивления сцепления, независимого от этого давления.

Если линию зависимости tu, i= ƒ(si) довести до пересечения с осью вертикальных нормальных к плоскости сдвига сжимающих напряжений, можно получить величину pe, которую называют фиктивным давлением связности или условным эквивалентным давлением, создаваемым распределенными по объему грунта внутренними силами связности. Она может быть представлена как давление, необходимое для уплотнения, в условиях компрессионного испытания грунта, с влажностью на границе текучести (то есть такого, что практически не имеет сопротивления сдвигу) до состояния, в котором образец грунта находится при закладке в прибор для испытания на сдвиг.

Используя эквивалентное давление, параметр сцепления можно записать

с = petgφ,

откуда

pe=с/tgφ=с ×сtgφ

 Таким образом, угол внутреннего трения jі и удельное сцепление c следует рассматривать как математические параметры прямолинейных диаграмм сопротивления грунтов сдвигу.

 

 

 

 

 

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *